分子间相互作用

分子间相互作用（共10篇）

分子间相互作用 篇1

摘要：目的 研究核因子κB (Nuclear factor-kappa B, NF-κB) 、肿瘤坏死因子α (Tumor necrosis factor alpha, TNF-α) 和细胞间黏附分子-1 (Intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1) 在原发性肝癌 (primary hepatocellular carcinoma, PHC) 中的表达并探讨其意义。方法 采用免疫组织化学SP法检测34例原发肝细胞性肝癌组织、14例癌旁正常肝组织中NF-κB、TNF-α和ICAM-1的表达情况。结果 原发肝细胞性肝癌NF-κB、TNF-α和ICAM-1表达定位于细胞核和细胞质中, 其表达明显高于癌旁正常肝组织 (P<0.05) 。三者的表达与性别、年龄、肿瘤大小等没有相关性 (P>0.05) , 与淋巴结转移、组织分化及癌栓等有关 (P<0.05) ;三者之间阳性表达呈明显正相关 (P<0.05) 。结论 NF-κB、TNF-α和ICAM-1在原发肝细胞性肝癌呈高表达, 且与原发肝细胞性肝癌的发生、发展和转移密切相关。

关键词：原发肝细胞性肝癌,NF-κB,TNF-α,ICAM-1,免疫组化

原发肝细胞性肝癌是临床上最常见的恶性肿瘤之一, 根据最新统计, 全世界每年新发肝癌患者约六十万, 居恶性肿瘤的第五位。目前我国发病人数约占全球的半数以上, 占全球肝癌病人的55.00%, 已经成为严重威胁我国人民健康和生命的一大杀手, 其危险性不容小视[1]。本研究拟用免疫组化S-P检测原发肝细胞性肝癌和非肝癌组织中细胞间黏附分子-1 (Intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1) 、核因子-κB (Nuelear factor-kappa B, NF-κB) 和肿瘤坏死因子α (Tumor necrosis factor alpha, TNF-α) 蛋白的表达情况, 分析这其表达与原发性肝细胞性肝癌生物学行为的关系, 探讨它们在原发性肝细胞性肝癌中发生、发展及生物学行为, 为临床治疗和预后提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

选取2007年1月~2011年12月河北永年县医院原发性肝细胞性肝癌手术标本34例。其中, 男22例, 女12例。年龄38~72岁, 中位年龄57岁;所有原发性肝癌患者术前均未行放、化疗治疗。取癌旁正常肝组织14例作对照 (病理切片证实) 。其中, 男9例, 女5例, 年龄30~73岁, 中位年龄55岁。

1.2 试剂与方法

常规免疫组化试剂盒SP、二硝基联苯胺 (DAB) 显色液及NF-κB、TNF-α和ICAM-1 (北京中杉金桥生物技术有限公司) 。采用SP免疫组化法, 方法操作按试剂盒说明书进行, 主要包括切片脱蜡水化, 微波修复抗原, 山羊血清封闭, 分别滴加NF-κB、TNF-α和ICAM-1工作液37℃1 h, 以生物素标记二抗及辣根酶标记链霉卵白素工作液孵育, DAB显色, 苏木素衬染, 中性树胶封片, 显微镜观察。取已知切片作为阳性对照, 以PBS缓冲液代替一抗作为阴性对照。

1.3 结果判断

NF-κB、TNF-α和ICAM-1阳性定位于细胞核和细胞质, 以各种抗体在细胞核或质出现棕黄色颗粒为阳性信号。定性观察按细胞有无显色及染色强度记分 (a) :细胞无显色为0分;浅黄色为1分;棕黄色为2分;棕褐色为3分。按显色细胞的比例记分 (b) :0分为显色细胞<10%;1分为10%~30%细胞显色;2分为31%~60%显色;3分为≥61%以上显色。每例积分=a×b。按积分高低判定:阴性为积分为0分;阳性为积分≥1分。由2名高年资病理医师逐一观察同一切片以减少人为因素造成的判断误差, 以2人观察结果一致作为最终评定结果。

1.4 统计学分析

应用SPSS 12.0统计软件, 计数资料采用χ2检验。相互关系用等级相关分析, P<0.05为差异有显著性。

2 结果

注:†P<0.05

2.1 NF-κB、TNF-α和ICAM-1在原发性肝细胞性肝癌组织、癌旁正常肝组织中的表达

表1显示:NF-κB在肝癌组织中的阳性表达率为88.24% (30/34) , 正常肝组织中的弱表达, 阳性表达率7.14% (1/14) , 二者比较差异有显著性 (P<0.05) 。14例癌旁正常肝组织中TNF-α阳性表达率为14.29% (2/14) , 34例原发肝细胞性肝癌中的阳性表达率为76.47% (26/34) , 两者比较差异有显著性 (P<0.05) ;14例癌旁正常肝组织中ICAM-1无表达, 34例原发肝细胞性肝癌组织中阳性表达率为85.29% (29/34) , 两者比较差异有显著性 (P<0.05) 。

2.2 NF-κB、TNF-α和ICAM-1在原发肝细胞性肝癌中的表达与临床病理指标的关系

详见表1。

2.3 NF-κB、TNF-α和ICAM-1在原发性肝细胞性肝癌组织中的相关性分析

表2显示:NF-κB、TNF-α和ICAM-1在原发性肝细胞性肝癌组织中的阳性表达呈明显正相关, 表明三者在肿瘤的发生、发展中起到协同作用。

3 讨论

癌症的形成是由关键的调节通路中错误积累所致的一种多步骤多阶段的复杂事件[2], 这个过程可分为, 肿瘤启动、促癌和进展三个阶段。侵袭和转移是进展阶段的主要特征[3]。转移是一个多环节、多阶段的过程, 其中肿瘤细胞本身黏附能力的改变, 促进异源细胞间的相互黏附, 使得不同细胞间的相互效应得以实现, 促进了肿瘤发生的转移。

NF-κB是在成熟B细胞核提取物中存在一种能与免疫球蛋白κ轻链基因的增强子κB序列特异结合的核蛋白因子, 由Rel家族成员组成的同源或异源二聚体转录因子[4]。静息状态下, NF-κB由p65、Pso与NF-κB的抑制分子IKB形成三聚体以非活化形式存在于细胞质中, 当外界刺激因素使细胞受到刺激后, IKK被激活, IKB分子磷酸化, 泛素化而降解, NF-κB从多聚体上释放, 进入胞核并与特定的κB序列结合行使其功能, 启动或调节早期反应基因的转录, 参与炎症反应、细胞增殖和细胞凋亡[5]。研究发现, 许多癌基因和致癌物都可以导致NF-κB激活[6]。本实验结果显示NF-κB蛋白阳性表达主要位于细胞浆核内, 在原发性肝细胞性肝癌组织中呈过度表达, 与癌旁正常肝组织中比较差异有显著性 (P<0.05) ;NF-κB与组织学分化有关 (P<0.05) , 说明在低分化肿瘤中NF-κB表达水平更高有关, 提示NF-κB表达水平高的肿瘤预后差;NF-κB与有无淋巴结转移及有无癌栓有关 (P<0.05) , 说明在肿瘤肝内血管侵犯转移中发挥了重要作用。

TNF-α主要由活化的巨噬细胞分泌产生, 位于第6号染色体HLA-Ⅲ类基因簇内 (6p21.3) , 长约2.76 kb, 由4个外显子和3个内含子组成。TNF-α与其受体TNFR1和TNFR2结合发挥生物学作用, 在炎症过程中, TNF-α对组织损伤和修复都发挥了重要作用, 可诱导病变细胞凋亡, 同时也诱导成纤维母细胞增生, 修复损伤血管时, 诱导多种血管生成因子表达。但是, 在肿瘤发生发展过程中TNF-α表现出矛盾的生物学功能[7,8]。最早人们发现, TNF-α是抗癌活性最强的细胞因子, 高剂量TNF-α局部治疗肿瘤可选择性地破坏肿瘤组织血管, 从而发挥抗肿瘤作用[9]。而在临床研究发现, 乳腺癌、前列腺癌, 膀胱癌、结肠癌、肝癌等肿瘤细胞和基质细胞中都有表达, 其阳性的患者预后较差[10]。肝癌小鼠动物模型研究显示, 致癌物处理肝干细胞, 可诱导细胞增生和TNF-α分泌, 而敲出了其受体基因后小鼠肝肿瘤形成明显降低。炎症细胞分泌的TNF-α可能作为肿瘤促进因子, 参与了肿瘤的发生发展[11]。本研究发现, 在肝癌组织中TNF-α呈阳性表达, 明显高于正常组织 (P<0.05) , 并且其表达与组织的分化程度、淋巴道转移和有癌栓有明显相关性 (P<0.05) , 表明TNF-α在肝癌的发生、发展中起促进作用。

TNF-α促进肿瘤生长的机制虽不是很清楚, 其与受体结合通过多条信号通路发挥生物学功能。对TNF-α与NF-κB在肿瘤发生、发展中的相互关系发现, TNF-α可通过NF-κB途径诱导激活诱导的胞苷脱氨酶 (activation induced cytidine deaminase, AID) 产生, 引起p53和c-myc等基因突变[12]。此外, 还通过NF-κB p65调节人类端粒酶催化亚基 (h TERT) 从胞质易位到核, 促进细胞无限增殖[13]。本研究亦发现, 在肝癌中二者的阳性表达呈正性相关。

