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生物膜的物理化学特性是怎样的?

生物膜的物理化学特性是怎样的?

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2016-01-31

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    脂质的多形性生物膜的基质是极性脂质:磷脂、胆固醇和糖脂。其分子形态包括一个亲水性的极性头部和疏水性的脂肪酰链尾部。这种两亲性特性维持了膜结构的稳定性。亲水性头部朝向水相,疏水性尾部避水彼此聚集,这种作用称为疏水相互作用。
  脂质分子的双分子层排列实质上是一种熵的效应,满足热力学的稳定性要求,是溶液中氢键、分子间的范德瓦耳斯力、色散力等作用的综合结果。  具有两条疏水性尾巴的磷脂分子在水相中彼此形成稳定的双分子层;对于只有一条疏水性尾巴的去垢剂、溶血磷脂等两亲性分子,则形成微团的结构;而那些尾部截面积大于头部的磷脂,则往往能形成另一种相──六角形Ⅱ相(HⅡ相)(图1)。
  就形成双分子层的“脂质-水”系而言,根据浓度、温度、溶液中离子种类和pH等,又会形成Lα(脂肪酰链呈液状自由运动的片层)、L'(脂肪酰链呈直伸状且和膜面成一定倾角的片层)、L(脂肪酰链呈垂直于膜面的直伸状片层)、P'(膜面呈波纹弯曲的片层)等各种相。
    生物膜的脂质组成种类繁多,而且,还包含一定数量的胆固醇,所以“相”的类别多而复杂。相变脂肪酰链中的C-C单键可以旋转,产生旋转异构体。因为受到邻近基团的空间阻碍,旋转不是所有角度都能进行的。
  反式构象时系统的位能最小,性质最稳定;其他角度时位能都较高。一种几率较大的形式是:旋转120°后的扭转式构象。  对于正丁烷,反式转为扭转式的位垒约2。4千卡·摩尔。因而,低温时双分子层中脂肪酰链呈全反式的“僵直”状态,温度升高后链变得“柔软”。
  这样的转变过程不是渐行的,而是在某个温度时发生突变,该温度Tc称之为相变温度。例如DMPC(豆蔻酰磷脂酰胆碱)的Tc为23℃,DPPC(棕榈酰磷脂酰胆碱)的Tc为41℃。  低于Tc时的双分子层结构称为固相或晶体相(L'、L);高于Tc时称为流动相或液晶相(Lα)。
  用激光拉曼光谱等方法确认了对于DPPC分子,L'-Lα相变时每条脂肪酰链大约平均新形成6。5个扭转式键。从固相转变到流动相是个吸热的过程,相变的焓近似等于扭转式异构化所需能量与破坏相邻脂肪酰链之间的范德瓦尔斯力所需能量和脂质头部基团周围有序溶剂去结构所需能量的总和。
    如DPPC双分子膜,该焓值约为8。7千卡·摩尔。
  影响脂质分子Tc的主要因子是:①脂肪酰链的长度(长度越长,Tc越高);②脂肪酰链的饱和程度(饱和度越高,Tc越高);③脂质头部基因的种类(如,头部较小的PE(磷脂酰乙醇胺)和PC相比,Tc要高20多度。

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