АННОТАЦИЯ
Ващенко О.В. Физические свойства жидкокристаллических моделей биомембран. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 03.00.02 – биофизика. Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, 2001.
Диссертация посвящена выявлению эффектов, связанных с надмолекулярной упорядоченностью липидной компоненты биологических мембран. Исследован ряд модельных биомембран на основе лиотропных и термотропных жидкокристаллических (ЖК) систем, содержащих биомолекулы различных химических классов. Для обоих типов систем показано четкое разделение эффектов, обусловленных особенностями фазового состояния и связанных с поглощением на молекулярном уровне. Предложено использование в качестве жидкокристаллической модели биомембран ЖК-системы на основе эфиров холестерина. Получены результаты по изменению надмолекулярных структурных параметров холестерических систем, содержащих продукты синтеза витамина D, представляющие практический интерес с точки зрения биоэквивалентной УФ-дозиметрии. В рамках методов термического анализа получены параметры гидратных оболочек лиотропных модельных мембран.
Ключевые слова: модельные биомембраны, жидкие кристаллы, селективное отражение, калориметрия, спектрофотометрия, термогравиметрия, витамин D, фармакологические препараты.
АНОТАЦІЯ
Ващенко О.В. Фізичні властивості рідкокристалічних моделей біомембран. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук зі спеціальності 03.00.02 – біофізика. Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Харків, 2001.
Дисертацію присвячено висвітленню ефектів, що пов’язані із надмолекулярною впорядкованостю ліпідної компоненті біологічних мембран. Досліджено низку модельних біомембран на основі ліотропних та термотропних рідкокристалічних (РК) систем, що містять біомолекули різних хімічних класів. Для обох типів систем показано чітке розрізнення ефектів, що обумовлені особливостями фазового стану та тих, що пов’язані із поглинанням на молекулярному рівні. Встановлено, що зміну калориметричних параметрів фазових переходів фосфоліпідних мультишарів обумовлено хімічною природою біомолекул, що до них вводяться. Запропоновано використання РК-систем на основі ефірів холестерину як рідкокристалічної моделі біомембран. Отримані результати щодо зміни надмолекулярних структурних параметрів холестеричних систем, що містять продукти синтезу вітаміну D, які мають практичний інтерес з точки зору біоеквівалентної УФ-дозіметрії. В рамках методів термічного аналізу отримано параметри гідратних оболонок ліотропних модельних мембран.
Ключові слова: модельні мембрани, рідкі кристали, селективне відбиівання, калориметрія, спектрофотометрія, термогравіметрія, вітамін D, фармакологічні препарати.
SUMMARY
Vashchenko O.V. Physical properties of liquid crystalline models of biomembranes. – Manuscript.
Thesis for a candidate’s degree by speciality 03.00.02 – Biophysics. – V.N. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv, 2001.
The work is devoted to clarifying of some effects caused by the phenomena of supramolecular ordering of biomembrane lipid compound. A number of model liquid crystalline (LC) membranes has investigated containing small amounts of one of the following biological molecules: sterols, olygo- and polypeptides, amino-acids, long-chain fatty acids and their ethers, ammonium salts. Two principal types of model systems were used: lyotropic LC membranes (multilamellar phospholipid structures) and thermotropic LC formed by cholesterol ethers, which were first proposed for this purpose. Among experimental techniques used, there were optical spectrophotometry and differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetrical analysis and Langmuir monolayers technique. Sperctrophotometry were used for studying temperature dependencies of UV absorption spectra as well as of selective relflection spectra in cholesteric mesophase. Selective transition techniques is applied, allowing one to get such parameter of cholesteric LC as helical pitch were used for studying supramolecular ordering in model membranes. Thermogravimetry used for studying the structure of hydrated shell in lamellar phase of hydrated phospholipids. Using the Langmuir technique, mixed monolayers were investigated consisted of phospholipids and amphiphilic substanses among studied.
As a result of complex investigation, the similarity of lipid-sterol and lipid-peptide interactions was ascertained for thermotropic cholesteric phase of cholesterol ethers and lyotropic phase of hydrated phospholipids. For the last models, changes in calorimetric parameters of main phase transition (so-called “membrane melting”) in the presence of different biological molecules was investigated. It was discovered that the changes are mainly caused by chemical nature of the biomolecule, which determines their preferred interaction with polar or non-polar lipid bilayer area. Compairing analysis of temperature dependencies of UV spectra in both types of model systems and DSC data has been carried out. A good agreement between temperature dependencies breaks and calorimetric phase transition points was settled. It also becomes possible to differ effects of biomolecule presence caused by molecular absorption and those connected with the features of phase state and supramolecular structure of the system investigated.
For the ammonium antimicrobial agents decamethoxinum and aethonium, decreases the phase transition temperature Tc were observed, which is equivalent to increasing the degree of molecular disordering inside the membrane. It may be one of the factors responsible for their bactericidal properties. The strong disturbing influence of decamethoxinum is confirmed also by the results of Langmuir monolayers investigations. On the base of ‘area – pressure’ isotherms for the monolayers containing egg yolk lecithin and one of amphyphilic biomolecules among investigated (cholesterol, decamethoxinum, stearoyl-L-?-alanine), values of free energy of mixing were established. The data obtained bear whiteness to condensation effect of stearoyl-L-?-alanine and loosen one of decamethoxinum.
Comparatively simple experimental technique was proposed allowing us to obtain some hydratation parameters of model phospholipid membranes, namely to estimate the value of different water fractions and to calculate the average energy of their interaction with lipid molecules. The parameters was obtained for both model membranes and pure compound. It was established that hydratiation degree of lipid multilayers changes under the presence of biomolecules. For tripeptide glutatione introduced in phospholipid structure, it was obtained that the whole amount of water in hydrated shell was increased and distribution of its interaction energy was changed.
Under studying the thermotropic LC systems containing the products of vitamin D photoisomerisation it was shown that their presence led to essential changes in cholesteric pitch which is differ for different isomers. The composition of a cholesteric matrix was selected, which allow obtain selective reflection spectra and electronic absorption spectra. It becomes possible to check the processes occurring both on the level of individual molecules and at the level of supramolecular structure. It was shown that the shifts of selective reflection peaks may be used for monitoring of vitamin D formation under UV irradiation. LC ordering of reactive media have an influence on the photoisomerisation processes, causing to shifts the reaction equilibrium to form one or another products.
Key words: model membranes, liquid crystals, selective reflection, calorimetry, spectrophotometry, thermogravimetry, vitamin D, pharmacological agents.
__________________________
Підписано до друку 21.03.2001 р. Формат паперу 60x90/16.
Папір офсетний. Друк офсетний. Ум. друк. арк. 0,9.
Замовлення № 35. Тираж 100 прим.
_________________________________________________
Ротапрінт Інституту монокристалів НАН України
Харків-001, пр. Леніна, 60, тел. 30-70-97
| 