ICAM-1属于免疫球蛋白超家族, 是一种单跨膜的单链糖蛋白, 细胞外区有5个免疫球蛋白样结构区, 其中Ⅰ区与LFA-1相结合, Ⅲ区与补体受体-3 (CR3或Mac-1) 相结合, ICAM-1通过与LFA-1和Mac-1结合发挥作用[14]。在人体内ICAM-1广泛存在于白细胞、白细胞、单核细胞、外周血淋巴细胞, 血管内皮细等处[15]。当肿瘤细胞发生浸润、转移时, 淋巴细胞和白细胞分泌如IL-1、TNF等细胞因子杀灭癌细胞, 同时也激活了淋巴管、血管内皮细胞内的NF-κB, NF-κB可激活ICAM-1启动子的部位活化ICAM-1, 使进人血液或淋巴结的癌细胞与淋巴细胞竞争性地与内皮细胞结合, 使癌细胞能在淋巴结或其他脏器中豁附、生长、增殖[16]。此外, ICAM-1过度活化可促使过多可溶性ICAM-1 (s ICAM-1) 进入血液, 竞争性抑制血液循环中ICAM-1/LFA-1依赖的MHC-1类抗原对游离癌细胞的免疫识别作用, 从而使癌细胞逃离免疫监视, 更容易发生侵袭和转移[17]。本研究发现, 在原发肝细胞性肝癌组织中ICAM-1的阳性表达率明显高于癌旁正常组织。此外, ICAM-1的阳性表达与是否有淋巴道转移和癌栓关系密切, 高表达ICAM-1的癌细胞可导致癌细胞间黏附力降低, 从而易于随淋巴细胞的迁移脱落母瘤, 进入血循环, 与淋巴细胞结合的瘤细胞在穿越血管壁时可以免受伤害, 并且在血循环中易于形成栓子, 易于在毛细血管内或淋巴窦滞留和着床, 随之形成转移灶。并且, ICAM-1的阳性表达与NF-κB的阳性表达也呈正性相关。

总之, 原发肝细胞性肝癌组织中NF-κB、TNF-α和ICAM-1处于过表达状态, 与肿瘤的发生、发展和转移密切相关。本研究结果将有助于进一步解析肿瘤的发病机制, 为肝癌防治探索新思路。

分子间相互作用 篇2

（2）分子力随分子间距的变化规律

知识环节

教师活动

演示实验

媒体引入

两个铅柱本身没有相粘。接着我们用刀将两个铅柱的断面削平，并将他们对齐压紧，发现两个铅柱结合在一起了，我们把结合后的铅柱挂在铁架台上，在下面加挂重物。可以看到一定数目的勾码并没有将他们分开，是什么力使得他们结合的这么紧呢？这就是这节课我们要讲的分子间的相互作用力。

实验演示：将两个断面削平磨光的铅柱对齐压紧，发现他们可以连接在一起，并在下面可以挂一定的重物。

分子间的相互作用力

这个实验很好的说明了物体分子间有相互吸引力，正是这种引力将两个铅柱紧紧的连接在了一起，也正是由于这种力，才使得大量分子聚集在一起，形成了固体和液体。那么在实验中，我们为什么先要将铅柱的断面削平磨光呢？这主要因为分子间的引力发生作用的距离非常小，通过这样的方法，我们可以让两个铅柱间分子的距离尽可能的减小。我们还知道，固体和液体是很难压缩的，即使是气体，当压缩到一定程度的时候也很难再继续压缩，这些现象说明分子间除了引力外还存在着斥力。进一步的研究表明，斥力发生作用的距离比引力发生作用的距离还要小。研究表明，分子间的引力和斥力是同时存在的，它们的大小都和分子间的距离有关，如图所示，斥力在横轴上方，引力在横轴下方，它们均随着分子间距离的增大而减小，随着分子间距离的减小而增大。分子间表现出来的作用力实际上是引力和斥力的合力。

播放实验视频以及ppt分析

分子力随分子间距的变化规律

下面我们来分析分子力随分子间距的变化情况

（1）当分子间的距离等于时，引力和斥力相互平衡，分子间的作用力为零。我们把这个位置称为平衡位置。的大小与分子的大小差不多，数量级约为 m。

(2)当r<时，随着r的减小，引力和斥力都增大，但是斥力比引力增大得快，斥力大于引力，分子力表现为斥力。所以合力也就是分子力的图像应在横轴的上方。

在图中如何表示出斥力增大得比较快呢？这可以从图像的斜率上看出来。上面表示斥力的线比较陡，而下面表示引力的线比较平坦。

（3）当r>时，随着r的增大，引力和斥力都减小，并且引力总是大于斥力，分子力表现出引力。此时分子力的图像应在横轴的下方。

那么图线到底要怎样画呢？我们刚刚分析过位置时，分子力为零。由于分子间的引力和斥力发生作用的距离都很小，所以可以认为在在无限远处分子间的相互作用力也为零，中间的这一段引力必定会在某一位置出现分子力的最大值。如图所示。

（4）当分子间的距离大于10时，分子间的作用力十分微小，可以忽略。分子力为零。

故假如一个分子从10的地方开始逐渐靠近另一个分子，他们间的相互作用力应当是先表现出引力，这个力先增大到最大值，之后又减小，在平衡位置时分子力减小为零。之后表现出斥力，并且斥力越来越大。

问题

把一块洗净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，先使玻璃板水平地接触水面，然后向上拉玻璃板，使它离开水面，会发现这时所用的力会大于玻璃板本身所受的重力，这是为什么呢？

分子间相互作用 篇3

【关键词】分子印迹聚合物；应用；研究进展

分子印迹，是指用化学方法制备对某一特定分子具有特异选择性的聚合物的过程。1931年由Polyakov最先提出，20世纪80年代后迅速发展。分子印迹技术得到迅速发展主要原因是它具有构效预定性、特异识别性、广泛实用性三大优点。分子印迹在药物分离、食品与环境检测、抗体或受体模拟、传感器等诸多领域都有广泛的应用。

1 分子印迹聚合物最新研究成果

1.1 分子印迹聚合物吸附行为研究

被吸附分子到达结合位点及其与印迹位点的结合是影响分子印迹聚合物吸附行为的重要因素。杨强[1]等以木犀草素为模板分子，丙烯酰胺和4-基吡啶为功能单体 乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，用本体聚合法制备了分子印迹聚合物，通过对聚合物的结构表征与吸附性能测试，发现功能单体对印迹聚合物的物理形貌、平均孔径、孔容比表面积有很大影响，这些结构特征与印迹聚合物的吸附性能密切有关。

1.2 对于水溶液体系的分子印迹聚合物研究进展

随着分子印迹技术的飞速发展，分子印迹聚合物作为具有专一性识别能力的合成受体，在环境监测食品安全分析与临床医学诊断等领域展现出广阔的应用前景。而由于这些检测的溶液均为水溶液体系，因此开发在水溶液中具有优异专一分子识别性能的分子印迹聚合物受到了广泛的关注。

张会旗[2]等人从分子设计出发，将可控/“活性”自由基聚合与分子印迹聚合物研究有机地结合起来，利用可控/“活性”自由基聚合技术{包括Iniferter-诱导的可控自由基聚合、原子转移自由基聚合及可逆加成/裂解链转移（RAFT）聚合}制备表面具有亲水性高分子刷或高分子水凝胶超薄壳层的分子印迹聚合物微球。通过在分子印迹聚合物微球的表面引入亲水性高分子壳层的方法来达到提高其表面亲水性、降低其在水溶液中对所需识别分子的非专一性吸附、并最终得到适于水溶液体系的分子印迹聚合物的目的。

2 分子印迹聚合物应用

2.1 分子印迹传感器

分子印迹聚合物对目标分子具有高度的选择性和专一性，使得分子印迹传感器具有灵敏度高、选择性好、价格低廉等优点。可作为识别元件的敏感材料[3]。

近年分子印迹传感器也在许多新方面得到应用。Liang R N[4]等采用沉淀聚合法制备了以盐酸克伦特罗（瘦肉精）为模板的电位式膜传感器。该电位式传感器已成功应用于猪尿中瘦肉精的检测，回收率在98%～107%，整个分析时间不到3min。Gregory A[5]等采用点击化学的方法以对苯二酚为模板分子，甲基丙烯酰胺为功能单体在金电极上制成了clicked-on 对苯二酚分子印迹膜传感器，相比coated-on对苯二酚分子印迹膜传感器的检出限低了三倍多。而在对对苯二酚检测的灵敏度上clicked-on对苯二酚分子印迹膜传感器比coated-on对苯二酚分子印迹膜传感器快了近三倍。用计时安培分析法对两种传感膜的表面扩散系数进行分析，发现clicked-on对苯二酚分子印迹传感膜具有非常好的传质特性。Wang Z H[6]等人利用席夫碱和金属离子之间强的相互作用在水溶液中制备了对 离子具有灵敏度高的自组装单层膜（SAMs）分子印迹电化学传感器。该法制备的印记聚合物传感器相比较三维的分子印迹传感器，响应时间更短、敏感性更强、稳定性更好，主要是SAMs在某种程度上克服了模板分子的横向扩散，该法已成功用于检测黄河水中的 离子。

