@phdthesis{Groening2016,
  author    = {Andreas Gr{\"o}ning},
  title     = {Wechselwirkungen reaktiver Sauerstoffspeziesmit Lipid-Modellmembranen},
  journal    = {Interaction between reactiv oxygen spezies and lipid-modell membranes},
  url       = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002396-1},
  year      = {2016},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit wurden die Wechselwirkungen zwischen den reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und den Lipiden, die das Grundger{\"u}st der Zellmembran bilden, sowie die daraus resultierenden chemischen und physikalischen Ver{\"a}nderungen der Membran untersucht. Au{\"s}erdem wurde der Schutz einer Modellmembran durch Adsorption eines Polymers untersucht. Da nat{\"u}rliche Zellmembrane hoch komplexe Systeme sind, in und an denen chemische und strukturelle Prozesse h{\"a}ufig gleichzeitig ablaufen, wurden Lipidmonoschichten und Liposomen als Modellmembranen f{\"u}r die Untersuchungen gew{\"a}hlt. Die Radikale wurden mithilfe der Fenton-Reaktion erzeugt. Um ein vollst{\"a}ndiges Bild des Radikalangriffs auf Modellmembrane zu erhalten, war es notwendig verschiedene Untersuchungsmethoden zu verwenden. Die Lipidmonoschichten und deren Phasenumwandlungen wurden vor und nach dem Radikalangriff mithilfe des Langmuir-Troges und den damit aufgenommenen Isothermen untersucht. Die Fluoreszenz- und die Brewsterwinkel-Mikroskopie wurde genutzt, um die Ver{\"a}nderungen des Phasen{\"u}bergangs und somit die Ver{\"a}nderungen der Form und des Wachstums von Lipid-Dom{\"a}nen (fl{\"u}ssig-kondensierten Phase) durch den Radikalangriff zu beobachten. Die laterale periodische Struktur und das vertikale Elektronendichteprofil der Lipidmonoschicht wurden mit der R{\"o}ntgendiffraktion und R{\"o}ntgenreflexion vor und nach dem Radikalangriff untersucht. Mit der Infrarot-Reflexion-Absorption Spektroskopie (IRRAS) k{\"o}nnen Aussagen {\"u}ber die chemische Ver{\"a}nderungen der Lipide nach dem Radikalangriff getroffen werden. Die Liposomen wurden mit Differenzkalorimetrie untersucht, um die Verschiebung der Phasen{\"u}bergangstemperatur durch den Radikalangriff zu beobachten. Der Radikalangriff auf Liposomen wurde mit Fluorenzmikroskopie verfolgt. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Wechselwirkung von ROS mit zwitterionisch geladenen Lipiden untersucht. Die Modellmembranen bestanden aus Phosphatidylcholinen. Fasst man alle Ergebnisse der Untersuchungen zusammen, f{\"u}hrt dies zum folgenden Resultat: Die Radikale reagieren bevorzugt mit der Kopfgruppe der zwitterionischen Phosphatidylcholinen. Es entstehen negativ geladene Phospholipide mit einer kleineren Kopfgruppe. Die Alkylketten bleiben nach dem Radikalangriff unver{\"a}ndert. Wie die Isothermen und die Brewsterwinkel-Mikroskopie bei Monoschichten sowie die Thermogramme bei Liposomen zeigen, hat die Reaktion keinen erkennbaren Einfluss auf das thermodynamische Verhalten. Erst durch Zugabe bzw. bei Vorhandensein von „freien“ Eisen-Ionen wird die Ver{\"a}nderung der Phosphocholine durch die Radikale beobachtbar. Die „freien“ Eisen-Ionen binden an die negativ geladenen Phospholipde. Dies f{\"u}hrt im Fall von DPPC (1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) Monoschichten zu einer irreversiblen Verfestigung. Weiterhin kommt es zur Abnahme der molekularen Fl{\"a}che in der fl{\"u}ssig-kondensierten Phase. Im Fall von DMPC (1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) Liposomen f{\"u}hrt der Radikalangriff, bei Vorhandensein von „freien“ Eisen-Ionen, ebenfalls zu einer Verfestigung. Am Ende des Radikalangriffs sind die Liposomen zerst{\"o}rt. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Wechselwirkung von ROS mit negativ geladenen Phospholipiden untersucht. Dabei wurde herausgefunden, dass die negative Ladung der Phospholipide nach dem Radikalangriff erhalten bleibt. Die Alkylkettenl{\"a}nge bleibt konstant. Die durchgef{\"u}hrten IRRAS Messungen zeigen ebenfalls keine Ver{\"a}nderungen der Alkylketten. Aufgrund der Beobachtung, dass Eisen-Ionen negativ geladene Modellmembranen verfestigen, sollte im dritten Teil dieser Arbeit die Eisenanbindung an negativ geladene Monoschichten am Beispiel des Cardiolipin TMCL quantifiziert werden. Bei einem physiologischen pH-Wert f{\"u}hrt eine Eisen-Ionen Konzentration im mikromolaren Bereich zu einer irreversiblen Verfestigung der Monoschicht. Der pH-Wert ist ein entscheidender Parameter. Eine irreversible Verfestigung der Monoschicht kann durch einen pH-Wert von 1,3 oder niedriger verhindert werden, wenn die Eisenkonzentration kleiner als 1000 µM ist. Bei h{\"o}heren Eisenkonzentrationen tritt auch bei diesem pH-Wert eine Verfestigung ein. Im vierten Teil dieser Arbeit wurde die Wechselwirkung von ROS mit einer negativ geladenen Lipid-Monoschicht (DMPG) mit adsorbierten Polykationen (Polyethylenimin (PEI)) untersucht. Die adsorbierte Polymerschicht dient zum Schutz der Lipidmonoschicht. Der Radikalangriff wurde mit verschiedenen Fenton-Konzentrationen durchgef{\"u}hrt. Es war eine signifikant h{\"o}here Fenton-Konzentration als bei dem Radikalangriff auf eine DPPC Monoschicht notwendig, um Ver{\"a}nderungen zu induzieren.},
  language  = {de}
}