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科学家成功构建“人工基粒”

有助揭示细胞生命活动轨迹
2018-08-13 07:37:49 来源:申博在线直营网
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  (记者衣晓峰)哈尔滨工业大学化工与化学学院韩晓军教授团队,在人造细胞研究领域取得新突破。相关研究日前发表在国际著名期刊《先进材料》上。专家评价称,此项成果对细胞器的形成、形貌的演变提供了重要的理论依据,并对细胞器结构和功能的模拟研究起到了推动作用,是人造细胞领域的重要进展。


  人造细胞为人工构建的简化细胞模型,能够有效克服传统细胞研究中面临的诸多难题,为细胞生命活动研究提供简单有效的模型,利于揭示细胞内以及细胞间的分子作用机制,同时也能帮助人们理解生命起源问题。叶绿体基粒、粗面内质网、高尔基体等细胞器由囊状生物膜堆叠结构所构成,它们的形貌如何稳定及对其功能的影响一直是科学家关注的热点。磷脂分子作为细胞膜的主要成分在人造细胞领域得到广泛应用,其在水溶液中自发组装成为球状脂质双分子层结构,被称之为磷脂囊泡。由于球状磷脂组装体热力学稳定,导致囊状生物膜堆叠结构很难构建。因此,囊状细胞器的人工模拟成为科学家亟待跨越的“关隘”。

  韩晓军及其课题组成员制备了与叶绿体基粒结构相似的囊状堆叠结构,通过量子点的嵌入,使其具有光能捕获功能,由此构建了“人工基粒”。他们以磷脂分子为构建基元,通过调节溶液的极性以及降温速度,在水/乙醇混合溶液中制备出了大小可控、层数可控、尺寸均一的“磷脂盘”结构。当将“磷脂盘”转移到纯水溶液中时,其所处的溶液环境的极性发生变化,使其边界处磷脂分子发生重组形成囊状堆叠结构。囊状堆叠结构中囊的数量可由“磷脂盘”的厚度进行控制。囊与囊之间内部相通,形成统一整体。

  通过调节溶液极性,该囊状堆叠结构可以像弹簧一样具有伸缩功能。当囊状堆叠结构带有一定电性时,与其电性相反的纳米粒子也可使其压缩。纳米粒子可被可控地“吞吐”,与呼吸作用类似。将两种尺寸不同的CdTe“量子点”纳米粒子“吞”入后,它们之间在光照下产生荧光共振能量转移现象,使得该囊状堆叠结构可模拟叶绿体的光收集功能。这类具有功能的囊状堆叠生物膜结构被称之为“人工基粒”。这是课题组在国内外首次通过磷脂分子直接组装形成囊状堆叠生物膜结构,并基于该结构对叶绿体的功能进行模拟。

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