Solid-state NMR investigations and MD simulations of lipid bilayers in interaction with amphiphilic and polyphilic molecules

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Phospholipidmembranen und synthetischen amphiphilen und polyphilen Gastmolekülen, welche sich an der Oberfläche der Membran anlagern oder tief in sie eindringen und somit ihre Eigenschaften beeinflussen. Unter Verwendung verschiedener 1H- und 13C-MAS-NMR-Methoden wurden die Gastmoleküle in der Membran lokalisiert und dipolare Restkopplungen und Relaxationsraten bestimmt, welche Informationen uber die molekulare Dynamik und Ordnung enthalten. Die Struktur der Gastmoleküle, ihre Konzentration, die Lipidart und die Temperatur wurden systematisch variiert. Der Hauptteil der Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von Lipiddoppelschichten in Wechselwirkung mit amphiphilen Triblockcopolymeren, wie z.B. den Pluronics, welche eine breite Anwendung in der Pharmazie und der Medizin finden. Unter Verwendung von Doppelquanten-NMR wurde der Polymeranteil bestimmt, welcher tief in die Membran eingebaut ist. Aus dem Vergleich der Ergebnisse der NMR-Experimente und der MD-Simulationen wurden Schlussfolgerungen über die Konformation der Polymere in der Membran gezogen.

This work is concerned with the investigation of phospholipid membranes in interaction with synthetic amphiphilic and polyphilic guest molecules, which can attach to the surface or penetrate deeply into the membrane and consequently in uence its properties. Various 1H and 13C MAS NMR methods were applied to localize the guest molecules inside the membrane and to determine residual dipolar couplings and relaxation rates, which contain information about molecular dynamics and ordering. The structure of the guest molecules, their concentration, the lipid species and the temperature were varied systematically. The main part of the thesis deals with the investigation of lipid bilayers in interaction with amphiphilic triblock copolymers, such as the in pharmacy and medicine widely applied Pluronics. Using double-quantum NMR, the fraction of polymer that is inserted deeply into the membrane was determined and conclusions on the polymer configuration inside the membrane were drawn from the comparison of results from NMR experiments and MD simulations.