Jagiellonian University Repository

Badanie oddziaływań wybranych kationowych pochodnych fosfatydylocholiny z lipidowymi składnikami bakteryjnych i zwierzęcych błon komórkowych

pcg.skipToMenu

Badanie oddziaływań wybranych kationowych pochodnych fosfatydylocholiny z lipidowymi składnikami bakteryjnych i zwierzęcych błon komórkowych

Show full item record

dc.contributor.advisor Wydro, Paweł [SAP11018949] pl
dc.contributor.author Mach, Marzena [USOS127489] pl
dc.date.accessioned 2020-02-14T08:53:27Z
dc.date.available 2020-02-14T08:53:27Z
dc.date.submitted 2020-01-14 pl
dc.identifier.uri https://ruj.uj.edu.pl/xmlui/handle/item/148919
dc.language pol pl
dc.rights Copyright *
dc.rights.uri http://ruj.uj.edu.pl/4dspace/License/copyright/licencja_copyright.pdf *
dc.title Badanie oddziaływań wybranych kationowych pochodnych fosfatydylocholiny z lipidowymi składnikami bakteryjnych i zwierzęcych błon komórkowych pl
dc.title.alternative The study of interactions of selected cationic phosphatidylcholine darivatives with the lipid components of bacterial and mammalian cell membranes pl
dc.type Thesis pl
dc.place Kraków pl
dc.description.physical [6], 204 pl
dc.description.additional Dostęp do publikacji jest możliwy w Archiwum UJ pl
dc.abstract.pl W niniejszej rozprawie doktorskiej podjęto próbę analizy wpływu wybranych kationowych pochodnych triestrów diacylo-fosfatydylocholiny (Et-PC) na właściwości bakteryjnych i zwierzęcych błon komórkowych. Et-PC są stosunkowo nową grupą lipoidów kationowych, które ze względu na niską cytotoksyczność znalazły zastosowanie jako nośniki materiału genetycznego. Pomimo, iż nie badano ich właściwości antybakteryjnych, oczekuje się, że przez analogię do innych kationowych amfifili one także mogą wykazywać aktywność przeciwbakteryjną. Stąd też, celem badań było określenie oddziaływań wybranych Et-PC o różnej strukturze części hydrofobowej z wybranymi lipidami błonowymi. Ponadto, zbadano wpływ Et-PC na organizację molekularną (stopień uporządkowania i upakowania cząsteczek, przepuszczalność, stabilność) złożonych modelowych membran zarówno komórek bakteryjnych jak i ssaczych. Rozprawa doktorska obejmuje dwie główne części: teoretyczną i eksperymentalną. Pierwsza część została poświęcona przeglądowi literatury, który obejmuje pięć rozdziałów. Na wstępie scharakteryzowano lipoidy kationowe, przedstawiając ich strukturę, właściwości oraz zastosowanie. W tym rozdziale zawarto również charakterystykę triestrów diacylo-fosfatydylocholiny - grupę lipoidów kationowych, której przedstawicieli badano w niniejszej pracy. W kolejnej sekcji zawarto opis problemu lekooporności bakterii i skupiając się na kationowych antybiotykach, których działanie ukierunkowane jest na błony bakteryjne, opisano kilka przykładowych mechanizmów ich działania. Następnie zaprezentowano wykorzystanie lipoidów kationowych jako nośników materiału genetycznego w terapii genowej. Ponadto, omówiono prawdopodobny mechanizm lipofekcji przy zastosowaniu kationowych amfifili. W kolejnym rozdziale scharakteryzowano właściwości i budowę błon biologicznych ze szczególnym uwzględnieniem budowy lipidowej membran komórek bakteryjnych i zwierzęcych. W ostatnim rozdziale tej części skupiono się na modelowych układach lipidowych (monowarstwach Langmuira i liposomach), które imitują biomembrany. Zaprezentowano podstawy teoretyczne wybranych modeli oraz opisano metody umożliwiające ich analizę. Ponadto, w tej sekcji zawarto również przykłady wykorzystania monowarstw i układów pęcherzykowych w badaniu właściwości błon i procesów membranowych. Na początku części eksperymentalnej przedstawiono stosowane związki, odczynniki chemiczne oraz procedury pomiarów. Następnie, opisano szczegółowo skład badanych układów. Eksperymenty przeprowadzono dla jednoskładnikowych monowarstw (wybranych lipoidów kationowych i lipidów błonowych) oraz układów dwuskładnikowych i wieloskładnikowych. Stworzono modelowe membrany komórek bakterii Gram ujemnych, zewnętrznych warstw błon komórek ssaków oraz raftów lipidowych, do których wprowadzano badane lipoidy kationowe w szerokim zakresie ułamków molowych. W kolejnych trzech rozdziałach zaprezentowano wyniki z przeprowadzonych badań. Dla wszystkich układów jednowarstwowych przedstawiono uzyskane izotermy