作为一种典型的抗菌肽,蜂毒肽能够在细菌的细胞膜上形成跨膜孔道、导致其内容物的泄漏从而杀灭细菌。这种独特的杀菌机制使得基于蜂毒肽开发新型、高效、不易产生耐药性的杀菌药物成为可能。然而由于天然蜂毒肽的工作浓度高及细胞毒性大等缺点,它的实际应用还依赖于人们对蜂毒肽与细胞膜的界面相互作用机制的深入理解和有效调控。利用传统实验方法开展的相关研究大多是基于大量多肽或磷脂分子系综平均的信息,从而提供两者相互作用前后、对多肽与细胞膜的形貌或结构变化的表征,而缺乏对其作用过程动态性和分子细节的揭示。在本论文中,我从单分子运动学的角度,研究了蜂毒肽在细胞膜上插入成孔的动力学过程及其背后的物理机制。通过结合单粒子追踪以及表面诱导荧光衰逝技术,我实时追踪了单个磷脂分子及多肽分子的三维运动行为、及其与蜂毒肽的跨膜成孔功能之间的关联。研究发现,蜂毒肽在磷脂膜表面的吸附和聚集显著抑制了多肽吸附区域脂分子的扩散运动,却加速了周围约6.7 nm距离区域脂分子的扩散速率;由此导致了整个磷脂膜中脂分子运动的不均匀性,并促进了多肽在异质区域的作用和插膜。同时,蜂毒肽倾向于弯折成“U”形结构完成插膜,并且在插膜过程中呈现三个亚稳态。多肽的插膜最终导致花冠状跨膜孔的形成;多肽与脂分子在两叶间持续翻转,使得跨膜孔具有动态结构。我继而将磷脂膜由单组分模型拓展到双组分模型,对其与蜂毒肽的相互作用过程的研究显示,蜂毒肽倾向于作用在多组分脂膜相畴的边界处,干扰并降低脂膜相分离的程度,进而降低相边界对磷脂分子扩散运动的限制。我的结果从单分子运动学的角度研究和阐述了蜂毒肽膜活性的物理机制,将促进对蜂毒肽结构性质功能的调控、改进及实际应用相关的研究;同时,本工作揭示了单分子运动和大分子生物学功能之间的关联,提出和示范了对细胞膜-生物大分子界面相互作用物理机制开展单分子运动学研究的一种方法。