荧光显微镜研究极端pH值诱导磷脂支撑膜的侧向再组织

盛洁; 张国梁; 李玉强; 朱涛; 蒋中英

doi:10.7498/aps.63.068702

摘要

利用荧光显微镜研究了极端pH值诱导支撑磷脂双层膜的侧向再组织. 结果表明，在强酸/强碱性溶液中，流动性较好的二油酰磷脂酰胆碱支撑膜出现破裂、分离、出芽或生出微管等与细胞内吞和外排相似的现象. 基于极性分子与H+/H3O+或OH-的相互作用，以电中性的磷脂首基为核吸附溶液中的H+/H3O+或OH-. 当磷脂膜上下叶吸附的电荷量不同时，引起两叶有效面积差，即磷脂膜曲率不对称，从而诱发磷脂膜出现各种结构和动力学的响应. 本研究有助于理解极端环境对生物膜的影响，为研究生物膜的形变过程提供了参考.

关键词:

Abstract

The extreme pH-induced lateral reorganization of supported lipid bilayer membranes are studied by fluorescence microscopy. The results show that the fluid dioleoyl-phosphatidylcholine bilayers in extreme acidic or basic solution presents a similar phenomenon to endocytosis and exocytosis, such as rupture, detachment, budding, formation of microtubules etc. In the view of the interaction of polar molecules with H+/H3O+ or OH ions, we conclude that the zwitterionic phospholipid headgroup as core adsorbs the H+/H3O+ or OH ions in electrolyte solution. The asymmetric charge adsorption quantity of the lipid headgroups leads to the effective area discrepancy between the outer and inner leaflets of lipid bilayers. The asymmetric membrane curvatures induce a variety of structures and dynamic responses. The present study helps explain lipid membranes reorganization under extreme pH conditions and provides some guidelines for deformation process of lipid membranes.

Keywords:

作者及机构信息

1.
南京大学物理学院, 南京 210093;

2.
伊犁师范学院电子与信息工程学院, 伊宁 835000;

3.
伊犁师范学院物理科学与技术学院, 伊宁 835000

基金项目: 国家重点基础研究发展计划（批准号：2012CB821500）和国家自然科学基金（批准号：21264016，21364016）资助的课题.

Authors and contacts

1.
Physics School of Nanjing University, Nanjing 210093, China;

2.
College of Electronic and Information Engineering, Yili Normal University, Yining 835000, China;

3.
Physical Science and Technology, Yili Normal University, Yining 835000, China

Funds: Project supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2012CB821500) and the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 21264016, 21364016).

参考文献

[1]	Suresh S, Edwardson J M 2010 Biochem. Bioph. Res. Co. 399 571
[2]	Li L, Liang X Y, Lin M Y, Qiu F, Yang Y L 2005 JACS 127 17996
[3]	Li R T, Xie L, Zhu Z S, Liu Q, Hu Y, Jiang X Q, Yu L X, Qian X P, Guo W H, Ding Y T, Liu B R 2011 PLoS One 6 24172
[4]	Li D X, He Q, Cui Y, Li J B 2007 Chem. Mater. 19 412
[5]	Yang K, Ma Y Q 2012 Soft Matter 8 606
[6]	Zhou X H, Zhang S G, Yang J Q, Qu X M, Liu Y S, Wang S G 2007 Acta Phys. Sin. 56 6137 (in Chinese) [周晓华, 张劭光, 杨继庆, 屈学民, 刘渊声, 王斯刚 2007 物理学报 56 6137]
[7]	Xie Y Z, Liu J X, Ouyang Z C 2002 Elastic Theory of Surfaces of Biomembrane-Vesicle (Shanghai: Shanghai Scientific and Technical Publishers) p87 (in Chinese) [谢毓章, 刘寄星, 欧阳钟灿 2002 生物膜泡曲面弹性理论 (上海: 上海科学技术出版社) 第87 页]
[8]	Xia B K, Li J F, Li W H, Zhang H D, Qiu F 2013 Acta Phys. Sin. 62 248701 (in Chinese) [夏彬凯, 李剑锋, 李卫华, 张红东, 邱枫 2013 物理学报 62 248701]
[9]	Bandekar A, Sofou S 2012 Langmuir 28 4113
[10]	Goertz M P, Goyal N, Montano G A, Bunker B C 2011 Langmuir 27 5481
[11]	Liu X H, Huang W M, Wang E K 2005 J. Electroanal. Chem. 577 349
[12]	Jiang Z Y, Zhang G L, Ma J, Zhu T 2013 Acta Phys. Sin. 62 018701 (in Chinese) [蒋中英, 张国梁, 马晶, 朱涛 2013 物理学报 62 018701]
[13]	Yamazaki V, Sirenko O, Schafer R J, Groves J T 2005 JACS 127 2826
[14]	Zhang J A A, Pawelchak J 2000 Eur. J. Pharm. Biopharm. 50 357
[15]	Wang B, Zhang L F, Bae S C, Granick S 2008 PNAS 105 18171
[16]	Garcia-Manyes S, Oncins G, Sanz F 2006 Electrochim. Acta 51 5029
[17]	Wang C Y, Tao Y 1993 Glass Surface and Surface Treatment (Beijing: China Building Materials Press) p123 (in Chinese) [王承遇, 陶瑛 1993 玻璃表面和表面处理 (北京: 中国建材工业出版社) 第123页]
[18]	Liang X Y 2007 Ph. D. Dissertation (Shanghai: Fudan University) (in Chinese) [梁新宇2007 博士学位论文 (上海: 复旦大学)]
[19]	Vacha R, Siu S W I, Petrov M, Bockmann R A, Barucha-Kraszewska J, Jurkiewicz P, Hof M, Berkowitz, M L, Jungwirth P 2009 J. Phys. Chem. A 113 7235

