【溫度對細胞膜的影響研究文獻綜述4100字】

溫度對細胞膜的影響研究文獻綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u4218溫度對細胞膜的影響 1129711溫度對生物細胞膜質含量和飽和度的影響 149122溫度對生物細胞膜蛋白種類和含量的影響 2258023溫度對細胞膜內抗氧化保護酶的影響 2320444溫度對生物細胞膜內熱激蛋白的關系 362405溫度對細胞膜流動性的影響 3138015.1溫度對正常細胞膜流動性的影響 3315715.2溫度對腫瘤細胞膜流動性的影響 4摘要：細胞膜作為細胞和細胞器與環(huán)境隔離的主要界面，對生物體正常生理功能發(fā)揮重要作用，而溫度的變化會明顯對患者細胞結構產(chǎn)生影響，從而導致其對維持生命體正常功能產(chǎn)生一定的作用，因而當前有必要增加溫度對細胞膜影響的研究，從而對其機制進行探討，以為生物體正常功能受溫度影響的具體方式進行明確，更好的指導臨床。關鍵詞：溫度；細胞膜；綜述細胞結構尤其是膜結構的穩(wěn)定性與生命的耐熱性密切相關。細胞膜作為與環(huán)境隔離的細胞和細胞器之間的界面結構，是應激過程中最初的直接受體，不僅接收和傳遞相應的環(huán)境信息，還對應激作出反應，對生物體正常生理生化過程的穩(wěn)定充當著關鍵功能[1]。溫度變化可直接使細胞脂膜的溫度特異相發(fā)生變化，由流動相變成凝固相，引起細胞的裂解。因此，細胞膜的熱穩(wěn)定性可以反映出抵抗高溫的能力[2]。生命體在生長發(fā)育過程中往往會受到各種非生物因子的脅迫，最近幾年由于工業(yè)生產(chǎn)和汽車尾氣排放的增多，導致空氣中的二氧化碳氣體的逐漸增加，使氣溫呈逐年升高的趨勢，因此在各種非生物脅迫中，高溫脅迫對生命體的生長發(fā)育的制約也越來越嚴重。1溫度對生物細胞膜質含量和飽和度的影響生物細胞膜脂類的主要成分是磷脂，它是構成細胞的骨架。因此磷脂含量的高低與細胞膜的熱穩(wěn)定性有關。磷脂含量的降低可能有利于減輕由于細胞體積縮小而引起的物理脅迫或對膜結構的致密作用。這些變化有利于維持膨壓及增強組織的物質運輸能力[3]。膜脂的飽和度會因為生物耐熱性變化而產(chǎn)生一定變化，因為溫度很容易引起膜脂中一些不飽和脂肪酸發(fā)生改變，從而被破壞。許多研究證實，膜脂中飽和脂肪酸含量越高，生物耐熱性越強。李心群[4]通過基因修飾使不飽和脂肪酸水平下降的小鼠細胞在高溫下存活時間更長，Rast?dterK[5]比較了耐熱小麥品種和熱敏感小麥品種中膜脂中飽和脂肪酸的含量，發(fā)現(xiàn)耐熱小麥中膜脂的飽和度更高。2溫度對生物細胞膜蛋白種類和含量的影響有研究認為生物電解質滲漏量隨著高溫脅迫而逐漸增加的原因主要在于高溫使蛋白質移動的幅度增大，結合強度加強，但溫度過高時，生物膜疏水鍵斷裂，導致膜蛋白變性、膜脂分子液化、膜通透性改變、細胞損傷和生物細胞內電解質滲漏。梁雯[6]指出細胞膜上蛋白的熱穩(wěn)定性和膜的熱穩(wěn)定性有很大關系，細胞經(jīng)過耐熱鍛煉后膜的熱穩(wěn)定性增加主要是由于增強了膜上原有蛋白質的耐熱性或者是由于在鍛煉的過程中新誘導合成的一些新蛋白增加了耐熱性。李龍[7]的試驗表明高溫脅迫造成的質膜流動性增強由于激活蛋白激酶IHAMK的活性，從而使高溫信號向細胞內傳遞增加了耐熱性。3溫度對細胞膜內抗氧化保護酶的影響高溫脅迫時，細胞參與光合碳代謝的一些酶的活性降低，導致了植物所吸收的光能超過了光合碳固定所需,過剩的激發(fā)能會把電子傳遞給氧氣，生成超氧陰離子和氧自由基，所以葉綠體內的光和電子傳遞連是體內產(chǎn)生活性氧的主要來源，植物在長期的適應環(huán)境的過程中已經(jīng)進化出許多防御機制，例如，植物中參與活性氧清除的一些保護酶，包括過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(POD)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)，Sezgin[8]認為高溫導致植物熱傷害的原因是由于熱導致參與抗氧化保護的一些酶的活性降低，從而使體內的自由基的清除能力小于了產(chǎn)生能力，體內活性氧的積累會導致膜上膜脂質和蛋白質的氧化損傷，導致植物中MDA含量增加和電解質滲漏。