分子印迹传感器作为一种成本低廉、制作简单、选择性高、灵敏度好的识别装置，有着深刻的理论意义和广泛的应用前景。

2.2 在中药领域应用

中药中的有机成分十分复杂，用普通的化学分离方法很难分离出其中的有效成分，而分子印迹具有的特异识别性能够高效的分离出其中的活性成分。

在中药创新药物研究领域主要是用于寻找已知药物的结构类似物，进而开发比已知药物疗效更好、毒性更低或价格更低的替代药物[7]。

2.3 环境污染治理应用

由于分子印迹聚合物具有良好的选择性能，在催化降解污染物技术方面，制备有印迹涂层的光催化剂，以提高光催化剂的选择性能。研究表明，分子印迹技术与光催化技术的结合是提高对目标物选择氧化去除的有效方法[8]。

2.4 医学应用

在医学领域有关目标蛋白质的分离、检测或定量研究至关重要。其中基于抗体/抗原特异识别作用的方法被普遍认为是最有效的方法[9]，以蛋白质为模板合成纳米结构蛋白质印迹材料。虽然近期并没有通用性好适用性强的合成方法，但相信随着更多科研人员的不断深入研究，分子印迹技术会在这一领域取得更多成果。

3 分子印迹技术的展望

分子印迹作为一项高效检测分离技术，在多方面都起到了巨大的作用。但分子印迹还存在着急需解决的问题。在分子印迹领域发展更多的是特定目标的分子印迹聚合物的合成，而对分子印迹吸附行为研究较少。其中被吸附分子到达结合位点主要与聚合物的传质特性相关，由于影响因素较复杂，仍属分子印迹聚合研究的薄弱环节。还有合成分子印迹聚合物的功能单体种类太少不能满足某些印迹分子的需求。针对像蛋白质、DNA/RNA等大分子的化合物的分子印迹聚合物的合成较少。

参考文献：

[1]杨强，罗贵桃，and 肖蓉，分子印迹聚合物的吸附行为研究.化工新型材料，2013（04）：p.87-89.

[2]张会旗 and 李晨溪，适于水溶液体系的分子印迹聚合物研究进展.高分子通报，2013（01）：p.13-25.

[3]王琳，谭学才，赵丹丹，刘力，雷福厚，黄在银，龚琦，WANG Lin，TAN Xue-Cai，ZHAO Dan-Dan，LIU Li，LEI Fu-Hou，HUANG Zai-Yin，GONG Qi - 《高等学校化学学报》 2012年8期

[4]Liang R N，Gao Q，Qim W.Potentiometric sensor based on molecularly imprinted polymers for rapid determination of clenbuterol in pig urine[J].Chinese Journal of clenbuterol，2012，40（3）：354-358

[5]Gregory A，Stenzel M H.Complex polymer architectures via RAFT polymerization：From fundamental process to extending the scope using click chemistry and nature’s building blocks[J].Progress in Polymer Science，2012，37（1）：38-105

[6]Wang Z H，Qin Y X，Wang C，et al.Preparation of electrochemical sensor for lead（Ⅱ）based on molecularly imprinted film[J].Applied Surface Science，2012，258（6）2017-2021

[7]衣丽娜，尹小英，江一帆，刘庆山，YI Li-na，YIN Xiao-ying，JIANG Yi-fan，LIU Qing-shan - 《国际药学研究杂志》 2012年4期

[8]马伟青，2012 - 哈尔滨工程大学：环境工程

分子间相互作用 篇4

1材料与方法

1.1材料与仪器

6周龄, 雄性清洁级SD大鼠40只, 平均体重(220±20)g, 购于河北医科大学实验动物中心( 合格证号:1405034)。 链脲佐菌素(STZ)、柠檬酸钠:美国Sigma公司; 内皮素-1 (ET-1) 及一氧化氮(NO) 试剂盒:武汉博士德生物工程有限公司;兔抗鼠多克隆ICAM-1(货号:PB0054)及VCAM-1抗体(货号:BA3840): 武汉博士德公司;血糖仪(罗康全活力型):德国罗氏公司;日立7600-010全自动生化分析仪:日本日立公司;多功能真彩色细胞图像分析管理:美国Media Cybernetics公司。

1.2方法

1.2.1动物模型建立适应性饲养1周,随机抽取30只按文献[2,3]方法略作改进, 一次性腹腔注射STZ 60 mg/kg,72 h后尾静脉取血,测血糖≥ 16.7 mmol/L, 血糖平稳1周后,确定为糖尿病大鼠。 剩余10只大鼠设为正常组,腹腔注射等量的柠檬酸钠缓冲液。

1.2.2分组与给药糖尿病大鼠随机抽分为模型对照组10只及三黄片组(哈药集团三精制药有限公司) 10只,其余弃去不用。 实验期间大鼠自由进食水,喂食标准饲料,每天更换垫料。 三黄片组给予生药10 g/kg体重灌胃,三黄片每天临时配制,其余两组每日给予同等剂量生理盐水灌胃。

1.2.3采血与血管免疫组化持续给药8周后,隔夜禁食12 h,不禁水。 以3%戊巴比妥(80 mg/kg)腹腔注射麻醉,腹主动脉采血测定血脂、NO及ET-1。同时留取胸主动脉,制备病理切片,SP免疫组化染色,应用图像分析软件分析大鼠胸主动脉组织中ICAM-1及VCAM-1阳性表达。

1.3统计学方法

采用SPSS 13.0统计软件对数据进行分析和处理,计量资料以均数±标准差(±s)表示,自身前后对照比较采用配对t检验, 多组间比较采用方差分析组间多重比较采用Dunnett′s t检验,以P < 0.05为差异有统计学意义。

2结果

模型对照组1只死于继发性腹部感染(可能为腹部注射STZ导致),三黄片组死亡1只,死因不详。

2.1三组给药前后血糖水平比较

三组给药前后血糖水平分别比较,差异无统计学意义(P > 0.05﹚;模型对照组及三黄片组给药前、给药后的血糖水平高于正常组(P < 0.05﹚,但模型对照组与三黄片组比较差异无统计学意义(P > 0.05﹚。 见表1

注:与正常组比较,*P < 0.05

2.2三组血脂水平比较

三组总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇及低密度脂蛋白胆固醇组间比较差异无统计学意义(P > 0.05﹚ 模型对照组及三黄片组三酰甘油高于正常组(P < 0.05),但模型对照组与三黄片组比较差异无统计学意义(P > 0.05﹚。 见表2。

注:与正常组比较,*P < 0.05

2.3三组ET-1及NO水平比较

模型对照组及三黄片组ET-1水平较正常组升高(P < 0.05),三黄片组ET-1水平较模型对照组下降(P < 0.05);模型对照组及三黄片组NO水平较正常组降低(P < 0.05),三黄片组NO水平较模型对照组升高(P < 0.05)。 见表3。

注:与正常组比较,*P < 0.05; 与模型对照组比较,▲P < 0.05;ET-1:内皮素-1;NO:一氧化氮

2.4三组ICAM-1及VCAM-1比较

模型对照组及三黄片组ICAM-1及VCAM-1阳性表达明显高于正常组(P < 0.01),三黄片组ICAM-1及VCAM-1阳性表达明显低于模型对照组(P < 0.01)。 见表4。 正常组可见少量ICAM-1(棕黄色颗粒样)表达(图1A),模型对照组及三黄片组可见大量的ICAM-1表达(图1B、1C);正常组可见少量VCAM-1 (棕黄色颗粒样)表达(图2A),模型对照组及三黄片组可见大量的VCAM-1表达(图2B、2C)。

注:与正常组比较,*P < 0.01;与模型对照组比较,▲P < 0.01;ICAM-1:细胞间黏附分子-1;VCAM-1:血管细胞间黏附分子-1

A:正常组(微弱表达);B:模型对照组(强表达);C:三黄片组(中等表达)

A:正常组(微弱表达);B:模型对照组(强表达);C:三黄片组(中等表达)

3讨论

糖尿病合并血管病变早期特征即动脉粥样硬化糖尿病动脉硬化是糖尿病大多数慢性并发症的共同病理基础,血管内皮细胞功能的受损是动脉硬化的启动因素。 高血糖导致氧化应激的增加及一些炎性因子的过度激活,使血管内皮功能紊乱,导致ET-1分泌增加及NO分泌减少,进而引起血流动力学紊乱,血流动力学失衡又会加重血管内皮损伤,其损伤是糖尿病动脉硬化的共同病理表现及重要原因[4,5]。 慢性炎症是动脉粥样硬化形成与进展的重要的独立危险因素[6]多种炎性因子如C反应蛋白、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α 等介导的炎性反应与2型糖尿病血管并发症的关系密切,在糖尿病血管病变的发病机制中发挥重要作用。 大量证据显示,炎症导致细胞黏附分子异常、白细胞附壁等,最终引发内皮细胞功能异常,甚至凋亡。 ICAM-1及VCAM-1属于免疫球蛋白超家族成员,主要表达于血管内皮细胞、淋巴细胞、单核细胞等。 VCAM-1可引起表面效应细胞活化,免疫反应被启动,介导淋巴细胞等与血管内皮细胞黏附,损伤血管内皮,导致血管功能障碍[7]。 研究表明,动脉硬化的发生和发展与VCAM-1等黏附因子的过度表达相关[8]郑永强等[9]研究表明,抑制ICAM-1及VCAM-1的表达,可以防治糖尿病性动脉粥样硬化。

