利用快速場循環式核磁共振儀探討抗菌胜肽對磷脂膜上分子動態學的影響

Effects of Antimicrobial Peptides on Phospholipids Membrane Molecular Dynamics Studied by Fast-Field-Cycling NMR Relaxometry

陳采榛(Tsai-Chen Chen)

指導教授 ： 黃聖言

國立中正大學/理學院/化學暨生物化學系/碩士(2014年)

摘要

抗菌胜肽(Antimicrobial peptides，AMPs)是具有抗菌活性的小分子蛋白質，長度大約是由12-50個不等的胺基酸所組成，為宿主先天性免疫系統的重要成分；至目前為止，發現的AMPs已達2000多種。AMPs通常作用於細菌的細胞膜上，在細胞膜上形成通道，其攻擊模式可分為以下三種：(1)環形穿孔模式(Toroidal mode);(2)筒狀穿孔模式(Barrel-stave mode);(3)地毯模式(Carpet mode)。
Melittin及Pardaxin兩種AMPs，在過去二十年間已被廣泛研究，並已確立其攻擊模式，Melittin屬於「環形穿孔模式」，Pardaxin屬於「筒狀穿孔模式」，兩者的微小差異在於Melittin會促使脂雙層結構彎曲，連接內外膜形成環形孔，Pardaxin則直接穿過脂雙層形成筒狀孔，進而導致細胞膜內外滲透壓不平衡而破裂。
本研究中，利用快速場循環式核磁共振儀探討脂雙層的動態行為，記錄POPG微脂粒在不同溫度及不同AMPs下的自旋-晶格弛豫速率(R1)，並透過分子動力學擬合獲得各項分子動力學參數，探究AMPs對膜上磷脂分子動態學的影響。
研究結果顯示，AMPs影響的磷脂分子分為三種區域，未鍵結、鍵結及穿孔區；不論哪種穿膜機制的AMPs，只要達臨界濃度比例P/L*，皆有三種區域的磷脂分子。在鍵結區的磷脂分子，會受到抗菌胜肽的影響使彎曲彈性係數(κ)降低，這個影響有利之後的穿孔過程；在穿孔區的磷脂分子，其 κ 值會提高，且不隨溫度變化，使孔道能穩定存在，且Pardaxin (Barrel-stave)孔道的 κ 大於Melittin (Toroidal)孔道；加入AMPs後，平移擴散係數(D)皆有下降趨勢，是因為AMPs的加入，對磷脂分子的擴散造成阻礙；而微脂粒整體的轉動相關時間(tR)並沒有隨AMPs的加入而有顯著變化，主要是本研究中加入的抗菌胜肽濃度不高(1% mol)，微脂粒整體重量僅增加4%，因此微脂粒整體的轉動相關時間變化不大。

關鍵字

磷脂質 ； 抗菌胜肽 ； 核磁共振

並列摘要

Antimicrobial peptides are small molecules with antibacterial activity, generally between 12 and 50 amino acids that are broadly effective components of innate immunity. Until now, antimicrobial peptides found have reached more than 2000 kinds. Antimicrobial peptides are usually acting on the cell membrane of bacteria, forming a channel in the cell membrane, which can be divided into the following three attack modes: (1) Toroidal model; (2) Barrel stave model; (3) Carpet model.
There two antimicrobial peptides over the past two decades has been widely studied are melittin and pardaxin. The widely accepted mechanism for melittin and pardaxin are “toroidal” and “barrel-stave”, respectively. Different between the two is melittin will lead lipid bilayer to bending, forming the annular hole connecting the inner and outer membrane, and pardaxin directly through the lipid bilayer to form a cylindrical hole. Let the inner and outer cell membrane osmotic imbalance rupture.
In our article, we studied dynamics in lipid bilayers by fast field cycling nuclear magnetic resonance relaxometry. Spin-lattice relaxation rate recorded for liposomes composed of 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phospho-(1'-rac-glycerol) (sodium salt) (POPG) at different temperature and different antimicrobial peptides. We got some molecular dynamic parameters by molecular dynamic fitting.

並列關鍵字

Melittin ； NMR ； Antimicrobial peptide ； Pardaxin

參考文獻

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