ciśnienia powierzchniowego w funkcji powierzchni przypadającej na cząsteczkę oraz zdjęcia morfologii powierzchni wykonane przy zastosowaniu mikroskopii kąta Brewstera. Charakterystyki badanych monowarstw dokonano w oparciu o parametry (średnia i nadmiarowa powierzchnia cząsteczkowa, nadmiarowa entalpia swobodna mieszania, stopień kondensacji) obliczone na podstawie zarejestrowanych krzywych. Dodatkowo, dla wybranych trój- i czteroskładnikowych układów dokonano analizy właściwości fizykochemicznych utworzonych dla nich liposomów w oparciu o wyniki uzyskane z pomiarów dynamicznego rozpraszania światła, potencjału dzeta, anizotropii fluorescencji DPH oraz pomiarów uwalniania kalceiny. Rezultaty eksperymentów przeprowadzonych na modelach jednowarstwowych i dwuwarstwowych wykazywały dużą zgodność. W następnych rozdziałach pracy zaprezentowano dyskusję i wnioski z otrzymanych wyników. Na podstawie uzyskanych rezultatów dla układów dwuskładnikowych, przeanalizowano i porównano oddziaływania Et-PC z lipidami wchodzącymi w skład biomembran. Ponadto, określono powinowactwo kationowych lipoidów do poszczególnych lipidów błonowych, jak również wpływ ich struktury hydrofobowej na interakcje międzycząsteczkowe. Następnie, scharakteryzowano wpływ Et-PC na właściwości i organizację molekularną złożonych układów, które składem imitowały membrany bakterii Gram ujemnych oraz rafty lipidowe komórek zwierzęcych. W ostatniej części pracy zawarto podsumowanie i najważniejsze wnioski uzyskane z przeprowadzonych badań. Wykazano, że wbudowywanie się cząstek lipoidów kationowych w modelowe membrany lipidowe przyczynia się do zmian: ładunku powierzchniowego, płynności, przepuszczalności oraz międzycząsteczkowych interakcji. Pokazano także, iż struktura i zawartości poszczególnych lipoidów wpływają na różnice w organizacji molekularnej membran. Wprowadzenie Et-PC do membran bakteryjnych skutkuje pojawieniem się bardziej przyciągających oddziaływań międzycząsteczkowych. Dodatkowo, bardzo silne przyciąganie elektrostatyczne między lipoidami a fosfatydyloglicerolem i/lub kardiolipiną może wskazywać, iż obecność ujemnie naładowanych lipidów może ułatwiać wbudowywanie się kationowych amfifili w biomembrany. To z kolei może prowadzić do zaburzenia struktury i ładunku błony, a w konsekwencji śmierci komórki bakteryjnej. Natomiast wbudowywanie się Et-PC w strukturę membran komórek ssaków powoduje osłabienie interakcji między lipidami, co przyczynia się do wzrostu płynności, nieuporządkowania łańcuchów acylowych i przepuszczalności membrany. Następująca w ten sposób destabilizacja biomembrany może ułatwiać wnikanie leków lub materiału genetycznego przenoszonego we wnętrzu liposomów kationowych do wnętrza komórki patologicznej. pl
dc.abstract.en The main objective of this PhD thesis was to determine the influence of selected triesters of diacyl-phosphatidylcholines (Et-PCs) on the properties of model bacterial and human membranes. Et-PCs are a new class of cationic lipoids which due to their low cytotoxicity have been used as the carriers of genetic material. Although, their antibacterial properties have not been studied, it is expected that by analogy to other cationic amphiphiles, they may also have antibacterial activity. Thus, in the work the interactions between membrane lipids and Et-PCs differing in their hydrophobic structure were investigated. Moreover, the impact of Et-PCs on the molecular organization of multicomponent mono- and bilayers, which compositions reflected the mutual proportion of the lipids in the biomembranes of bacterial and mammalian cells, was examined. The doctoral dissertation consists of two main parts: theoretical and experimental. The first part is a literature review and includes five subsections. At the beginning, the structure, properties and application of cationic lipoids were described. This section also includes the characteristics of triesters of diacyl-phosphatidylcholines - a group of cationic lipoids investigated in this work. The next section deals with bacterial multidrug resistance and the potential mechanisms of the actions of cationic lipoids which activity which action is targeted at the bacterial membranes. Subsequently, the use of cationic lipoids as the carriers of genetic