Cardiolipin in membrane lipids environment - model studies on formation of the inner mitochondrial membrane

Celem pracy było wyjaśnienie roli kardiolipiny (CL) w formowaniu struktury wewnętrznej błony mitochondrialnej (tworzeniu pofałdowań i domen powierzchniowych). W badaniach skupiono się na określeniu charakteru i mocy oddziaływań CL z lipidami błonowymi w filmach powierzchniowych oraz właściwości mechanicznych utworzonych warstw. Badania przeprowadzono techniką monowarstw Langmuira oraz uzupełniającymi metodami mikroskopowymi (BAM i AFM). Pomiary wykonano dla mieszanin CL z fosfatydylocholinami (DPPC, DOPC, POPC) oraz fosfatydyloetanolaminami (DPPE, DOPE, POPE). Jakościowa i ilościowa analiza oddziaływań pomiędzy składnikami filmów wykazała, że w układach o niskiej zawartości CL (XCL=0,375) obecne są słabe oddziaływania przyciągające. Wyjątkiem są mieszaniny z DPPE i CL/DPPC gdzie techniki mikroskopowe potwierdziły separację faz. Gdy XCL>0,50 we wszystkich układach pojawiają się oddziaływania odpychające. Właściwości reologiczne filmów określono na podstawie wartości modułu ściśliwości. Jedynie w przypadku układów CL/DPPC i CL/DPPE stwierdzono upłynnienie filmów powierzchniowych wraz ze wzrostem zawartości CL. W pracy wykazano, wpływ stopnia nienasycenia łancuchów acylowych fosfolipidów na moc oddziaływań z CL oraz właściwości mechaniczne filmów powierzchniowych, co może mieć znaczenie w formowaniu charakterystycznych pofałdowań w strukturze wewnętrznej błony mitochondrialnej.

The aim of the study was to explain the role of cardiolipin (CL) in the formation of the structure of the inner mitochondrial membrane (formation of folds and surface domains). The research was focused on determining the type and strength of CL interactions with membrane lipids in surface films and the mechanical properties of the formed layers. The research was carried out using the Langmuir monolayer technique and complementary microscopic methods (BAM and AFM). Measurements were performed for CL mixtures with phosphatidylcholines (DPPC, DOPC, POPC) and phosphatidylethanolamines (DPPE, DOPE, POPE). Qualitative and quantitative analysis of the interactions between the film components exhibit weak attractive interactions in systems with a low content of CL (XCL=0,375). The exceptions are mixtures of CL/DPPE and CL/DPPC, where microscopic techniques have confirmed the phase separation. When XCL>0.50 repulsive interactions appear in all systems. The rheological properties of the films were determined based on the values of the compressibility modulus. Only in the case of the CL/DPPC and CL/DPPE systems, the fluidization of the surface films was observed with increase of CL content. The study showed the influence of the unsaturation degree of the phospholipids acyl chains on the strength of interactions with CL and the mechanical properties of surface films. This may be important in the formation of characteristic folds in the structure of the inner mitochondrial membrane.