金属离子及ctab 对酵母细胞介电行为的影响—— 相互作用的模型化 .pdf

生物物理学报 第二十 四卷 第五期 二八年十月 ACTA BIOPHYSICA SINICA Vol.24 No.5 Oct. 2008 金属离子及 CTAB 对酵母细胞介 电行为的影响 ——— 相互作用的模型化解析 于艳丽 1， 赵孔双 1， 白 伟 2 ， 程 玲 1 (1. 北京师范大学化学学院，北京 100875；2. 中国科学院高能物理研究所核分析重点实验室，北京 100049) 摘要 ：利用介 电谱方 法详细研究了 Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+、Al3+、Ni2+ 等金属离子 以及 阳离子表 面活性剂 CTAB (十六烷基三甲基溴化铵) 对典型的真核细胞———酵母细胞介 电性质的影响。在 时间变化和浓度变化的情况 下，对上述体 系在 40 Hz～110 MHz 宽频范围进行 了介电测量，Cole-Cole 拟合确定 了介电参数，定性讨论 了不同 试剂的时间和浓度的各种作用效果。通过无作用的对照细胞和有离子作用的作用组细胞 10 小时 内的介 电谱图比 较发现，Cu2+、Pb2+ 及 CTAB 对酵母细胞介 电行为的影响是 以孵化时间依赖的方式发生 ；对有 时间作用的三者选 用不同的浓度进行作用 ，结果发现 Cu2+ 及 CTAB 对酵母细胞的作用同样是 以浓度依赖的方式进行，而不同浓度的 Pb2+ 的作用效果接近。进一步，根据酵母 细胞的结构特点采用双壳介 电模型，理论计算 了相参数 ，并结合 细胞生 理学知识对细胞受金属离子或特殊试剂作用后的相参数变化原 因给予 了解释；给出 了金属离子，特别是 Cu2+ 以及 CTAB 与酵母细胞作用的可能机制 。此外 ，模拟 了实验条件 下细胞悬浮液中各组成相参数对介 电谱的依存 关 系， 给出 了一些有益的暗示：介 电增量主要受细胞膜介 电常数和细胞体积分数影响 ；特征频率f 0 与液泡膜介 电常数 以 及细胞质的电导率等物理参数有关；而液泡 内电导率支配高频的弛豫行为。这些模拟将对酵母细胞介 电实时监测 技术的实现提供基础参考。 关键词 ：介 电谱；酵母细胞；金属离子；CTAB；双壳模型；介电解析 中图分类号：Q6-33 0 引 言 属于真菌类的酵母细胞由于形状和 电性质上的 典型性，很早就作为研究低等生物膜 的重要模型物 生物细胞和 电磁波相互作用的研究早于上世纪 质 成 为 介 电谱 研 究 的 重 要 对 象 。代 表 性 的 有 ： 初就 已经开始，但至今仍集 中了很多领域研究者的 Asami 在考察非离子表面活性剂与酵母细胞作用时 关注 ，这不光是因为该领域具有坚实 的理论基础 ， 曾发现，作用结果只会引起细胞质 电导率减小，而 可探知细胞 电现象的本质，而且也源于 日益增长的 细胞膜的电导率和 电容都没有改变 ；离子型表面活 新研究体系的出现。作为重要方法之一的细胞悬浮 性剂则引起细胞膜对内部电解质的渗透性改变[10] ； 液介 电谱法，虽然 已成功用于很多细胞体系[1,2]，但 V Raicu 的研究表明 CTAB 作用后的酵母细胞膜的 随着研究者对介 电监测 、扫描成像等技术 的关注 ， 膜 电容先升高而后降低[11]。另外，面对持续的人类 对介 电谱解析方面的细致研究依然在理论和实验两 活动所产生大量金属离子对环境造成的污染，微生 方面都具有特殊 的意义[3～8] 。具体地 ，介 电谱方法 物等生物体 以其对金属回收的生物学潜力，常常被 作为研究生物细胞、尤其是细胞膜的介 电性质的一 用于减缓或消除重金属对环境 的污染[12]，加上酵母 种有效手段，主要是通过细胞膜的介 电常数表征膜 的完整性，从而用介 电 (常数) 增量 间接地监测细 胞 的存活率[9]。此外，当细胞受外界环境如化学试