辅酶Q10的结构及其与生物膜分子的相互作用研究

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辅酶Q10广泛存在于各种组织细胞尤其是心肌细胞中的线粒体中,是组织细胞内具有重要作用的活性酶,在细胞线粒体呼吸链即电子传递系统中起递氢体作用,是细胞呼吸链的重要组成部分,参与ATP的合成。它也是一种公认的氧自由基清除剂,其异常的代谢与人体的许多疾病相关联,人为的补充辅酶Q10能减缓许多病症。辅酶Q10的结构与其功能有关,但是对辅酶Q10的结构与功能的关系、溶液构像等方面的研究报道尚不多见。因此,在分子水平上探寻辅酶Q10的结构定会对揭示线粒体疾病病理起重要作用。本论文在前人研究的基础上,利用LB膜技术和原子力显微镜技术,以猪心肌线粒体为材料,运用醇碱皂化法从动物组织中提取辅酶Q10,运用多种物理手段进行鉴定,然后将其装配到模拟生物膜中,用LB膜技术研究其与生物膜的相互作用,同时用原子力显微镜技术(AFM)探测其在溶液中的构象、模拟生物膜的结构进而确定其在生物膜中的位置。从辅酶Q10与模拟生物膜的相互作用以及在溶液中构象入手,有可能为辅酶Q10在生物膜中的位置、生物利用度等热点问题提供线索。目前通过实验研究,取得如下研究结果:1.本研究发现皂化时间在30min,皂化温度在90℃时辅酶Q10产量最高。在纸层析提纯实验中,以苯∶乙醇(1∶2)作展开剂时,Rf值和斑点直径均适宜,可以得到很好的分离效果。2.PC(PE)分子膜中加入辅酶Q10后,相变均出现了延缓。这就为Thomas HauB等的结论提供了证据。即辅酶Q10并没有位于分子膜内,而是位于疏水区,同时碳氢链伸入膜层当中,有可能起到抑制质子漏的作用,维持一定的梯度。PC(PE)分子膜中先加入胆固醇,可以很明显的看到第二次相变较原来更加明显。接着加入辅酶Q10,我们看到膜压迅速增大,相变趋于平缓。同时我们可看到辅酶Q10对PC的影响比对PE的影响更具有规律性。而先加入辅酶Q10,再加入胆固醇,同样我们可以看到膜压迅速增大,并且PC分子膜膜质较PE分子膜膜质更为稳定,这可能与分子的形状有一定的关系。3.制得的辅酶Q10精品通过原子力显微技术在分子水平上观测其结构。我们可推测辅酶Q10分子呈链状。随着辅酶Q10—乙醚溶液的稀释,辅酶Q10在云母表面呈现6类拓扑结构。其在云母表面较容易形成片状多孔区域。4.辅酶Q10与其它生物分子的相互作用较为明显:(1) GM与辅酶Q10作用后均呈岛屿状。GM1与辅酶Q10作用后平整度较低,GM2、GM3与辅酶Q10作用后较为平整,但其中有数个孔状。(2)一般情况下胆固醇对细胞膜起稳定作用,可是加入辅酶Q10后明显的增强了膜的通透性。(3) PE(100uL)+CoQ10(100uL)组合膜较为平整,而纯PE的AFM图像膜质比较粗糙。PE(100uL)+CoQ10(100uL)+Chol(100uL)三相组合膜质较为复杂,聚集体形状较为各异。(4)当比例为PE∶CoQ10∶PBS(20M∶10M∶5ml)时,PE-CoQ10脂质体的形状和大小较为均匀,平均直径约140nm。以上研究成果为辅酶Q10在生物膜中的方位、作用,溶液构象及在体内的生物利用度等问题的研究提供了重要的资料,对丰富和进一步发展辅酶Q10结构与功能等有重要意义,同时也为辅酶Q10的应用积累了资料。
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