material in gene therapy was presented. Furthermore, in this chapter the probable mechanism of lipofection using cationic amphiphiles was discussed. In the following part of the literature review the structure and properties of biological membranes were characterized. In this section the special attention was also paid to the lipid compositions of bacterial and mammalian membranes. At the end of this part the Langmuir monolayers and liposomes as model systems enabling the study of membrane properties and processes occurring in biomembranes were described. The theoretical basis of selected model systems and methods allowing their analysis were shown. At the beginning of the experimental part, all the used compounds and chemical reagents as well as experimental procedures have been presented. Moreover, in this section detailed information on the composition of studied model membranes was also included. The next sections demonstrate the results of experiments. For all the monolayer systems the surface pressure - area isotherms and Brewster angle images were shown. The obtained monolayers were characterized based on the parameters (mean molecular area, excess molecular area, excess free energy of mixing, percent of condensation) calculated on the basis of the registered curves. For selected ternary and quaternary systems, the analysis of physicochemical properties of prepared liposomes is also presented. The results of the investigations carried out on monolayer and bilayer systems were in well agreement. The subsequent sections include a discussion of the obtained results. Based on the results obtained for binary systems, the interactions between Et-PC and membrane lipids were analyzed and compared. In addition, the affinity of the cationic lipids studied for specific membrane lipids was determined, as well as the effect of their hydrophobic structure on intermolecular interactions was analyzed. Then, the influence of Et-PC on the properties and molecular organization of complex systems imitating membranes of Gram-negative bacteria and lipid rafts of mammalian cells was characterized. The last part of the work contains summary and main conclusions drawn on the basis of the results obtained. It has been shown that the incorporation of cationic lipoid into model lipid membranes contributes to the changes of their surface charge, permeability, fluidity and intermolecular interaction. It has also been proven that both the structure of the hydrophobic part of lipoids and their content affect the differences in the molecular organization of model membranes. The introduction of Et-PCs into bacterial membranes leads to the appearance of more attracting interactions. Furthermore, the presence of very strong electrostatic attraction forces between cationic lipoids and phosphatidylglycerol or cardiolipin may indicate that negatively charged lipids may facilitate the incorporation of Et-PC into biomembranes. This may lead to the disorders of the structure and charge of membrane, and thus to the death of bacterial cells. When Et-PC is incorporated into model mammalian membranes, the weakening of lipid interaction is observed. This results in increased fluidity, acyl chain disorders and membrane permeability. The destabilization of the membrane in this way can facilitate the introduction of drugs or genetic material, transferred inside cationic liposomes, into the pathological cell. pl
dc.subject.pl lipoidy kationowe pl
dc.subject.pl triestry diacylo-fosfatydylocholiny pl
dc.subject.pl monowarstwy Langmuira pl
dc.subject.pl liposomy pl
dc.subject.en cationic lipoids pl
dc.subject.en triesters of diacylo-fosfatydylocholines pl
dc.subject.en Langmuir monolayers pl
dc.subject.en liposomes pl
dc.identifier.callnumber Dokt. 2020/006 pl
dc.contributor.institution Uniwersytet Jagielloński. Wydział Chemii. Zakład Chemii Fizycznej i Elektrochemii pl
dc.contributor.reviewer Szcześ, Aleksandra pl
dc.contributor.reviewer Sęk, Sławomir pl
dc.affiliation Wydział Chemii : Zakład Chemii Fizycznej i Elektrochemii pl
dc.rights.original bez licencji pl
dc.identifier.project ROD UJ / O pl


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Copyright Except where otherwise noted, this item's license is described as Copyright