三黄片的主要成分为大黄、黄芩、盐酸小檗碱,有较多研究表明, 其组分具有抑制炎性因子表达的作用。 研究表明,大黄具有降低大鼠ET-1及升高NO的作用, 能够保护糖尿病大鼠内皮依赖的血管舒张功能,且能抑制ICAM-1及VCAM-1的表达,具有抗动脉硬化作用[10]。 小檗碱能降低肾脏血管内皮生长因子的表达,并能改善糖尿病肾病大鼠发病过程中的生化指标和肾脏病理损伤[11];小檗碱可减少白细胞介素-6及肿瘤坏死因子-α 的分泌, 减轻内脂素诱导的人脐静脉内皮细胞损伤[12];陶婷婷等[13]研究表明,在高胰岛素条件下, 人脐静脉内皮细胞分泌前列环素2(PGI2) 减少、ET-1增多;0.50、5.00 g/m L的小檗碱可提高人脐静脉内皮细胞对PGI2的分泌水平,减少ET-1的分泌,呈反向调节作用;朱凌波等[14]研究表明,小檗碱可显著降低高脂饮食兔血清总胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白胆固醇水平,显著降低血清氧化低密度脂蛋白、脂蛋白相关磷脂酶A2、 单核细胞趋化蛋白-1、 基质金属蛋白酶-9水平, 升高血清基质金属蛋白酶抑制物-1水平, 可显著改善动脉硬化病变程度及稳定斑块,其机制可能与小檗碱能显著降低血清各项炎症标志物水平等作用有关。 李淼等[15]发现,三黄方及方中大黄、黄芩、黄柏在浓度范围100~1.5625 mg/L对小鼠巨噬细胞RAW264.7细胞无显著毒性,三黄方通过抑制细胞因子NO、白细胞介素-1β、前列腺素E2、 肿瘤坏死因子-1α 释放发挥其抗炎作用。

卢聪等[16]研究表明,大黄素抑制血管平滑肌细胞增殖。 大黄酸能改善过氧化氢(H2O2)诱导损伤的血管内皮细胞形态,促进其增殖,抑制其凋亡,提升NO、一氧化氮合酶(NOS)的含量和超氧化物歧化酶(SOD)的活力,对血管内皮细胞有一定的保护作用[17]; 大黄酸能抑制白细胞介素-6诱导的血管平滑肌的促增殖作用和表型转换, 可能与调节基质金属蛋白酶-3/基质金属蛋白酶抑制剂1比值及增殖细胞核抗原的表达[18]。 景浩然等[19]研究表明,大黄酚可以在不影响小胶质细胞的细胞活性情况下,显著抑制内毒素(LPS)诱导的小胶质细胞炎性因子NO、肿瘤坏死因子-α 的表达。 李岩等[20]研究表明,黄芩苷能减少炎性因子肿瘤坏死因子-α 的过度表达, 其作用机制可能与黄芩苷抑制LPS引起的巨噬细胞CD36表达有关,从抗炎角度初步探讨了黄芩苷抗动脉粥样硬化的作用机制。 黄芩苷还可能部分通过上调NOS活性,增加NO含量, 从而实现抑制血管平滑肌细胞增殖的作用[21]。

本研究结果显示,复方清热类中药三黄片对糖尿病大鼠血糖及血脂无影响。 三黄片具有明显抑制ET-1升高、抑制NO降低的作用,但不能到达正常水平,推断其对血管内皮具有保护作用。 糖尿病大鼠胸主动脉ICAM-1及VCAM-1表达上调,表明其在糖尿病血管病变的发生、发展中起作用,而三黄片可以明显抑制血管ICAM-1及VCAM-1的表达。 本研究发现,三黄片具有改善血管内皮功能,同时抑制糖尿病大鼠早期ICAM-1及VCAM-1的过度表达,具有防治糖尿病血管病变的作用。

高中物理分子间的作用力教案设计 篇5

1、分子间存在空隙;且同时存在引力和斥力，实际表现出来的分子力是引力和斥力的合力。

2、知道分子间的距离r

3、知道分子间的距离r>r0时，实际表现的分子力为引力，这个引力随r的增大而减小。

2、过程与方法：培养学生应用宏观物体来模拟和理解微观规律的能力。

3、情感、态度与价值观：

通过分子间作用力随分子间距的变化规律，理解量变和质变的变化关系。 重

难

点 教学重点：1.分子间的分子力随分子间距离变化的规律。2.能用分子力解释简单的现。

教学难点：分子力随分子间距离变化的规律 教学方法 实验观察法、讲述法、分析推理法。

教师活动 学生活动 (-)引入新课

(提问)(1)什么叫扩散现象?什么叫布朗运动?

(2)扩散现象和布朗运动说明了什么问题?

总结：

布朗运动和扩散现象都说明分子间存在空隙，如果固体和液体的分子是一个挨着一个地紧靠在一起的，颗粒或分子就不会从一个地方移动到另一个地方，因此就不可能有布朗运动，也不可能产生扩散现象。

物体都是由一个个分子组成的，而且分子之间还有空隙，可是要把固体的一部分跟另一部分分开却是很困难的，为什么会出现这种现象呢?本节课我们来学习这个问题。

(二)进行新课

1.分子间有空隙

[演示]在长约1m一端开口的玻璃管里装上一半水，再沿管壁慢慢地把染色的酒精注满，这时可清楚地看到水和酒精的分界面，把管口封闭，上下颠倒几次，使水和酒精混合在一起，观察总体积的变化。

[现象]发现水和酒精的总体积变小

[说明的问题]这种现象进一步说明了

2.分子间的作用力

(提问)用力拉伸物体，比较困难，为什么?

用力拉伸物体时，物体内要产生反抗拉抻的弹力，是因为 。

[实验]

(1)把两块纯净的铅压紧，由于分子间的引力，两块铅就合在一起，甚至下面吊一个重物也不能把它们拉开;

(2)把两块光学玻璃的表面磨得既光滑又相吻合，并把表面处理干净，施加一定的压力就可以使它们粘合在一起，这也是利用了分子间的引力。

分子间有引力，那么分子间为什么紧紧吸在一起，分子间却有空隙呢?

这是由于 。

用力压缩物体比较困难，物体内要产生反抗压缩的弹力，就是物体内大量分子间斥力的宏观表现。

小结：分子之间同时存在着相互的引力和斥力，这两个力的合力即为表现出的分子之间的作用力。

3.分子间作用力的变化规律

经过大量实验证明，分子间的作用力与分子间的距离有关

[投影]分子间的作用力跟距离的关系示意图

图中横轴表示分子间距，纵轴表示分子间作用力，斥力用正值表示，引力用负值表示，F为斥力与引力的合力，即分子力，F为正值时，表示合力为斥力，F为负值时，表示合力为引力。

[提问]从图中曲线走势可得到哪些信息?

(1)从图中可看出：引力线比斥力线平缓些。由此可知，分子间引力和斥力都随分子间距离r的增大而减小，且斥力比引力减小得快。

(2)如果过r轴上任一点作一条跟F轴平行的直线与两虚线分别相交，这两个交点的纵坐标分别代表当分子间距离为这一特定值r时的斥力和引力的大小，它们的代数和即为平行线与实线交点的纵坐标的数值，也就代表两个分子间斥力和引力的合力大小，即分子力的大小。

(3)当分子间距离r=r0时(r0为10-10m)，引力和斥力相等，此二力的合力为零，即分子间呈现没有作用力，此时分子所处的位置为平衡位置。

(4)当分子间距离r

(5)当分子间距离r>r0时，分子间的引力和斥力同时减小，但斥力减小得更多一些，故引力大于斥力，此时分子之间呈现有相互的引力作用(但此时斥力仍然存在)。

(6)分子间可以发生相互作用力的时间很短，一般当分子之间的距离超过分子直径的10倍时，可认为分子之间的作用力为零。

4.分子动理论

由于物体是由数量极多的分子组成的，这些分子单独来看，运动是不规则的，带有偶然性的，但从总体上看，大量分子的运动遵守一定的规律，这种规律叫做统计规律。

(三)课堂总结、点评

1.分子间有空隙。

2.分子间有相互作用的引力和斥力，它们的合力就是分子力，分子力大小与分子间距有关。

分子间相互作用 篇6

发展高效、绿色的新型催化反应是当前有机化学研究的前沿之一。现代绿色化学的十二原则强调尽量减少化学合成中的有毒易爆物质、减少不必要的衍生化步骤、提高反应的原子经济性、尽量使用催化的反应而不是当量的反应、提高反应的效率、使用温和的反应条件等,而要实现这些最关键最核心的因素就是开发新的催化反应过程。因此开发出高效、绿色的催化反应过程是有机化学家们孜孜以求的目标之一,也是现代有机合成方法学研究的热点和焦点之一。