施引文献

[1]	Suresh S, Edwardson J M 2010 Biochem. Bioph. Res. Co. 399 571
[2]	Li L, Liang X Y, Lin M Y, Qiu F, Yang Y L 2005 JACS 127 17996
[3]	Li R T, Xie L, Zhu Z S, Liu Q, Hu Y, Jiang X Q, Yu L X, Qian X P, Guo W H, Ding Y T, Liu B R 2011 PLoS One 6 24172
[4]	Li D X, He Q, Cui Y, Li J B 2007 Chem. Mater. 19 412
[5]	Yang K, Ma Y Q 2012 Soft Matter 8 606
[6]	Zhou X H, Zhang S G, Yang J Q, Qu X M, Liu Y S, Wang S G 2007 Acta Phys. Sin. 56 6137 (in Chinese) [周晓华, 张劭光, 杨继庆, 屈学民, 刘渊声, 王斯刚 2007 物理学报 56 6137]
[7]	Xie Y Z, Liu J X, Ouyang Z C 2002 Elastic Theory of Surfaces of Biomembrane-Vesicle (Shanghai: Shanghai Scientific and Technical Publishers) p87 (in Chinese) [谢毓章, 刘寄星, 欧阳钟灿 2002 生物膜泡曲面弹性理论 (上海: 上海科学技术出版社) 第87 页]
[8]	Xia B K, Li J F, Li W H, Zhang H D, Qiu F 2013 Acta Phys. Sin. 62 248701 (in Chinese) [夏彬凯, 李剑锋, 李卫华, 张红东, 邱枫 2013 物理学报 62 248701]
[9]	Bandekar A, Sofou S 2012 Langmuir 28 4113
[10]	Goertz M P, Goyal N, Montano G A, Bunker B C 2011 Langmuir 27 5481
[11]	Liu X H, Huang W M, Wang E K 2005 J. Electroanal. Chem. 577 349
[12]	Jiang Z Y, Zhang G L, Ma J, Zhu T 2013 Acta Phys. Sin. 62 018701 (in Chinese) [蒋中英, 张国梁, 马晶, 朱涛 2013 物理学报 62 018701]
[13]	Yamazaki V, Sirenko O, Schafer R J, Groves J T 2005 JACS 127 2826
[14]	Zhang J A A, Pawelchak J 2000 Eur. J. Pharm. Biopharm. 50 357
[15]	Wang B, Zhang L F, Bae S C, Granick S 2008 PNAS 105 18171
[16]	Garcia-Manyes S, Oncins G, Sanz F 2006 Electrochim. Acta 51 5029
[17]	Wang C Y, Tao Y 1993 Glass Surface and Surface Treatment (Beijing: China Building Materials Press) p123 (in Chinese) [王承遇, 陶瑛 1993 玻璃表面和表面处理 (北京: 中国建材工业出版社) 第123页]
[18]	Liang X Y 2007 Ph. D. Dissertation (Shanghai: Fudan University) (in Chinese) [梁新宇2007 博士学位论文 (上海: 复旦大学)]
[19]	Vacha R, Siu S W I, Petrov M, Bockmann R A, Barucha-Kraszewska J, Jurkiewicz P, Hof M, Berkowitz, M L, Jungwirth P 2009 J. Phys. Chem. A 113 7235

