纳米技术/纳米生物入门
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构成细胞膜，这些膜是控制物质进出细胞的重要屏障。从三分之一的蛋白质都是膜蛋白这一事实可以看出其重要性。
线粒体是细胞能量代谢的动力工厂。
它合成 ATP，这是细胞中许多过程的基本能量来源。合成过程由线粒体内膜上的电势 (~150mV) 驱动，该电势由膜中的离子泵维持，使外部更酸性，而内部基质区域更碱性。梯度约为 0.5 个 pH 单位 [1]。膜电位在线粒体上并不均匀 [2]
ATP 合成的化学渗透理论由彼得·米切尔于 1961 年提出，他后来因其在 1978 年获得了诺贝尔化学奖。
线粒体的当前研究在 1998 年 8 月 28 日和 1999 年 3 月 5 日的《科学》杂志上进行了回顾。
膜电位差很小，但膜也很薄；大约 5-7nm，导致跨膜的电场约为 30MV/m——这会让任何设计高能粒子加速器的物理学家都感到羡慕——与使大规模物质分解的电场相比，该值非常大。它与讨论脂质膜的物理性质时遇到的其他弱力形成对比。尽管它是一层薄而柔软的膜，很容易被机械接触破坏，但它能够承受极端的电场。
可以使用荧光探针 JC-1 观察膜电位——或者更详细地说是 5,5',6,6'-四氯-1,1',3,3'-四乙基苯并咪唑基碳氰化物碘化物。JC-1 是一种亲脂性阳离子，可以穿透细胞和线粒体的（脂）膜。JC-1 可以被绿色激光激发并以单体形式发射 530nm 的绿色荧光，但如果膜电位增加到 80-100mV 的阈值以上，JC-1 将聚集，荧光在 590nm 处变为橙色 [3]。JC-1 是一种经过充分测试和可靠的膜电位标记物 [4] [5]。在 [6] 中可以找到使用 JC-1 的方法。
在光学显微镜下观察时，天然细胞和生物结构通常对比度很低。取一个普通的酵母细胞，在显微镜下观察它，你只会看到没有结构的小球。荧光标记和染料可以用来染色细胞内部的特定物质，否则这些物质不会发出明显的的光学信号。多年来，这种标记物一直是获得生物样品适当图像的必要条件。无论使用哪种类型的显微镜，荧光标记物都广泛用于增强测量中的对比度和信噪比。
使用荧光染料并记录从整个细胞或选定部分细胞发射的光的光谱可以提供有价值的信息 [7]，例如
- 正常细胞或恶性细胞的功能和结构特征
- 天然存在的或添加到细胞中的分子的细胞内动力学，例如药物。
- 细胞之间相互作用或细胞与其周围介质相互作用的特征。
- 使用研究中的化学物质和电位的荧光标记物来研究离子（如 Ca++、Mg++）或其他重要变量（如 pH 或膜电位）的细胞内动力学。
荧光标记物除了显微镜之外还用于许多其他技术。一种称为流式细胞术的方法对于分析大量单个细胞非常有效。单个细胞依次通过一个细通道，在那里它们暴露在激发激光光下，发射的荧光和吸收由光传感器检测。该技术可以获得非常好的统计结果，但它不能检测到例如功能正常的细胞内的单个线粒体，而只会给出单个细胞中所有线粒体状态的平均值。
资源
1Da 是一个原子质量单位，大约等于一个质子的质量。它大约是 zeptogram 的千分之一 = 10^-24g
- 1 Da 氢
- 8-30 kDa 细胞因子
- 950 kDa 典型的长 PMMA 聚合物链
- 10.000 DNA 碱基对重约 40ng
- 一个生物体通常有数十条染色体，每条染色体可以包含多达数千个基因，并由多达 1 亿个碱基对组成。
- 纳米生物 纳米生物是在一些岩石和沉积物中首次发现的微小的丝状结构。从 20 纳米开始。
- 细小病毒——一种病毒家族，小至 20 纳米
- '纳米细菌' 或 '钙化纳米颗粒 (CNP)'——最近发现的一类纳米颗粒，似乎与体内各种钙化过程有关，可能是活的 [另请参见 2007 年 6 月 23 日的《新科学家》第 38 页]。50-100 纳米
- 纳米级微生物（纳古菌 一种古菌）[科学 314 卷 1933 页]
- 最小的细菌 '解脲支原体' -解脲支原体也被认为是最小的基因组生物体。300 纳米
- 纳米古菌 嗜热菌 400 纳米
- 最大的病毒 '巨病毒'，感染变形虫 400 纳米
- 地球上可能数量最多的生物体，海洋细菌 '无处不在的球菌 (SAR11)' 500 纳米
- 典型的肠道细菌 '大肠杆菌' 2000-6000 纳米。
有关如何添加参考文献，请参阅此书的编辑说明 纳米技术/关于#如何贡献。
- ↑ 人类和小鼠的线粒体疾病，Wallace DC，Science，第 283 卷（5407）：1482-1488 1999 年 3 月 5 日。
- ↑ 用 J-聚集形成的亲脂性阳离子 JC-1 揭示的线粒体膜电位的细胞内异质性，Smiley St，Reers M，Mottolahartshorn C，Lin M，Chen A，Smith Tw，Steele Gd，Chen Lb，美国国家科学院院刊，第 88 卷（9）：3671-3675 1991 年 5 月 信件，第 78 卷（11）：1637-1639 2001 年 3 月 12 日。
- ↑ 用灵敏的荧光探针 JC-1 分析线粒体膜电位，Andrea Cossarizza 和 Stefano Salvioli，普渡大学细胞计量学 CD-ROM 系列，第 4 卷[1]。
- ↑ 评估荧光染料用于检测培养心肌细胞中线粒体膜电位变化，Mathur A，Hong Y，Kemp BK，Barrientos AA，Erusalimsky JD，心血管研究，第 46 卷（1）：126-138 2000 年 4 月
- ↑ JC-1，而非 DiOC(6)(3) 或罗丹明 123，是评估完整细胞中 Delta Psi 变化的可靠荧光探针：对研究细胞凋亡过程中线粒体功能的影响，Salvioli S，Ardizzoni A，Franceschi C，Cossarizza A，FEBS Letters，第 411 卷（1）：77-82 1997 年 7 月 7 日
- ↑ 用灵敏的荧光探针 JC-1 分析线粒体膜电位，Andrea Cossarizza 和 Stefano Salvioli，普渡大学细胞计量学 CD-ROM 系列，第 4 卷[2]。
- ↑ Manfaits 在法国国家科学研究中心 1860 研究小组的网页，[3]