金属卡宾反应是一类重要的有机化学反应,相关的研究工作在近几十年中取得了重要的进展。金属卡宾多样的反应性以及选择性,使得导向有机合成的金属卡宾化学成为现代合成化学中很多新反应的源泉,也是实现有机合成中高选择性,高原子经济性及温和条件的重要手段。

2 意义

过渡金属催化剂催化α-重氮羰基化合物分解是形成α-羰基金属卡宾中间体的重要途径。近几十年来,α-羰基金属卡宾被大量的应用于有机合成中,特别是药物骨架构建中发挥着重要作用。例如环丙烷化反应被大量用于构建天然产物或药物分子中的环丙烷骨架,叶立德反应常被用来构筑天然产物的复杂环系结构,插入反应可用于分子内大环的关环。但是大多数的重氮化合物易爆炸、剧毒,制备和使用过程中均存在危险。近期Sepracor公司和Gelest公司就有几起因使用重氮化合物而发生的恶性事件。因而寻找一种绿色环保、简单高效的α-羰基金属卡宾生成反应替代使用过渡金属催化剂催化α-重氮羰基化合物分解是非常有必要的。

通过分子间亲核性的氧进攻金活化的炔基产生α-羰基金卡宾是金催化化学一个重要的进步。该反应具有反应条件温和,绿色高效,实验操作及后处理简单等优点。氧一般来源于硝酮、硝基化合物、氨基氮氧化物、吡啶/喹啉氮氧化物、亚砜、环氧化物。α-羰基金卡宾中间体具有和过渡金属催化分解α-重氮羰基化合物生成的α-羰基金属卡宾中间体类似的高反应活性,使得α-羰基金卡宾反应呈现出多样性。金卡宾中间体生成后可以被亚胺、芳烃、烷烃等亲核进攻,发生串联反应生成新的碳碳键、碳氮键、碳氧键、碳硫键,构建出新的化合物骨架。利用α-羰基金卡宾的结构特性、反应特征,发展通过分子间氧化途径产生α-羰基金卡宾实现的分子间反应体系,揭示和总结α-羰基金卡宾参与分子间反应的规律,为合成具有重要结构骨架和功能作用的羰基化合物提供新的合成方法学,α-羰基金卡宾是通过分子间氧化方式生成,包括以下三种结构(图1)。以下内容均以α-羰基金卡宾A为代表阐述。

3 合成方法

(1)α-羰基金卡宾参与的分子间插入反应。利用分子间氧化方式产生α-羰基金卡宾实现的分子间插入反应体系,实现金卡宾羰基α-位官能化,分别合成α-烷氧基酮、α-烷酰氧基酮化合物。α-羰基金卡宾对于醇O-H键、羧酸O-H键的插入反应。根据醇、羧酸试剂的物态不同,合成分为两部分:1)溶解性较好,廉价易得的醇、羧酸试剂,可以将这些醇、羧酸试剂同时作为反应试剂和溶剂;2)固态或溶解性差、价格昂贵的醇及羧酸试剂。研究发现一种与α-羰基金卡宾不反应的溶剂(如氯苯),揭示金卡宾对于醇、羧酸O-H键的插入反应(图2)。

(2)α-羰基金卡宾参与的分子间环丙烷反应。α-羰基金卡宾与烯烃的分子间环丙烷化反应。环丙烷骨架广泛存在于天然产物和药物分子中,在有机合成中发挥着重要的作用。利用卡宾的亲电性和富电子的烯烃发生分子间亲电加成反应,合成羰基α-取代的环丙烷化合物,其中研究的烯烃包括链烯烃与环烯烃(图3)。

(3)α-羰基金卡宾实现的分子间切断反应。利用α-羰基金卡宾的高反应活性,在金卡宾作用下实现另一分子的C-O键(图4a)、C-N键(图4b)的切断反应,进而形成新的C-O键、C-C键,选择性切断醚类化合物的C-O键。

以过渡金属催化分解α-重氮羰基化合物反应的研究成果为理论基础,结合α-羰基金卡宾分子内反应研究,利用分子间氧化途径产生α-羰基金卡宾实现的分子间插入反应,首次研究α-羰基金卡宾实现的分子间环化反应和α-羰基金卡宾作用下另一分子的C-O键(醚)、C-N键(酰胺)的切断反应,丰富合成α-取代羰基化合物的反应方法学,从而发展均相金催化化学。

摘要：通过分子间亲核性的氧进攻金活化的炔基产生α-羰基金卡宾是金催化化学一个重要的进步。该反应具有反应条件温和,绿色高效,实验操作及后处理简单等优点。介绍α-羰基金卡宾参与的分子间插入反应、分子间环丙烷反应、分子间切断反应,丰富合成α-取代羰基化合物的反应方法学,从而发展均相金催化化学。

关键词：α-羰基金卡宾,分子间反应,合成研究

参考文献

[1]Murai Masahito,Kitabata Sachie,Okamoto Kazuhiro,Ohe Kouichi.Gold-catalysed cycloisomerisation reactions of2-(2-propynyl)pyridine N-oxides leading to indolizinones.Chem.Commun.,2012,48(61):7622-7624.

[2](a)Deyun Qian,Junliang Zhang.Catalytic oxidation/C-H functionalization of N-arylpropiolamides by means of gold carbenoids:concise route to 3-acyloxindoles.Chem.Commun.,2012,48(56):7082-7084;(b)Deyun Qian,Junliang Zhang.A gold(i)-catalyzed intramolecular oxidation-cyclopropanation sequence of 1,6-enynes:a convenient access to[n.1.0]bicycloalkanes.Chem.Commun.,2011,47(39):11152-11154.

[3]Xu Mei,Ren Tian-Tian,Li Chuan-Ying.Gold-Catalyzed Oxidative Rearrangement of Homopropargylic Ether via Oxonium Ylide.Org.Lett.,2012,14(18):4902-4905.

[4]Dan Chen,Guoyong Song,Aiqun Jia,Xingwei Li.Gold-and Iodine-Mediated Internal Oxygen Transfer of Nitrone-and Sulfoxide-Functionalized Alkynes.J.Org.Chem.,2011,76(20):8488-8494.

分子间相互作用 篇7

关键词：胎盘间充质干细胞,卵巢早衰,分子机制

卵巢早衰已成为妇科疾病不孕不育的常见因素, 目前对于卵巢早衰的机理并不是很清楚, 因此也没有根治的方法[1]。胎盘间充质干细胞是从胎盘组织中分离培养出来的, 取材广泛, 对供者无不利影响, 无伦理问题, 且细胞增殖、分化能力较强, 有报道对卵泡的生长有促进作用[2], 本文重点从分子机制方向研究人胎盘间充质干细胞治疗卵巢早衰的作用。

1 资料与方法

1.1 一般资料

为正常足月剖宫产胎盘, 属对实验均知情同意并签署“知情同意书”。产妇的条件为:年龄为25~30岁, 且满足艾滋病、乙肝病毒、丙肝病毒、梅毒、支原体HBSAg、HCV检测均为阴性。雌性C57的卵巢早衰模式小鼠 (6~8周) 购自天津赛尔生物技术有限公司。

1.2 方法

人胎盘间充质干细胞的分离培养与鉴[3]:件下取足月剖宫产胎儿的胎盘, 剥除羊膜, 剪取胎儿侧胎盘组织, 用胶原酶II 37℃消化45 min。然后过细胞筛网, 收集各组细胞悬液, 于室温以1 000 r/min离心5 min, 弃上清。用PBS重悬细胞, 加入60 g/L羟乙基淀粉 (体积比为4﹕1) 充分混匀, 室温静置45 min, 小心吸取上清, 1 000 r/min离心5 min, 弃上清, PBS洗涤2次。以完全培养基重悬, 制成单细胞悬液, 台盼蓝染色计数活细胞数。按8X108/L的密度接种于T-25培养瓶中, 置于37℃、0.05%的C02培养箱中, 用含体积分数为10%的胎牛血清的DMEM/F12进行培养。7d后首次全量换液, 弃去未贴壁细胞, 每3天换液1次。细胞达80%汇合后, 用2.5 g/L胰酶消化, 按1﹕2的比例传代, 继续扩增培养。使用0.25%胰酶消化, 将细胞悬液转入15 m L离心管中并以1 000 r/min离心3 min。第1管为空白对照, 用于调节流式细胞仪的电压, 第2管加入同型对照抗体 (PE-MOUSE Ig G1/FITC-MOUSE Ig G1/APC-Mouse Ig G1κ) 10μL, 其余管中加入相应流式抗体10μL, 混匀, 4℃避光孵育30 min, 磷酸盐缓冲液洗涤2次, 分成每管1×106细胞, 各管中加入相应流式抗体, 避光孵育30 min, 洗涤1次后离心弃上清, 加入500μL磷酸盐缓冲液重悬, 上机 (流式细胞仪FACSAria, BD公司) 检测。

