Ultraschallspektrometrie zum dynamischen Verhalten von Domänen in peptidhaltigen Lipidmembranen

Abstract

In dieser Arbeit wurde das Verhalten von peptidhaltigen Lipidmembranen während des Hauptphasenübergangs mit Hilfe der Ultraschallabsorptionsspektrometrie untersucht. Dazu wurden als Modellsystem unilamellare Vesikel aus 1,2-Dimyristoyl-sn-3-Glycerin-Phosphatidylcholin (DMPC) verwendet, die mit dem porenbildenden Peptid Alamethicin versetzt wurden.Der Phasenübergang wird unter anderem durch Domänenbildung und Fluktuationen von thermodynamischen Ordnungsparametern wie zum Beispiel der Dichte bestimmt. Es wird ein Anstieg der Fluktuationen bei Annäherung an die Übergangstemperatur beobachtet, der durch ein Potenzgesetz beschrieben wird. Dieses bezeichnet man auch als kritisches Verhalten.Das Messverfahren der Ultraschallspektrometrie nutzt als "Sonde" die Veränderungen des Lipidvolumens während des Phasenübergangs. Die dynamische Skalierungstheorie von Bhattacharjee und Ferrell beschreibt die Beiträge der Dichtefluktuationen im Ultraschallabsorptionsspektrum. Die Messungen zeigen, dass neben dem kritischen Anteil auch Beiträge aus Einzelzeitrelaxationen zu berücksichtigen sind, die mit der axialen Diffusion des Lipids und der Rotationsisomerierung der Alkylketten des Lipids erklärt werden. In der Nähe der Phasenumwandlung tritt ein zusätzlicher Term auf, der als lokale Deformation der Vesikel identifiziert wird.Die Integration von Alamethicin findet nach der "Membrane Thinning"-Theorie in drei unterschiedlichen Konzentrationsbereichen statt, deren Grenzen durch eine konzentrationsabhängige Schallgeschwindigkeitsmessung bestimmt wurden. In allen Konzentrationsbereichen wird eine Verlangsamung der Fluktuationen durch Alamethicin beobachtet.Mittels Ultraschallspektrometrie wird nachgewiesen, dass die axiale Diffusion in Anwesenheit von Alamethicin stärker an das kritische Verhalten koppelt.Die Amplitude des Spektralterms der Vesikeldeformation steigt mit der Konzentration an und kann mit der lysierenden Wirkung des Alamethicins in Verbindung gebracht werden. Die Relaxationszeiten der Vesikeldeformation zeigen ebenfalls in Anwesenheit von Alamethicin eine stärkere Kopplung an das kritische Verhalten.