Festkörperunterstützte Lipid-Modellmembranen auf Gold zur Rekonstitution von Membranproteinen

Abstract

Festkörperunterstützte Lipid-Modellmembranen auf Goldzur Rekonstitution von Membranproteinen Ziel der Arbeit war der Aufbau von Lipid-Modellmembranen auf Goldelektroden in welchen die funktionelle Aktivität von rekonstituierten Membranproteinen über elektrochemische Methoden nachgewiesen werden kann.Im Rahmen der Arbeit wurden Lipidbilayer mit und ohne hydrophile Ethylenglykol-Spacer durch Kombination von Selbstorganisation, Langmuir-Blodgett-Kuhn-Techniken und Vesikelfusion aufgebaut. Dabei dienten Thiolipide zur Verankerung der Membranen auf der Goldelektrode und es wurden diverse Wege verfolgt, deren Ankerdichte auf dem Substrat einzustellen.Eine Studie zum Aufbau von festkörperunterstützten Lipidbilayern durch Fusion von Vesikeln auf binäre Alkanthiol-/ Hydroxythiol-Monolagen mit definierter Oberflächenenergie zeigte, daß eine minimale Grenzflächenenergie (Monolayer/Wasser) existiert, unterhalb welcher die Fusion nicht mehr zu einer zusätzlichen Monolage, sondern lediglich zur Ausbildung von adsorbierten oder teilgespreiteten Vesikeln führt.Zur Charakterisierung der Membranen wurden Oberflächenplasmonenresonanz, Impedanzspektroskopie, zyklische Voltammetrie, elektrochemische reduktive Desorption, Rasterkraftmikroskopie und Kontaktwinkelmessungen herangezogen.In die Modellmembranen wurden Membranproteine (Porin, Annexin V, H+-ATPase) sowie ganze Membranfragmente (Bande 3 aus roten Blutzellen) rekonstituiert und mittels elektrochemischer Methoden auf ihre funktionelle Aktivität überprüft.

Solid Supported Lipid Bilayer Model Membranes on Goldfor the Reconstitution of Membrane Proteins Aim of this work was the development of lipid model membranes on gold electrodes in which the functional activity of reconstituted membrane proteins can be proved by electrochemical methods.Lipid bilayers with and without hydrophilic ethyleneglycol spacers were built by combination of self-assembly-, Langmuir-Blodgett-Kuhn- and vesicle fusion techniques. Thiolipids served for the anchoring of the membranes to the gold electrodes and several ways for the adjustment of the anchor density on the substrate were followed.A study on the formation of solid supported lipid bilayers by fusion of vesicles onto binary alkanethiol-/hydroxythiol-monolayers with defined surface energy showed that a minimum interfacial energy (monolayer/water) is needed to form an additional monolayer and to prevent the formation of adsorbed or partially spread vesicles.The membranes were characterized by surface plasmon resonance, impedance spectroscopy, cyclic voltammetry, electrochemical reductive desorption, atomic force microscopy and contact angles.Membrane proteins (Porin, Annexin V, H+-ATPase) and membrane fragments (band 3 from red blood cells) were reconstituted into the model membranes and checked for their functional activity by electrochemical methods.