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Sanjai Karanth

• Free radicals are known to induce significant structural and functional modifications to the cell membrane and its components. Biophysical quantification of such changes using single molecule studies highlight the role of these individual biomolecules. In this PhD work, we focus on nitric oxide radical and try to understand how they influence interaction of different biomolecules with lipid membranes by using biomimetic systems. In specific we try to answer how cell membrane permeability and bilayer thickness would be influenced by the nitric oxide radical with different phospholipids compositions (i.e. on planar supported lipid bilayers). Later we tested, interaction of transmembrane protein integrin αiibβ3 incorporated into the bilayer (i.e. nanodiscs) with nitric oxide. Finally, how to overcome the negative effects encountered by the phospholipids and proteins using biopolymer coated gold nanoparticles as delivery system. The study involved use of atomic force microscopy and quartz-crystal microbalance with dissipation as primary investigation tools complemented with other relevant biophysical and biochemical techniques.
• Es ist bekannt, dass freie Radikale signifikante strukturelle und funktionelle Veränderungen an der Zellmembran und ihren Komponenten hervorrufen können. Die biophysikalische Quantifizierung solcher Veränderungen mit Hilfe von Einzelmolekülstudien verdeutlicht die Rolle dieser einzelnen Biomoleküle. In dieser Doktorarbeit konzentrieren wir uns auf Stickoxid-Radikale und versuchen zu verstehen, wie sie die Interaktion verschiedener Biomoleküle mit Lipidmembranen beeinflussen, indem wir biomimetische Systeme verwenden. Im Speziellen versuchen wir zu beantworten, wie die Permeabilität der Zellmembran und die Dicke der Doppelschicht durch das Stickoxid-Radikal mit verschiedenen Phospholipid-Zusammensetzungen (d.h. auf planar unterstützten Lipid-Doppelschichten) beeinflusst werden. Später testeten wir die Wechselwirkung des Transmembranproteins Integrin αiibβ3, das in die Doppelschicht (d.h. in Nanodiscs) eingebaut ist, mit Stickstoffmonoxid. Schließlich wurde untersucht, wie die negativen Effekte der Phospholipide und Proteine mit Hilfe von biopolymerbeschichteten Goldnanopartikeln als Transportsystem überwunden werden können. Die Studie beinhaltete den Einsatz von Rasterkraftmikroskopie und Quarzkristallmikrowaage mit Dissipation als primäre Untersuchungswerkzeuge, ergänzt durch andere relevante biophysikalische und biochemische Techniken.