Termodynamiczna analiza oddziaływań pomiędzy lipidami w modelu wewnętrznej błony mitochondrialnej

The aim of this study was to perform thermodynamical analysis of the type and strength of the interactions between lipids in the inner mitochondrial membrane (IMM) model. The approximate composition of the IMM is a mixture of CL, PC and PE in a molar ratio of 0.20:0.43:0.37. The study was carried out on three models mimicking IMM: CL/DPPC/DPPE, CL/POPC/POPE and CL/DOPC/DOPE. Both mechanical (compression modulus, CS-1) and thermodynamic properties (excess free enthalpy of mixing, ΔGexc) were analyzed. The research was conducted using Langmuir monolayer technique and additionally the monolayers were visualized with Brewster angle microscope (BAM). Model containing diunsaturated phospholipids (DOPC and DOPE) has shown high stability due to strong attractive interactions. Monolayers with monounsaturated phospholipids(POPC and POPE) are characterized by varied interactions, ranging from strongly attractive to weakly repulsive. In turn, the addition of cardiolipin (CL) to the saturated phospholipids (DPPC and DPPE) changes the nature of the interactions in model from strongly attractive to repulsive which could indicate phase separation. In this study the effect of the length and saturation of the PC and PE hydrocarbon chains on the properties of the inner mitochondrial membrane was described.

Celem pracy była termodynamiczna analiza charakteru oraz mocy oddziaływań pomiędzy lipidami w modelu wewnętrznej błony mitochondrialnej (IMM). Przybliżony skład IMM to mieszanina CL, PC i PE w stosunku molowym 0.20:0.43:0.37. Badania przeprowadzono na trzech układach imitujących IMM: CL/DPPC/DPPE, CL/POPC/POPE i CL/DOPC/DOPE. Dla analizowanych filmów zbadano zarówno właściwości mechaniczne (moduł ściśliwości, CS-1) jak i termodynamiczne (nadmiarowa entalpia swobodna mieszania, ΔGexc). Badania zostały przeprowadzone przy pomocy techniki monowarstw Langmuira, uzupełnionej przez wizualizacje wykonane techniką mikroskopii kąta Brewstera (BAM). Układy zawierające dwunienasycone fosfolipidy (DOPC i DOPE) wykazują dużą stabilizację silnymi oddziaływaniami przyciągającymi. Mieszaniny fosfolipidów jednonienasyconych (POPC i POPE) charakteryzują się zróżnicowanymi oddziaływaniami, od silnie przyciągających do słabych odpychających. Z kolei dodatek kardiolipiny do układu fosfolipidów nasyconych (DPPC i DPPE) powoduje zmianę charakteru oddziaływań z silnie przyciągających na odpychające, co wskazuje na separację faz. W pracy udało się określić wpływ długości i nasycenia łańcuchów węglowodorowych PC i PE na właściwości wewnętrznej błony mitochondrialnej.