從而使細胞喪失了正常的功能顯示出熱傷害。也有些研究者認為，生物細胞在遭受高溫脅迫時，生物體內的一些抗氧化保護酶類升高、抗氧化保護能力的增強提高了膜的熱穩(wěn)定性，從而增加了活性氧清除能力，增強生物細胞耐熱性，并且在一定程度上，抗氧化保護系統(tǒng)酶的活性和膜的熱穩(wěn)定性成正相關[9]。還有一些研究者認為，在高溫脅迫時，體內抗氧化酶的活性有的降低有的升高不能作為耐熱性的指標。4溫度對生物細胞膜內熱激蛋白的關系幾乎所有的非生物脅迫均能在植物體內誘導產(chǎn)生一類大量表達并在進化上非常保守的蛋白質稱作熱激蛋白(HSPs),它常常作為“分子伴侶"存在于生物體內，熱激蛋白對脅迫下受損蛋白的修復和維持細胞的存活都有重要的作用，熱激蛋白主要參與蛋白質的折疊和組裝，運輸，變性蛋白質的清除和誘導一些抗性相關基因的表達(比如抗氧化保護酶基因)從而減少了膜脂過氧化程度，增加了細胞膜的熱穩(wěn)定性[10]。5溫度對細胞膜流動性的影響膜流動性是膜的一種生物物理學特性，可定量表達膜脂分子的遷移率和旋轉運動率。這些參數(shù)可以通過物理學方法剩定，如電子白旋共振。磁共振分光術、熒光雙折射以及近幾年發(fā)展起來的徼光掃播共聚焦顯徽鏡技術熒光漂白恢復術。此處本文分別對溫度影響正常細胞膜流動性及腫瘤細胞膜流動性進行闡述。5.1溫度對正常細胞膜流動性的影響周楠峰[11]等通過對培養(yǎng)的健康人的成纖維細胞的研充發(fā)現(xiàn)分別在37、25、20和4℃的Hank's液中測定熒光雙折射值時，發(fā)現(xiàn)孵育混度的變化能改變雙折射值。當溫度在4℃時，r值最高。然后隨著溫度的升高，該值開始降低，然而，在室溫（20~25）下，涂層的折射率迅速增加。這是一些膜脂的相變溫度范圍。在不同環(huán)境溫度下培養(yǎng)的人真皮成纖維細胞和尿路上皮-肌原纖維中，培養(yǎng)細胞的生長溫度確實可以改變r值，細胞也可以部分調節(jié)環(huán)境溫度的變化，使得在體內時的雙折射有所不同，且不同溫度中所孵育的這類細胞也會存在明顯差異。轉基因和未轉化的小鼠腦細胞的雙折射值相似，但低于人類成纖維細胞。即使是同一類型的膜，膜在長時間內以不同的運動性對環(huán)境溫度表面的運動適應性的變化稱為細胞的各向同性。但在未對鼠成纖維紙胞的r值測定前、不能排除不同物種的同一類型的細胞膜流動性動性不同的可能。膜疏水性適應環(huán)境溫度表面的長期持續(xù)變化，稱為細胞等粘性適應。這種變化見于使冬眠中的動物和魚適應周圍的水溫。此外，這種變化也可以在人類暴露皮膚區(qū)域的男性生殖腺中觀察到。在原核生物及一些溫暖動物中，這種適應受到膜脂組成成分的影響。當前來說，對于人類培養(yǎng)細胞的溫度適應知之甚少。頓珠次仁等[12]也用健康人的成纖維細胞作材料，研究了培養(yǎng)溫度對薄而純的脂質膜的影響。用的方法是熒光衰折射法。結果表明，人成纖維細胞通過改變脂質膜深非分極區(qū)域的流動性，可以適應30℃的低濕度，但整個細胞沒有這種現(xiàn)象。在4攝氏度。除部分脂肪酸組成變化外，細胞其他膜脂質成分未見適應變化。人成纖維細胞通常在37℃培養(yǎng)，但可以在30~40℃(或更高)持續(xù)增殖。但是，如果溫度低于28℃，細胞就會停止增殖?；罴毎梢猿掷m(xù)維持其重要功能。此前的研究表明，精細跑步可以適應于因改變脂質組成而引起的膜流動性變化。在一定范圍內，以飽和脂肪酸為代價，可以在整個細胞脂質的脂肪酸組成中觀察到這種適應性變化。使多元不飽和脂肪酸量增加的現(xiàn)象，在冷適應金魚中也早有發(fā)現(xiàn)。但是，在細胞培養(yǎng)的前三天內還有相關的研究。在任何溫度下，都不會發(fā)生由溫度引起的熒光光復折射的變化，也就是膜流動性的變化。5.2溫度對腫瘤細胞膜流動性的影響細胞膜流動性受質膜成分的影響，進而影響質膜的功能。崔香菊[13]認為，流動性腫瘤細胞如腹水肝癌細胞的膜流動性則比其相應的正常細胞高；而實體癌細胞（如肝細胞流動性）的膜流動性比其相應正常細胞低。