1、實驗3 模擬生物膜的制備與結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡研究 1一、研究的目的意義 近些年來，生物膜模型的研究成為了當(dāng)前化學(xué)和生物學(xué)中最活躍的領(lǐng)域之一。生物膜在細胞區(qū)間化、調(diào)節(jié)物質(zhì)的通透和輸運、細胞外信號的響應(yīng)、細胞間的相互作用、定位生物活性和能量的轉(zhuǎn)換方面起到關(guān)鍵的作用。因此，如果能了解細胞膜的形成機制以及結(jié)構(gòu)和功能，不僅對于闡明生物膜結(jié)構(gòu)的形成機制具有重要的意義，對進一步指導(dǎo)生物膜與人類疾病方面均有重要的意義。生物膜在組裝方面目前主要是利用配比不同比例的膜成份來研究脂類與蛋白質(zhì)/蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)間的相互作用，從形態(tài)和形成機理方面實現(xiàn)生物膜的組裝。 雖然生物膜的組織成份結(jié)構(gòu)不同，但是它們的制備方法和檢測手

2、段卻大致相同。本實驗要求學(xué)生自行設(shè)計生物膜組裝，包括選擇制膜材料、確定選取材料的配比等，選用最佳的制備方法進行制膜，再對它進行相關(guān)的性能的測試，研究和討論其結(jié)構(gòu)形成機制和生理狀態(tài)下的生物膜間的關(guān)系。通過這一研究性的實驗，在學(xué)習(xí)設(shè)計、制備和研究生物膜組裝的過程中，深入了解生物膜成份間相互作用的原理，掌握制膜方法與多種檢測技術(shù)，提高從事科學(xué)研究工作的能力。 2二、實驗室可提供的儀器設(shè)備及材料 1. LB膜儀 （KSV-Minitrough） 2.原子力顯微鏡（Atomic force microscopy） 3.制膜材料（磷脂、膽固醇等） 4. 清洗材料 5.旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 6.超聲清洗器 7.數(shù)字顯

3、示磁力攪拌器 8.常用化學(xué)試劑（分析純） 9.各種玻璃儀器 10.其它材料 3三、研究內(nèi)容（任選一部分或幾部分進行研究）、方 法及要求 （一）設(shè)計和制備單層脂膜，測量并研究其界面和熱力學(xué)性質(zhì) 1. 根據(jù)實驗要求選定制膜材料。 2. 制定鍍膜方案。 3. 鍍膜 4. 記錄分析界面和熱力學(xué)性質(zhì) 5. 用原子力顯微鏡研究膜的表面形貌 6. 分析討論測量結(jié)果 （二）設(shè)計和制備脂雙層膜，測量研究金屬離子對膜動力學(xué)和 形態(tài)的影響 1. 根據(jù)實驗選定制膜材料 2. 配制不同濃度的鹽溶液作為亞相 3. 制膜 4. 記錄界面和熱力學(xué)性質(zhì) 5. 用原子力顯微鏡研究形態(tài)變化 6. 分析討論測量結(jié)果 4（三）設(shè)計和制

4、備細胞膜的特定成份，分析生理狀態(tài)下各成 份的比例 1. 根據(jù)實驗要求選定實驗材料和儀器 2. 配制緩沖液 3. 制定提取方案 4. 制備細胞膜的特定成份 5. 使用適當(dāng)?shù)膬x器檢測提取成份 6. 分析討論測量結(jié)果（四）設(shè)計和制備不同比例細胞膜成份的膜，進行形態(tài)和結(jié) 構(gòu)分析 1. 根據(jù)實驗選定實驗材料 2. 制備不同比例的試劑 3. 制備單分子膜、雙層膜或多層膜 4. 分析界面和熱力學(xué)性質(zhì) 5. 原子力顯微鏡研究形態(tài)變化 6. 分析討論測量結(jié)果 5（五）生物膜提取成份和合成成份形成結(jié)構(gòu)的對比研究 1. 選取生理狀態(tài)下提取的脂混合，同時用合成的成份根據(jù)配比混合 2. 分別使用兩種系統(tǒng)制膜 3. 記錄

5、分析兩種情況下的界面和熱力學(xué)性質(zhì) 4. 原子力顯微鏡研究鍍膜形態(tài) 5. 分析討論測量結(jié)果 四、參考文獻與資料 趙南明，周海夢. 生物物理學(xué). 北京:高等教育出版社，2000 張龍翔，張庭芳. 生化實驗方法和技術(shù)（二版）.北京;高等教育出版社,1991 Peter J. Quinn, Cedric Tessier, Dominique Rainteau, et al. Structure and thermotropic phase behaviour of detergent-resistant membrane raft fractions isolated from human and r

6、uminant erythrocytes. Biochimica et Biophysica Acta. 2005, 1713:5-14 Luana Scheffer, Inna Solomonov, Markus Jan Weygand, et al. Structure of cholesterol/ceramide monolayer mixtures: implications to the molecular organization of lipid rafts. J. Biophy. 2005,88:3381-3391 C. Yuan, J. Furlong, P. Burgos, L. J. Johnston, 2002. The size of lipid rafts: an atomic force microscopy study