TY  - THES
T1  - Oszillation und Musterbildung in reinen und Polypeptid-dotierten Bilayern
A1  - Gaugele,Sebastian
Y1  - 2017/02/24
N2  - Die vorliegende Arbeit mit dem Titel "Oszillation und Musterbildung in reinen und Polypeptid-dotierten Bilayern" beschäftigt sich mit der Frage, weshalb Zellen und Organellen unterschiedliche Lipidzusammensetzungen in ihren Membranen besitzen und welche Rolle diese für die Funktionsweise von integrierten und assoziierten Proteinen spielen. Diese Fragen stehen seit Jahrzehnten im Fokus der Forschung, konnten jedoch noch nicht eindeutig geklärt werden. 
In dieser Arbeit steht die Frage im Fokus, welche Kräfte und Faktoren die Interaktion von Lipiden und Proteinen beeinflussen und damit für die Interaktion förderlich oder hinderlich sind. Da die Protein-Lipid-Interaktion sowohl in lebenden Zellen als auch im Bilayer-Experiment einen komplexen Vorgang darstellt, an dem unzählige Moleküle beteiligt sind, konnten die gewünschten Ergebnisse nicht durch direkte Beobachtung einzelner Moleküle gewonnen werden. Zu diesem Zweck sind unterschiedliche Reihen von elektrophysiologischen Versuchen mit Bilayern sowie Fluoreszenzversuche mit Vesikeln durchgeführt worden. Die Ergebnisse wurden anschließend miteinander verglichen, um Ähnlichkeiten und Abweichungen festzustellen, die auf bestimmte Charakteristika der Moleküle im Zusammenspiel mit anderen Molekülen und Kräften wie Temperatur und Stromstärke hindeuten. 
Da sich die Fragestellung um die Interaktion zwischen Proteinen und Lipiden als sehr komplex darstellt, wurde der bereits gut erforschte Porenbildner Alamethicin als Modellsystem in reinen Lipidbilayern verwendet. Dieser wurde in den Bilayer- und Vesikel-Experimenten zusammen mit unterschiedlichen Lipidkompositionen, bestehend aus DOPC, DOPE, DOPS und DMPC, eingesetzt. Die Lipide wurden zunächst in Ethanol gelöst und anschließend mit bestimmten Konzentrationen von Alamethicin in zwei nebeneinander liegende Versuchskammern gegeben, die durch eine Bohrung miteinander verbunden waren. In der Bohrung sollten die Lipide anschließend nach der Zugabe von wässriger KCl-Lösung Bilayer bilden. Daraufhin wurden die Bilayer unterschiedlichen elektrophysiologischen Messungen mit unterschiedlichen Stromstärken der Stromklemme unterzogen. Die daraus resultierenden Spannungsverläufe, die aus dem Öffnen und Schließen der Poren durch Alamethicin induziert worden sind, wurden gemessen. Dabei konnten qualitativ und quantitativ unterschiedliche Oszillationen mit unterschiedlichen Periodendauern festgestellt werden, die von den verwendeten Versuchsparametern abhängig waren. Anschließend wurden die gewonnenen Daten der Fourier-Transformation unterzogen, um die Ergebnisse vom Grundrauschen und von Störungen, aber auch Überlagerungen, die aus dem Vielkanalsystem des Alamethicins resultierten, zu trennen. Hierbei konnte eine Vielzahl sehr heterogener Oszillationen mit teils ähnlichen und unterschiedlichen Periodendauern festgestellt werden. Aufgrund der großen Heterogenität der Ergebnisse, die keine direkten Vergleiche der Einzelergebnisse miteinander zuließ, wurden verschiedene durchschnittliche Periodendauern der Oszillationen berechnet. Bei diesen konnte eine Abhängigkeit der Periodendauer der Oszillationen von der verwendeten Alamethicinkonzentration und KCl-Konzentration festgestellt werden, indem die Steigungen der daraus resultierenden Datensätze ermittelt und mit anderen Steigungen anderer Versuche verglichen wurden. 
Es konnte festgestellt werden, dass die geringe Zugabe eines negativ geladenen Lipids wie DOPS zu einem Lipidgemisch aus DOPC und DOPE zu deutlich veränderten Ergebnissen führen kann. Ähnliche Ergebnisse wurden bei der Verwendung von Asolectin-Bilayern erzielt. Hier kann der beobachtete Effekt auf die negative Ladung der integrierten Inositole zurückgeführt werden. Daraus resultierend wurde darauf geschlossen, dass im Gegensatz zu bisherigen Annahmen einiger früherer Arbeitsgruppen, Bilayer keine puren hydrophoben Trennschichten zwischen zwei wässrigen Phasen, sondern hochkomplexe Strukturen darstellen. Der Einbau und die Wirkungsweise des Alamethicins hängen stark von den verwendeten Lipiden des Bilayers ab, in den es integriert werden soll. Darüber hinaus konnte eine große Abhängigkeit der durch Alamethicin induzierten Poren und des Bilayers von den verwendeten Salzkonzentrationen in den wässrigen Lösungen festgestellt werden. 
Die Temperaturversuche mit DMPC und Alamethicin zeigten einerseits, dass die Kohlenwasserstoff-Kettenlänge der Lipide im Bilayer eine wichtige Rolle für integrierte Proteine spielt. Andererseits konnte bestätigt werden, dass der Phasenübergang eines Lipids einen breiten Temperaturbereich umfassen kann. Hier konnte festgestellt werden, dass Alamethicin im Phasenübergang in den flüssig-kristallinen Domänen des Bilayers aktiv bleibt, wobei temperaturabhängige Veränderungen der Spannungsoszillationen und der daraus resultierenden durchschnittlichen Periodendauern zu beobachten sind.

KW  - Musterbildung
KW  - Selbstorganisation
KW  - Membran
KW  - Alamethicin
KW  - Lipide
CY  - Hohenheim
PB  - Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
AD  - Garbenstr. 15, 70593 Stuttgart
UR  - http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2017/1325
ER  -