Abstract
在冰點(0℃)下不凍結水的存在是生物能夠在低溫下保存最重要的原因，以往的重點大多集中在蛋白質上的不凍結水研究，但是對於生物體的第一道防線─生物細胞膜上的不凍結水，尤其是動態上的研究很少。核磁共振技術讓我們能在不破壞樣品的狀況下進行實驗，而且其可測量的運動速率範圍可涵蓋10-3~10-10秒。在這篇報告中我們利用固態核磁共振的技術來研究冰點下磷脂質與水的交互作用。分析冰點以下特殊氘標定的磷脂質及雙層膜之間重水的2H-NMR和 31P-NMR圖譜，依其圖譜性質為空間各向同性與否及其不同的自旋晶格弛緩常數，我們發現有三種不同物理狀態的水，分別是：(１)、不凍結的水，(２)、雙層膜之間的冰晶，(３)、雙層膜外的冰晶。而且在不同頭部的磷脂質雙層膜間的不凍結水有不同的表現：(１)、一般的超冷卻水 (supercooled water)，(２)、受到磷脂質頭部擾動的水分子(perturbed water)，(３)、與磷脂質頭部有氫鍵結合的水(bound water)。接著我們對卵磷脂(PC)系統進行深入的研究，我們發現不凍結水分子的運動會干擾卵磷脂頭部的排列，使得其頭部結構 O-Ca-Cb-N 的扭轉角a5增加，於是三甲基胺基團的轉動變得較容易。在動態性質方面，磷脂質與水的運動是互相偶合在一起的，磷脂質頭部區域的快速運動會造成系統中水分子有快速的運動；而均勻冰核形成溫度(TH,-34℃)以上水分子在冰晶中的慢速跳動，可能是這整個系統慢速運動的主要來源。在這篇報告裡，對於低溫下磷脂質與不結凍水有了更進一步的瞭解，因為不凍結水的產生與當今的冷凍保存(食品、器官、胚胎等)有密切的關聯存在，因此這是值得更進一步研究的學問。