对照组:注射生理盐水;实验组:注射人胎盘间充质干细胞, 连续注射10天。10天后取卵巢, 提取RNA, 反转录后进行荧光定量PCR。Gapdh, Zcchc11, Angpt 1, Cxcr4种引物委托上海生工生物工程有限公司合成。

1.3 统计学方法

采用SPSS 17.0软件进行统计学处理, 计量资料以“±s”表示, 采用t检验的方法进行比较, 以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 流式细胞仪鉴定结果

分离得到的人胎盘间充质干细胞, CD29、CD44和CD90均为高表达均在98%以上, CD45、HLA-DR均呈阴性表达, 见图1。

2.2 荧光定量PCR检测分析结果

与对照组相比, 观察组的Zcchc11和Angpt1基因的表达上升, Cxcr4基因表达下降, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。如图2。

3 讨论

胎盘间充质干细胞可能通过旁分泌的细胞因子的作用来改善卵巢功能。胎盘间充质干细胞分泌一些细胞因子, 比如胎盘生长因子 (PGF) , 转化生长因子-β (TGF-β) , 表皮生长因子 (EGF) , 血管内皮细胞生长因子 (VEGF) , 成纤维细胞生长因子-2 (FGF-2) , 血管生成素-1 (Angpt-1) 等。

Angpt1的表达水平可能与排卵前卵泡生长和血管形成有关。Angpt1是干细胞分泌的因子, 分泌血管形成相关细胞因子的使卵巢的循环系统功能得以改善[4]。CXCR4, 有较强的淋巴细胞趋化活性, 在维持卵泡处在非激活状态起到重要作用。处于非激活状态的CXCR4可能诱导原始卵泡生长成为成熟卵泡[5]。Zcchc11与micro RNA调节相关。可以刺激颗粒细胞增殖抑制凋亡, 促进窦状卵泡的形成[6]。因此, Angpt1的表达上升表明胎盘间充质干细胞有分化为血管内皮细胞的治疗潜能。CXCR4基因的表达下降, 表明胎盘间充质干细胞可以促进原始卵泡发育为成熟卵泡。Zcchc11基因表达上调, 表明胎盘干细胞可以减少POF介导的细胞凋亡。

综上所述, 人胎盘间充质干细胞可以调节卵巢生长相关基因的表达, 对治疗卵巢早衰有重要作用。

参考文献

[1]Wolbank S, Peterbauer A, Fahrner M, et al.Dose-dependent immunomodulatory effect of human stem cells from amniotic membrane:a comparison with human mesenchymal stem cells from adipose tissue.Tissue Eng.2007;13 (6) :1173-1183.

[2]Markov v, Kusumi K, Tadesse MQ, et a1.1dentification of cord blood-dedved mesenchymal stem/stroma I cell populations with di Stinct growth kinetics.differentiation potentials and geneexpression profiles.Stem Cells Dev.2007;16 (1) :53-73.

[3]刘丽, 黎渊明, 刘琴.三种胎盘间充质干细胞的分离培养及生物学特性对比研究[J].中国热带医学, 2012, 12 (12) :1528-1529.

[4]I Makhoul, VK Todorova, ER Siegel.Germline Genetic Variants in TEK, ANGPT1, ANGPT2, MMP9, FGF2 and VEGFA Are Associated with Pathologic Complete Response to Bevacizumab in Breast Cancer Patients.PLo S One.2017 Jan 3;12 (1) :e0168550.

[5]王红英, 王景苗.si RNA靶向沉默CXCR4基因对人卵巢癌SW626细胞增殖、迁移及侵袭的影响[J].现代妇产科进展, 2012, 21 (11) :48-51.

分子间相互作用 篇8

在计算机技术高速发展的今天,科学研究已经不单单依赖于传统的物理实验了,数值模拟往往会在其中起到重要的作用。这是由于在很多情况下,实际的实验条件并不理想,复杂多变的环境往往给实验的进行和结果分析带来很大困难。多次的重复性实验不仅要浪费大量的人力与物力还会大大延迟研究的进度,对科研工作十分不利。NMR和MRI经过多年发展,其理论已经相当完善,以此为依据可以为其建立精确可靠的数学模型,这为它们进行数值模拟奠定了良好的基础。NMR谱图与MRI图像都是由复杂的脉冲序列,经过大量繁杂的运算产生。利用计算机模拟对其进行辅助研究就是一种极为有效的手段,不仅可以对实际实验进行指导而且可以大量节省实验时间[1,2,3,4]。

Bloch方程在常规的NMR研究中一直起着非常重要的作用,在描述核自旋的运动状态时充分考虑到了弛豫,分子扩散,化学位移,不均匀场,辐射阻尼场及远程偶极场等宏观效应,但却对存在微观量子效应的情况无能为力。密度算符虽可以解决量子效应却难以处理辐射阻尼,扩散等宏观效果[5]。现存的一些模拟软件,如:BlochLib,Qsim等均只能关注宏观或量子效应中的一个方面,若它们同时存在,就会显得力有不及[1]。近十几年来,随着iMQC的兴起,如何将它与传统的Bloch方程有效结合就变成一个难题。这个难题直到我们在2005年通过引入积算符矩阵才得以解决,基于这种方法的模拟软件SPROM于2008获得发表[1],并在数篇SCI论文中获得应用[1]。

然而,我们于2008年发表的SPROM软件采用Visual C++进行开发,不具备跨平台能力,具有相对的封闭性。另外,在人机界面上,该模拟软件无论在脉冲序列设计方面,还是在模拟结果显示方面都显得十分粗糙,越来越不适应新研究工作的需求。

我们小组曾承担了“十一五”国家科技支撑计划项目“300MHz~500MHz核磁共振波谱仪的研制”的部分工作,并在该计划项目中负责开发了相应的谱仪控制软件WxNMR。WxNMR软件既有控制自主研制的500MHz谱仪进行各种复杂脉冲序列实验的能力,又具备强大的数据处理功能。作为WxNMR软件的一个功能模块,我们开发了WxSPROM模拟软件。该模拟软件可以与WxNMR软件进行无缝连接,并利用共同的脉冲序列同步进行实验和模拟仿真。通过模拟仿真可以指导我们在实际实验过程中选取正确的实验参数获取最优结果,节省时间,减少人力与物力的消耗。

软件采用Java语言编写,基于Eclipse RCP开发,具备插件体系的一系列优势,整个软件做到模块化,动态化,具备极强的可扩展性,而且可以脱离Eclipse框架独立运行,完全能够做到跨平台的效果。无论是做二次开发还是用作独立软件来使用都极为方便。

1 Eclipse RCP简介

新的软件是在SPROM的基础上设计完成,其中一项重要的改进就是采用Eclipse RCP架构进行开发。Eclipse RCP(Eclipse Rich Client Platform)是Eclipse向用户提供的构建富客户端应用程序的框架,给予开发者创建可扩展客户端应用程序的能力。这些应用能够得到Eclipse的底层支持。该框架的流行得益于几个重要技术的发展:Eclipse插件体系,SWT/JFace图形机制和OSGI规范。

1.1 Eclipse插件体系结构

插件结构的概念最早来自于计算机硬件,其本意在于不修改程序主体的情况下对软件功能进行扩展和加强。为满足现今软件开发高效率和高质量的要求,插件的思想已被纳入到软件开发的体系中。Eclipse的流行正是源于它的开源和优秀的插件体系结构。在Eclipse中插件就是为系统提供功能的代码或数据的结构化包,除了小型的运行时内核之外,所有的东西都是插件。也就是说所有功能部件都是以同等的方式创建的。每一个插件都可以使用其他插件提供的服务同时也能够为其他的插件提供服务[8],因此在理论上是可以无限扩展的。在Eclipse中所有插件均为独立的功能模块,可以按不同功能和职责划分模块,分离Model和UI部分,这样可以带来更好的,松耦合的系统设计。

在插件体系中存在一种极重要的机制-扩展机制。它是为插件添加功能的唯一方法。其中的扩展点就是在插件中定义出来可以让用户扩展的地方,实质为一个端口的定义,为用户和服务提供者之间提供了一种相互协调的规则。插件功能的扩展可以通过实现各个扩展点来完成,不同插件之间也可以通过对扩展点的实现来完成相互间的无缝连接。WxSPROM与WxNMR的连接正是基于这样的特性。

1.2 SWT/JFace图形库

过去Java桌面应用程序开发主要使用AWT和Swing,但它们并不使用操作系统自带的窗口部件,因而使得这种方式开发的程序体积庞大、运行速度缓慢,占用内存大,而且又总是与本机应用程序的外观格格不入,用户体验效果不佳。鉴于以上种种不足,Eclipse RCP框架采用了全新的SWT/Jface工具包,直接调用本地操作系统的图形库。SWT的组件类有它自己在操作系统中相应的对等体,SWT体系直接通过JNI(Java Native Interface)来操作本地图形库,因此它的组件可以从自己的对等体中直接获得所需资源,而且还可以直接从操作系统获取所有的事件进行处理。只有在当前操作系统中找不到所需的部件时,才会采用模拟的方式进行绘制,因此整个软件的LOOK&Feel与操作系统的习惯完全一致,具备良好的用户体验[8,9]。更重要的是,对本地方法的直接调用提升了软件的运行速度,使得应用程序灵巧而高效,大大提高了可模拟的自旋系统的复杂度。