而溫度（高溫或低溫）常往往會引起膜成分的變化。另外，該研究還發(fā)現(xiàn)延長鼠大腦細胞的孵育導致熒光雙折射值的增加。而被部分抑制的轉化細胞的雙折射值卻進一步降低了，這既往發(fā)現(xiàn)的關于惡性腫瘤的高膜流動性一致。腫瘤的溫熱處理可在達到一定溫度后通過改變細胞質膜引起細胞代謝紊亂，嚴重時可導致細胞凋亡[14]。竇京嬌等[15]研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤瘙細胞經(jīng)溫熱作用時，膜流動性較常溫而言會出現(xiàn)明顯改變，39℃與4℃作用相似，加溫時間對膜流動性影響較小。在43℃作用下，薄膜流動性明顯增加，并隨加熱時間的延長而增強:其效果100分鐘后最為明顯，冷卻后緩慢恢復。正常紅細胞膜流動性也在加熱后增加，但小于腫瘤細胞。冷卻后，各溫度組明顯恢復，各組48h后恢復正常，這可能與腫瘤細胞膜的結構和組成有關，如腫瘤細胞膜中低膽固醇含量和高卵磷脂比，可導致較高的膜流動性。還有報道認為腫瘤細胞質膜的結構在常溫下較正常細胞更趨向于真液態(tài)，質膜在常溫下往往比正常細胞更易流動，轉變溫度一般比正常細胞低43左右[16]。這與細胞膜發(fā)生相變有關。在相變溫度以下，細胞可以調節(jié)膜酯鏈的長度和飽和度，以保持膜流動性和其他性能的相對穩(wěn)定性高于相變溫度，薄的運行膜發(fā)生相變，增加膜流對膜的粘附蛋白質和糖脂結構松散、移位，甚至解離。。參考文獻：[1]李歐,付真真,劉康妮,等.血小板細胞膜色譜構建及柱溫研究[J].中國藥學雜志,2020,55(15):1289-1294.[2]張愛靜,李琳瓊,王鵬杰,等.熱脅迫對大腸桿菌細胞膜和膜蛋白的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2020,53(05):1046-1057.[3]MatraiAA,VargaG,TanczosB,BarathB,VargaA,HorvathL,BereczkyZ,DeakA,NemethN.Invitroeffectsoftemperatureonredbloodcelldeformabilityandmembranestabilityinhumanandvariousvertebratespecies[J].ClinHemorheolMicrocirc.2021,78(3):291-300.[4]李心群,李金亭,許文.細胞膜表面異位表達熱休克蛋白70的CD4~+T細胞誘導EAE小鼠保護性免疫作用[J].中國生物制品學雜志,2019,32(07):750-754.[5]Rast?dterK,WurmDJ,SpadiutO,etal.TheCellMembraneofSulfolobusspp.-HomeoviscousAdaptionandBiotechnologicalApplications[J].IntJMolSci.2020,21(11):3935.[6]梁雯,趙冰,黃文梅.熱鍛煉對杜鵑花耐熱性的影響[J].浙江農(nóng)林大學學報,2018,35(02):284-290.[7]李龍,宋凡.細胞膜間的波動力[J].力學進展,2018,48(00):438-460.[8]SezginE,KaiserHJ,BaumgartT,etal.Elucidatingmembranestructureandproteinbehaviorusinggiantplasmamembranevesicles.NatProtoc.2012,7(6):1042-1051.[9]李蕾.量熱法和微灌流法研究細胞膜的滲透特性[D].合肥工業(yè)大學,2017.[10]朱素民.試析小麥耐熱性鑒定及熱激蛋白基因的克隆與表達[J].農(nóng)民致富之友,2015,(06):111.[11]周楠峰,周新麗,楊云.微流控技術在細胞低溫保存中的應用[A].上海市制冷學會.上海市制冷學會2013年學術年會論文集[C].上海市制冷學會:上海市制冷學會,2013:632-636..[12]頓珠次仁.Cu跨入人紅細胞膜的動力學研究[J].中國實驗血液學雜志,2014,22(06):1707-1