Effect of 2,4-dichlorophenol on biological model membranes

Csiszár, Agnes; Schäffer, Andreas

doi:740

Effect of 2,4-dichlorophenol on biological model membranes

Csiszár, Agnes (Author)

2004

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Agnes Csiszár

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2004

Umfang99 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2003

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Schäffer, Andreas (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2003-11-14

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-7404
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/61971/files/Csiszar_Agnes.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Mikroorganismus (Genormte SW) ; Vesikel (Genormte SW) ; Phospholipidmembran (Genormte SW) ; Dichlorphenole (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; liposomes (frei) ; 2,4-dichlorophenol (frei) ; interdigitated phase (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Die Zielsetzung dieser Arbeit war die Aufklärung der molekularen Faktoren und Prozesse in Bezug auf die Aufnahme, Verteilung und Wirkung von Chlorphenolen als Gastmoleküle in der Zellmembrane von Mikroorganismen, vor allem in den Phospholipid-Doppelschichten. Um den Einfluss von 2,4-Dichlorphenol (DCP) auf die Eigenschaften der Zellmembranen zu studieren, wurden multilamellare Vesikeln von 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC), als Modellmembranen, präpariert und mit Hilfe von folgenden Methoden in Anwesenheit von DCP untersucht: differential scanning calorimetry (DSC), Klein- und Weitwinkelröntgenstreuung (SAXS und WAXS), Gefrierbruchstechnik/TEM, und FT- Raman Spektroskopie. Der Einfluss von DCP auf die Eigenschaften von Liposomen zeigte eine starke Konzentrationsabhängigkeit. Spurenmengen von DCP induzierten eine höhere Symmetrie in den Lipid-Doppelschichten und verringerten die Anzahl der Strukturfehler. Eine strukturstörende Wirkung vom Schadstoff wurde erst festgestellt, wenn die Anzahl der DCP Moleküle die der Strukturfehler in der Doppelschicht überstieg, wobei dieser Effekt oberhalb des DCP/Lipid Molverhältnises 1/2 deutlich stärker wurde. Im hohen Konzentrationsbereich wurde die flüssig- kristalline Phase auch in dem Temperaturbereich der Gel-Phase dominant. Die inhomogene Verteilung von DCP verursachte eine laterale Trennung der Lipid-Domänen. Es ist anzunehmen, dass die Aufnahme der DCP-Moleküle von den Lipid-Doppelschichten limitiert ist und ein Teil der Schadstoffmoleküle in den Lipid-Schichten Aggregate bildet, wobei die Kontinuität der Membranschichten unterbrochen und zerstört wird. Die veränderten Membraneigenschaften beeinflussen mit hoher Wahrscheinlichkeit die Transportprozesse und die Lipid-Protein Wechselwirkungen in biologischen Membranen.

The aim of this work was to examine molecular factors and processes with respect to the uptake, distribution and effects of chlorophenol derivatives inside the cell membrane of microorganisms, particularly in the phospholipid bilayer matrix. 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) multilamellar vesicles as a model membrane were used to study the behavior of cell membranes in the presence of 2,4-dichlorophenol (DCP) using following methodes: differential scanning calorimetry (DSC), small- (SAXS) and wide-angle X-ray scattering (WAXS), freeze-fracture/TEM and FT-Raman spectroscopy. The results suggested that the effect of DCP on the liposomes properties was highly concentration-dependent. The presence of DCP molecules at low concentrations induced a more symmetrical structure of lipid bilayers reducing the structural defects. Its perturbing effect appeared first if the DCP concentration was higher than the structural defects in the lipid layers lattices and became drastical above the DCP/lipid ratio of 1/2. By these molar ratios the fluid-crystalline phase became dominant inducing a highly fluid membrane structure also in the gel phase temperature region. The inhomogeneous distribution of DCP caused a lateral separation of lipid domains. It is hypothesized that the uptake of DCP by lipid bilyers is limited and a part of DCP molecules form clusters which horizontally separat the lipid-layer domains destroying the closed bilayer sheets. The phospholipid-membrane features changed may influence the transport processes and lipid-protein interactions in the biological membranes.

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