NMR-spektroskopische Untersuchungen der membranmodifizierenden Eigenschaften polyphiler Moleküle: Struktur und Lipiddynamik

• Antragsteller: Professor Dr. Kay Saalwächter, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 80053741

Ziel dieses Teilprojektes ist die umfassende NMR-spektroskopische Charakterisierung der membranmodifizierenden Eigenschaften von den in den Teilprojekten der Kollegen synthetisierten und in den Gruppen Blume und Bacia mit anderen Methoden komplementär untersuchten polyphilen Moleküle. Aufgrund ihrer chemischen Regioselektivität ist die NMR-Spektroskopie im Festkörper besser als jede andere Methode geeignet, die Ursachen membranmodifizierender Wirkungen auf molekularer Ebene aufzuklären. In der ersten Förderperiode haben wir neben methodischen Weiterentwicklungen mit weitem Anwendungspotential erste Einblicke in die Wechselwirkungsmechanismen gewonnen und haben alle geeigneten NMR-Methoden einer konzeptuellen Prüfung unterzogen. Wir haben Methoden etabliert, die einerseits (i) aus der Messung von direkten Dipolkopplungen und Kreuzrelaxation/Spindiffusion über die strukturelle Anordnung der Wirkmoleküle an oder in der Lipidmembran Auskunft geben, und andererseits (ii) die Änderung der Membraneigenschaften (Steifheit und Porosität bzw. Defektgehalt) reflektieren. Für diesen Themenkomplex haben sich Messungen von CH-Dipolkopplungen in den Lipidketten, statische 2H-Spektren des interlamellaren Wassers, Diffusionsmessungen zum Transport durch die Membran sowie Untersuchungen der Reorientierungsdynamik der 31P-Verschiebungsanisotropie in den Lipid-Kopfgruppen als geeignet erwiesen. In einigen Fällen besteht aber, auch aufgrund mitunter widersprüchlicher oder unvollständiger Literaturdaten, noch Weiterentwicklungsbedarf. Ein Teil der untersuchten Polyphile erwies sich als lediglich lateral oberflächenaktiv, d.h. es wurden kleine lamellare Ausschnitte stabilisiert und keine wesentlichen Änderungen in den dynamischen Eigenschaften der Lipide detektiert. Membrangängige Polyphile mit membranmodifizierenden Eigenschaften standen erst am Ende des Berichtszeitraumes zur Verfügung und werden momentan eine umfassenden Charakterisierung unterzogen. Erste interessante Resultate liegen vor.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1145: Strukturbildung von synthetischen polyphilen Molekülen mit Lipidmembranen
• Beteiligte Person: Dr. Günter Hempel