1.3 OSGI规范

OSGI(Open Services Gateway Initiative)是一个开放性的网际服务规范。它可以对不同的软件进行规范化管理。Eclipse RCP插件体系就是基于OSGI规范的。它提供了一个通用的,安全可管理的Java框架,支持各个插件的部署和扩展。它可以对各个插件进行生命周期的管理并且定义了生命周期中的动态协作模式,即,支持热插拔的方式[9]。由此,插件可以实现动态添加和卸载或者根据需要进行升级,既提高了软件性能又不会因此而导致系统崩溃。这为整个应用系统的安全性提供了保证。

1.4 Eclipse RCP应用框架

Eclipse RCP应用程序实际上就是插件和运行时内核的组合。大致的构成如图1所示。

一个最小化的RCP应用程序可以只需要Java基础类库,占用空间极小[8,9]。在此基础上开发的软件可以具备较高的运行效率。WxSPROM正是采用了这样优秀的框架。它本质上是Eclipse的插件,但又具备独特的优势,只要提取出运行时所需的最少的依赖项就可以将其打包成为独立的应用程序,完全脱离Eclipse环境,不仅减小了程序文件的体积而且在运行时占用更少的空间,提高效率。

2 基本功能及设置

2.1 基本功能

该软件具备简单而友好的GUI,无论是实验参数的设置,脉冲序列的设计还是实验结果的图形化输出都极其人性化。软件设置以下几项主要功能:

1)系统参数的输入及控制;

2)脉冲序列的读取及设计;

3)对一维、二维及三维复杂的NMR谱进行模拟仿真;

4)依据现有的各种磁共振成像(MRI)技术进行模拟仿真;

5)模拟结果的图形化输出并对图像做相应的处理。

2.2 系统设置

进行模拟实验前,首先要对自旋系统的各项参数进行设置,如磁化强度M0,旋磁比γ,化学位移ω,纵向弛豫时间T1,横向弛豫时间T2,平移自扩散系数D和标量耦合常数J等。软件提供了简洁明了的系统参数设置界面,用户可在此对参数进行设置或修改,软件会自动建立新的系统并保存其相应的系统参数;如果要对已存在的系统再次模拟,则可直接从相应的文件中读取系统参数,不必重复设置。

2.3 脉冲序列设计

所有的NMR实验,无论简单还是复杂,都是由一系列的指令来控制,这些指令就被称为脉冲序列。它要控制脉冲发射的时刻,持续时间,脉冲的频率,相邻脉冲的时间间隔等重要信息。因此无论是控制软件还是模拟软件,脉冲序列的设计都显得十分重要。

设计脉冲序列的图形化界面如图2所示。软件进行了人性化设置,提供脉冲元素面板,元素属性视图,脉冲序列编辑器等,用户可以在此与系统进行交互式操作,设计所需的脉冲序列。除此之外,系统中还存有常用的脉冲序列文件作为序列库,用户可以打开其中的任一文件直接读取脉冲序列进行模拟实验;也可以在此简单序列的基础上,通过可视化界面对原有序列加以修改,设计出各种复杂的脉冲序列完成实验。编辑模式中的所有序列元素都具备相应的鼠标事件及快捷菜单,用户可以轻松完成增,删,改,排序等操作,例如,删除序列中的某一元素,只要右键点击删除即可。修改序列时常见的排序也可以通过鼠标拖动直接完成,更可以通过元素属性视图来完成序列微调,系统会自动检测新的序列并刷新显示,方便快捷。用户可以在系统中建立个人序列库,个人常用序列可以存入库中方便再次查询及应用。

3.4结果输出

在显示输出模块中,模拟结果可以按用户所需的方式进行显示并做各种处理。谱(包括一维谱,二维谱,阵列谱等)和成像结果采用图像来显示,如灰度图和彩色图等。其中,WxSPROM软件为二维谱提供了三种类型的图:灰度图,彩色图和等高线图,它们可以任意角度旋转并能实现局部图像任意放大。

3 仿真实例

以下是基于WxSPROM进行模拟仿真的两个实例。

3.1 二维谱模拟

我们首先对包含分子间二量子相干及分子内标量耦合作用的复杂脉冲序列进行模拟仿真。模拟体系为溶解在环乙烷中的甲乙酮溶液,构成一个单自旋+I2S3自旋系统。I和S自旋间的标量耦合常数为7Hz。分子间二量子相干序列如图2所示。通过分子间二量子相干序列的作用,磁共振信号在分子间二量子相干及分子内标量耦合共同作用下进行演化,分裂模式极为复杂[10,11],因此根据理论预算来分析最终的磁共振谱图是相当困难的,而通过模拟我们可以很好地对实验结果进行预测及描述。此时模拟的优势就得以凸显。在模拟中,我们所采用的模拟参数均尽量接近于实验中所用的参数。图3分别给出了二维谱模拟和实验的结果,从图中很容易看出虽然实验谱图给出了相当复杂的谱峰模式,模拟结果和实验结果仍然可以符合得相当好。

3.2 成像模拟

经过多年发展,MRI以其无损伤性及成像对比度多样化的特点,已经成为目前应用最为广泛的医学成像方式之一[12]。磁共振成像技术发展到当前,各种各样的成像脉冲序列纷纷涌现,比如SE序列、GRE序列、EPI序列及SPIRAL序列等[13,14]。WxSPROM软件对各种复杂的成像序列均可以进行模拟,我们对目前在超快速成像领域最常采用的EPI序列进行成像模拟来作为实例。算法的基本思想是对成像对象在成像空间内所有体元的磁化强度矢量M求解Bloch方程,模拟MRI系统的扫描、信号采集和图像重建过程。在模拟中,用一个直径为3.4cm的水球作为模型,如图4(a)所示。模型的化学位移为0Hz,磁化强度M0=0.03 A/m;纵向弛豫时间及横向弛豫时间均为1s,扩散系数D=2.0×10-9m2s-1。成像FOV在频率编码维及相位编码维均为4cm,并具有64*64的分辨率。通过WxSPROM软件进行模拟,得到模拟结果如图4(b)所示。模型与模拟结果的对比表明,WxSPROM可以有效地进行MRI模拟。

4 结束语

分子间相互作用 篇9

1 ICAM-1的结构与表达

ICAM-1 (又称CD-54) , 是免疫球蛋白超家族的成员, 其配体是整合素家族β2组的淋巴细胞功能相关抗原-1 (lymphocyte function-related antigen-1, LFA-1) 和巨噬细胞分化抗原-1 (macrophage differentiation antigen-1, MAC-1) ;LFA-1与ICAM-1近N端的Ig样结构1区结合, MAC-1与Ig样结构3区结合。LFA-1是ICAM-1的主要受体, MAC-1与ICAM-1的亲和力较低, 且在激活的白细胞上只有小部分Mac-1 (约10%) 可介导ICAM-1黏附。LFA-1表达在中性粒细胞和除红细胞以外的所有造血细胞, 而MAC-1表达局限于单核细胞、巨噬细胞和粒细胞上。

ICAM-1广泛分布在体内的各种组织细胞的表面, 其中以血管内皮细胞表面的表达最强, 外周血白细胞, 间质中的巨噬细胞等表面亦有表达。正常情况下血管内皮细胞中的ICAM-1表达很低, 在内皮细胞缺血、再灌注损伤等情况下, 大量炎性递质、细胞因子等能诱导ICAM-1蛋白及mRNA的表达, 参与T细胞反应、促进单核细胞与内皮细胞的黏附。ICAM-1可从血管内皮细胞表面脱落, 成为可溶性ICAM-1 (sICAM-1) [2], sICAM-1的水平可反映细胞表面表达ICAM-1的程度[3], 而sICAM-1与ICAM-1都要与LFA等结合才能发挥作用[4]。

2 ICAM-1与AS的关系

在AS初始形成过程中, 血管内皮受到损伤后, ICAM-1表达增加, 调节白细胞的黏附及穿越内皮的游移 (以单核细胞为主) , 单核细胞到血管内皮下, 摄取氧化修饰的低密度脂蛋白 (oxidized low-density lipoprotein, ox-LDL) , 变为激活的巨噬细胞, 最终成为充满脂质的泡沫细胞。ICAM-1在活性内皮细胞上的表达是循环白细胞聚集浸润引起一定部位组织损伤和炎症反应的关键, 许多试验已证实正常动脉内皮细胞和内膜平滑肌细胞表达ICAM-1极少或不表达, 而在动脉粥样硬化中血管的内皮细胞、巨噬细胞和平滑肌细胞上均出现大量而持久的ICAM-1表达[5]。