[1]	郑旭, 李钊, 顾月良, 尹帅帅, 姜继超, 郭朴, 邱志勇, 李晓龙. BaTiO₃单晶表面结构及表面液体pH值的影响. 物理学报, 2024, 73(10): 106101. doi: 10.7498/aps.73.20240084
[2]	尉渊, 邢若飞, 杜慧恬, 周倩, 范继辉, 庞智勇, 韩圣浩. 通过pH值精细调控氧化镍纳米颗粒粒度提升反式钙钛矿太阳能电池性能. 物理学报, 2023, 72(1): 018101. doi: 10.7498/aps.72.20221640
[3]	朱玉洁, 朱涛, 盛洁, 周琪, 蒋中英. 基于单畴表征的高/低黏滞磷脂膜中的相分离. 物理学报, 2022, 71(18): 188702. doi: 10.7498/aps.71.20220752
[4]	马贝贝, 王凡, 林玲, 朱涛, 蒋中英. 全内反射荧光显微研究磷脂支撑膜形成中的片层前沿成长. 物理学报, 2022, 71(16): 168701. doi: 10.7498/aps.71.20220309
[5]	马东飞, 侯文清, 徐春华, 赵春雨, 马建兵, 黄星榞, 贾棋, 马璐, 刘聪, 李明, 陆颖. 脂质体包裹荧光受体方法研究α-突触核蛋白在磷脂膜上的结构和动态特征. 物理学报, 2020, 69(3): 038701. doi: 10.7498/aps.69.20191607
[6]	马丽, 贺小龙, 李明, 胡书新. tBid蛋白引发磷脂膜透化过程的研究. 物理学报, 2018, 67(14): 148703. doi: 10.7498/aps.67.20180099
[7]	毕卫红, 陈俊刚, 张胜, 于腾飞, 张燕君, 侯旭涛. 基于分光光度法痕量重金属传感模型和影响因素的研究. 物理学报, 2017, 66(7): 074206. doi: 10.7498/aps.66.074206
[8]	陆乃彦, 元冰, 杨恺. 带电多孔二氧化硅纳米颗粒在硫醇/磷脂混合双层膜上的非特异性吸附. 物理学报, 2013, 62(17): 178701. doi: 10.7498/aps.62.178701
[9]	彭勇刚, 郑雨军. 双层生物膜的动力学性质. 物理学报, 2011, 60(8): 088701. doi: 10.7498/aps.60.088701
[10]	马梅, 蔡蕾, 王兴福, 胡经国. 掺杂下铁磁/反铁磁双层膜中交换偏置的增强. 物理学报, 2007, 56(1): 529-534. doi: 10.7498/aps.56.529
[11]	黄丽清, 潘华强, 王军, 童慧敏, 朱可, 任冠旭, 王永昌. 多孔氧化铝膜上自组织生长Sn纳米点阵列的研究. 物理学报, 2007, 56(11): 6712-6716. doi: 10.7498/aps.56.6712
[12]	周晓华, 张劭光, 杨继庆, 屈学民, 刘渊声, 王斯刚. 基于自发曲率模型对几种极限形状膜泡及典型相变和分裂过程的研究. 物理学报, 2007, 56(10): 6137-6142. doi: 10.7498/aps.56.6137
[13]	潘靖, 陶永春, 胡经国. 外应力场下铁磁/反铁磁双层膜系统中的交换偏置. 物理学报, 2006, 55(6): 3032-3037. doi: 10.7498/aps.55.3032
[14]	潘靖, 马梅, 周岚, 胡经国. 外应力场下铁磁/反铁磁双层膜系统的铁磁共振性质. 物理学报, 2006, 55(2): 897-903. doi: 10.7498/aps.55.897
[15]	蒋益明, 谢亨博, 郭峰, 刘平, 李劲. 金属有机双层膜传质模型理论研究. 物理学报, 2005, 54(12): 5769-5773. doi: 10.7498/aps.54.5769
[16]	谢亨博, 蒋益明, 郭　峰, 刘　平, 李　劲. Ag／TCNQ纳米双层膜中传质规律研究. 物理学报, 2004, 53(11): 3849-3852. doi: 10.7498/aps.53.3849
[17]	姜宏伟, 李明华, 王艾玲, 郑鹉. NiFe/FeMn双层膜的交换耦合. 物理学报, 2004, 53(4): 1232-1235. doi: 10.7498/aps.53.1232
[18]	方瑞宜, 彭初兵, 龙平, 戴道生. 双层膜极向Kerr效应的增强与其本征值之间的关系. 物理学报, 1994, 43(3): 483-493. doi: 10.7498/aps.43.483
[19]	侯建国, 吴自勒. a-Ge/Au双层膜退火后分形区的形成. 物理学报, 1988, 37(10): 1735-1740. doi: 10.7498/aps.37.1735
[20]	张人佶, 褚圣麟, 吴自勤. Ge/Au,Ge/Ag双层膜和Ge-Au,Ge-Ag合金膜中非晶Ge的晶化. 物理学报, 1986, 35(3): 365-374. doi: 10.7498/aps.35.365

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