Fluktuationen in Membranen - Schallgeschwindigkeitsmessungen, Kalorimetrie sowie dielektrische und akustische Spektroskopie an wäßrigen Phospholipidsuspensionen

Abstract

Die physikalischen Eingenschaften von Membranen sind von besonderer Relvanz, da sie einen wesentlichen Hauptbestandteil der belebten Materie bilden. Die meisten dieser Phospholipiddoppelschichten zeigen einen hermotropen kristallin/flüssig-kristallinen Phasenübergang, der mit großen Fluktuationen diverser thermodynamischer Parameter einhergeht, die die physikalischen Eigenschaften der Membranen deutlich beeinflussen.Mittels kalorimetrischer Messungen, bei denen die Umwandlungswärme des Phasenübergangs direkt durch die temperaturabhängige Wärmekapazität zu messen ist, und Schallgeschwindigkeitsmessungen, mit der man die Kompressibilität in Abhängigkeit der Temperatur mit hoher Genauigkeit zu bestimmt, ist der Schmelzvorgang direkt detektierbar. Es wird versucht, die Ergebnisse beider Meßverfahren mittels einer entsprechenden Theorie von T. Heimburg ineinander umzurechnen und so die Ergebnisse beider Verfahren quantitativ miteinander zu verknüpfen.Dielektrische Spektroskopie gibt über der Umlagerung der dipolaren Kopfgruppen der Phospholipidmoleküle Auskunft. In diesem Zusammenhang ist besonders interessant, ob die in der Umwandlung herrschende erhöhte Korrelation der Wechselwirkungen der Lipide untereinander sich auf die Kopfgruppenumlagerung auswirkt. Des weiteren werden Mischungen von Lipiden im Hinblick auf die Richtungskorrelation der Kopfgruppenumlagerung und die Beweglichkeit der Kopfgruppen untersucht.Es ist von besonderem Interesse, die molekularen Vorgänge in Membranen und deren zeitliches Verhalten zu verstehen. Ein möglicher Zugang dazu ist die Ultraschallspektroskopie, mit der sowohl Einzelzeitrelaxationsphänomene als auch die Dynamik der Fluktuationen thermodynamischer Zustände detektierbar sind. Durch die Möglichkeit, sehr breitbandige Spektren (200 kHz bis 2 GHz) aufnehmen zu können, ist dies für einen weiten Bereich zeitlichen Verhaltens gegeben. Das Auftreten von Fluktuationen und Domänen führt zu einem charakteristischen Anstieg der Ultraschalldämpfung in der Phasenumwandlung. Ein Ziel ist das bessere Verständis von Relaxationsphänomenen, des Phasenverhaltens von Phospholipidmembranen und den dabei auftretenden Fluktuationen der Ordnungsparameter. Es wird die Anwendbarkeit der Theorie von Bhattacharjee und Ferrell für kritisch entmischende Flüssigkeiten auf die Ultraschallabsorption von Lipidsuspensionen untersucht. Ebenfalls wird das zeitliche Verhalten von in diesem Zusammenhang wichtigen molekularen Prozessen wie Kinkenbildung der Alkylketten betrachtet.