高脂血症也可促进ICAM-1表达增加, 血脂升高能促进超氧阴离子产生, 使低密度脂蛋白氧化修饰, ox-LDL可以上调内皮细胞ICAM-1的表达, 诱导单核细胞向血管内皮的浸润, 在小鼠高胆固醇血症4周后, ICAM-1的表达明显上调, 而且主要表达在“有损伤倾向”的区域, 特别是血管内皮细胞和细胞边缘, 这种上调总是与单核细胞的黏附和迁徙同时出现, 表明ICAM-1对单核细胞聚集于内皮细胞具有一定作用[6]。Iiyama 等[7]用免疫组化和Northernblot方法分析了高胆固醇饮食对LDL R-/-和apoE-/-小鼠及新西兰白兔的主动脉黏附分子表达的影响, 结果显示高胆固醇兔和小鼠的主动脉ICAM-1表达明显上调。ox-LDL既能上调ICAM-1的表达, 促进单核细胞的黏附和浸润, 单核细胞又吞噬ox-LDL变成活化的巨噬细胞, 形成一个恶性循环, 最终形成AS。

在AS斑块形成后, ICAM-1表达阳性的内皮细胞常与内皮下浸润的T淋巴细胞和巨噬细胞相邻, 在AS斑块处不仅内皮细胞ICAM-1的表达明显上升, 而且在AS发生过程中血管平滑肌细胞 (vascular smooth muscle cell, VSMC) 也有ICAM-1的表达, 在主动脉和冠状动脉用抗ICAM-1和抗细胞特异抗体处理后, 可观察到正常情况下不表达ICAM-1的VSMC在AS损伤后均有ICAM-1的表达[8]。冯青俐等[9]研究发现急性冠脉综合征组血清ICAM-1水平显著高于稳定型心绞痛组和对照组, 提示ICAM-1水平变化与动脉粥样硬化的严重程度有关。ICAM-1可以介导淋巴细胞聚集在损害部位, 共同促进AS的慢性炎症过程。激活的白细胞黏附到血管内皮能够通过一系列机制促进内皮损伤, 血管功能障碍, 使ICAM-1表达进一步增加, 进而又吸引大量的白细胞, 形成自我增殖的恶性循环。

ICAM-1不仅有助于斑块的形成, 而且同斑块的稳定性有关[10]。ICAM-1介导白细胞的黏附增加促进斑块的不稳定性, 削弱了斑块处的纤维帽, 加快了斑块破裂、血栓的形成, 可引起更为严重的后果[11,12]。

3 中医药防治AS

在对AS形成机制的不断深入研究的过程中, 对AS的防治也成为临床的一大热点。抗黏附治疗已成为防治动脉粥样硬化的方法之一, 大量动物实验表明, 以单抗、反义核酸或其他拮抗剂阻断内皮黏附分子的表达功能, 都取得了一定的进展[13]。中医学在这方面也取得了很大的进步, 中医学中素无“动脉硬化”“粥样斑块”病名, 根据AS的临床表现, 以瘀、痰两种证候多见, 多涉及“胸痹”“中风”“真心痛”“眩晕”“头痛”“健忘”“痴呆”“脱疽”等病证范畴。

针对AS的治疗多采用活血化瘀、祛痰除湿的方法, 但在不同的阶段侧重点不同。于俊生等[14]提出在动脉粥样硬化的早期阶段, 以高脂血症为主者, 多辨证为“痰中夹瘀”, 治疗以化痰为主, 辅以活血化瘀, 当动脉粥样硬化斑块形成后, 表现为管腔狭窄、血液流变学异常改变时, 则多以瘀为主, 在治疗上强调活血化瘀, 辅以化痰。

丁奇峰等[15]通过对模型大鼠的研究得出高脂饮食能使ICAM-1mRNA的表达明显增加, 而姜黄素各剂量组可以不同程度地下调血管壁内黏附分子ICAM-1mRNA的表达, 而且姜黄素高剂量组的作用效果明显优于低剂量组, 能起到更好的抑制ICAM-1的表达, 抑制单核细胞黏附和浸润, 从而预防动脉粥样硬化的发生。张梅等[16]研究表明丹参注射液有降低大鼠血清三酰甘油和总胆固醇的作用, 同时可抑制ICAM-1的表达。韩跃刚等[17]在研究血栓心脉宁对高脂血症患者表达黏附分子时发现, 血栓心脉宁可降低ICAM-1的水平, 使内皮细胞活化减轻, 延缓动脉粥样硬化进展。张路等[18]构建试验性家兔主动脉粥样硬化模型, 采用免疫细胞化学方法, 观察纯中药制剂通心络对ICAM-1在粥样斑块中表达的影响, 表明正常家兔主动脉未见明确ICAM-1表达, 粥样斑块内则呈现强表达, 通心络可一定程度降低ICAM-1在家兔主动脉粥样斑块中的表达。金惠民等[19]采用体外细胞培养技术, 制造低氧和LDL内皮损伤模型, 结果显示缺氧或者LDL内皮损伤的状态下, ICAM-1表达显著增加, 而救心胶囊可以明显抑制内皮ICAM-1的表达, 对内皮细胞具有保护作用。王宗仁等[20]通过构建大鼠动脉粥样硬化模型, 采用半定量反转录聚合酶链反应检测外周血单核细胞中ICAM-1的表达, 结果显示高脂饮食能使血管壁内ICAM-1的表达明显增加, 而芪丹通脉片各剂量组可以不同程度地下调血管壁内ICAM-1的表达, 而且芪丹通脉片高剂量组的作用效果明显优于低剂量组, 能起到更好的抑制ICAM-1表达, 抑制单核细胞的浸润和免疫黏附从而预防动脉粥样硬化的发生。殷惠军等[21]研究证实蒺藜总皂苷能明显降低家兔ICAM-1浓度, 从而起到拮抗AS的发生发展。

4 展 望

分子间相互作用 篇10

A.当r大于r1时, 分子间的作用力表现为引力

B.当r小于r1时, 分子间的作用力表现为斥力

C.当r等于r2时, 分子间的作用力为零

D.在r由r1变到r2的过程中, 分子间的作用力做负功

【答案】BC

本题考查分子动理论要点三:分子间同时存在着斥力和引力的拓展.即分子间相互作用力做功与分子间势能的关系.高考考试过后, 许多学生疑虑:该分子势能曲线图是如何导出?为什么分子作用力曲线与分子间势能曲线的图象具有相似特性?它们的关系及区别点在哪里?要回答这些问题, 我们就必须从分子动理论原理上加以论证。

一、分子作用力曲线与分子间势能曲线的图象:

二、分子作用力曲线与分子间势能曲线的论证:

①概念:分子作用力曲线:表示两分子间互相作用力随质心间距离变化的曲线分子间势能曲线:表示两分子间互相作用势能随质心间距离变化的曲线。

②论证:

利用 (1) 式, 可作出与图1之上图分子力曲线所对应的互作用势能曲线Ep (r) ~r, 如图1所示。例如, 图中打上竖条的面积就是在平衡位置r=r0时的势能Ep0, 它是负的。图1的纵轴上已标出Ep0, 并画出利用 (3) 式所求得的势能曲线。将图1与图2相互对照可知, 在平衡位置r=r0处, 分子力F=0, 故-d Ep/dr=0, 势能有极小值。在平衡位置以外, 即r>r0处, F<0, 势能曲线斜率-d Ep/dr是正的, 这时是吸引力。在平衡位置以内, 即r<r0处, F>0, 势能曲线有很陡的负斜率, 相当于有很强斥力。两分子在平衡位置附近的吸引和排斥, 这和弹簧在平衡位置附近被压缩和拉伸类似, 液体和固体中分子的振动就是利用分子力这一特性来解释。由于用势能来表示相互作用要比直接用力来表示相互作用方便有用, 所以分子互作用势能曲线常用到。综合图1、图2, 我们可以用图3来映射分子作用力曲线与分子间势能曲线的物理特性。

⑴分子作用力曲线既然两分子相互“接触”时分子排斥力占优势, 相互分离时分子间吸引力占优势, 则两分子质心间应存在某一平衡距离r0, 在该距离分子间相互作用力将达平衡。为便于分析, 常设分子是球形的, 分子间的互作用是球形对称的中心力场。现以两分子质心间距离r为横坐标, 两分子间作用力F (r) 为纵坐标, 画出两分子间互作用力曲线, 如图1之上图所示。在r=r0时分子力为零, 相当于两分子刚好“接触”。当r<r0时, 两分子在受到“挤压”过程中产生强斥力, 这时F (r) >0且随r0减少而剧烈增大。当r>r0时两分子分离, 产生吸引力, F (r) <0。当r增加到超过某一距离时, 吸引力很小将趋近于零, 可称这一距离为分子作用力半径。

⑵分子间势能曲线分子力是一种保守力, 而保守力所作负功等于势能Ep的增量, 故分子作用力势能的微小增量为

若令r→∞时的势能Ep (∞) =0, 则分子间距离为r时的势能为

三、分子间势能曲线图象的意义拓展:

利用分子势能曲线能定性分析在分子之间对心碰撞、分子与器壁间碰撞过程中分子力是如何起作用的, 定性分析固体在形变时的弹性力是如何产生的, 以及固体为什么会发生热膨胀现象等。

参考文献

[1]2010年普通高等学校招生全国统一考试试题

[2]2010年普通高等学校招生全国统一考试说明

[3]热力学.统计物理高等教育出版社汪志诚著