Struktur und Thermodynamik einer artifiziellen Biomembran

Die Studie von artifiziellen Lipidschichten mit Hilfe von grenzflächensensitiven Streumethoden hat wesentliche Beiträge zum Verständnis der Struktur und Funktionalität von biologischen Membranen geliefert. Hierbei ist es möglich, durch gezielte Präparation, Strukturierung, Wahl des tragenden Festkörpersubstrates oder Einbaus von Proteinen unterschiedliche molekulare Wechselwirkungen zu realisieren und dann systematisch zu untersuchen. Unsere Forschung ist im Rahmen dieses Projektes auf die Herstellung und Charakterisierung einer künstlichen Membran vom Typ Chitosan / DPPC-GPCr (also eine DPPC Membran mit G-Protein-gekoppeltem Rezeptor auf einem Chitosanteppich) fokussiert, die die Grundlage für einen Biosensor sein kann. Das Protein wird zwischen den Phospholipid-Molekülen (DPPC) eingelagert, um eine Proteindenaturierung (Micelle) zu vermeiden. Wir möchten als Protein GPCR verwenden, ein an einen trans-membranen Rezeptor angekoppeltes G-Protein, das Moleküle (Liganden) erfassen kann, wenn eine Kopplung zwischen beiden auftritt. Wenn diese Art der Wechselwirkung eintritt, ist der Ligand in der Lage, das Rezeptor G-Protein sofort zu aktivieren und das elektrostatische Potential des Proteins zu ändern und dadurch eine Änderung in der Konformation der Membran zu bewirken. Der poröse Chitosan-Film soll die Funktion eines Wasser- oder Feuchtigkeitsreservoirs für die DPPC-GPCR Membran übernehmen und trägt über die damit verbundenen intermolekularen Wechselwirkungen zur Stabilisierung der Membran bei. Für die Messunge sollen dünnen Schicht aus Chitosan mit Dicken im Bereich von 50 Å bis zu 300 Å durch Aufdampfen auf Silizium präpariert werden. Im nächsten Schritt werden dann Phospholipide und Proteine auf- bzw. eingebracht. Grenzflächensensitive Röntgendiffraktionsmessungen werden es erlauben, die gewonnen Strukturen (und mögliche Phasenübergänge) als Funktion der Präparationsparameter und der Temperatur mit hoher räumlicher Auflösung zu studieren.

Publikationen

• Tomas P. Corrales, Mengjun Bai, Valeria del Campo, Pia Homm, Piero Ferrari, Armand Diama, Christian Wagner, Haskell Taub, Klaus Knorr, Moshe Deutsch, Maria Jose Retamal, Ulrich G. Volkmann, and Patrick Huber: Spontaneous Formation of Nanopatterns in Velocity-Dependent Dip-Coated Organic Films: From Dragonflies to Stripes ACS Nano, 2014. im Druck.
• Maria J. Retamal, Marcelo A. Cisternas, Sebastian E. Gutierrez-Maldano, Tomas Perez-Acle, Birger Seifert, Mark Busch, Patrick Huber, Ulrich G. Volkmann: Towards bio-silicon interfaces: Formation of an ultra-thin self-hydrated artificial membrane composed of dipalmitoylphosphatdylcholine (DPPC) and chitosan deposited in high vacuum from the gas-phase Journal of Chemical Physics, 2014(141): S. 104201 ff., 2014.