Polarized light spectroscopy studies of model membranes and DNA
Doktorsavhandling, 2014

Over the past decades Linear Dichroism (LD) spectroscopy has proven to be a powerful tool for studies of structure and functioning of different cell constituents, including DNA, cell membranes and proteins. Due to structural complexity of cell constituents, the LD studies of biomolecules depend on development of simplified model systems, which can mimic the original structure and functionality of the cell components. The results presented in thesis concern investigation of LD model systems and include two parts. The main part of this thesis (Papers I-IV) presents investigations of cell membrane models, while the final part of this thesis (Paper V) introduces a model system that can be used for DNA studies. Papers I and II deepen the knowledge concerning one of the most common membrane mimic - DOPC liposomes. Paper I rapports the impact of the viscosity and applied shear force on the behaviour of this membrane host. Paper II demonstrated how, by using theoretical orientational models, the microscopic orientation of the sample can be monitored. Further, in papers III-IV a new lipid model, so called bicelles, is introduced for LD studies. This lipid system can form, at certain conditions, disc-like bilayers, which we find can be aligned by shear flow, resulting in a system having low light scattering and greater orientation than liposomes. The final part of this thesis introduces a particular kind of imperfectly paired DNA as a model system for studies of the transition-states of DNA. Probing of DNA was performed by monitoring the DNA-interaction with a bidppz-bridged binuclear ruthenium complex (ΔΔ-P) that has a known selective affinity for mismatched regions of DNA. While for native DNA, the intercalation of ΔΔ-P complex takes hours at high temperature to complete, it is demonstrated here that the ruthenium complex undergoes very rapid intercalation into re-annealed DNA already at room temperature, indicating that introduction of the static imperfectly paired DNA-structures greatly decreases the activation energy for the threading process.

emission

ruthenium dipyridophenazine complex

lipid bilayer

linear dichroism

membrane model

membrane orientation

bimolecular probe

DNA

KC
Opponent: Erik Thulstrup

Författare

Maxim Kogan

Chalmers, Kemi- och bioteknik, Fysikalisk kemi

High anisotropy of flow-aligned bicellar membrane systems

Chemistry and Physics of Lipids,; Vol. 175(2013)p. 105-115

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Transition State of Rare Event Base Pair Opening Probed by Threading into Looped DNA

ChemBioChem,; Vol. 12(2011)p. 2001-2006

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Shear-Induced Membrane Fusion in Viscous Solutions

Langmuir,; Vol. 30(2014)p. 4875-4878

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Cellen, den minsta strukturella enheten i levande organismer, är mycket komplex med många beståndsdelar såsom olika kombinationer av DNA, RNA, proteiner och cellmembran. Dessa beståndsdelar är nödvändiga för cellens utveckling och funktion, och om någon av dessa inte fungerar kan det leda till funktionsstörningar och sjukdom. För att kunna hitta orsaker till funktionsstörningar är det viktigt att förstå strukturen och funktionen hos cellens beståndsdelar. Eftersom cellkomponenterna är komplexa använder man ofta förenklade modellsystem. För cellstudier används ofta olika typer av spektroskopi, vilket är ett samlingsnamn för experimentella metoder för analys av hur materia växelverkar med elektromagnetisk strålning såsom ljus. I denna avhandling används och testas en speciell typ av spektroskopi - linjär dikroism (LD) en teknik som använder polariserat ljus. Den förutsätter orientering av provmolekylerna vilket också ställer särskilda villkor på de modellsystem som kan användas. I denna avhandling används LD för att undersöka modeller för cellmembran där lipider på grund av de hydrofoba effekterna är ordnade i dubbelskiktstrukturer. LD experimenten kan ge djupare förståelse för två typer av modellmembran: dels så kallade liposomer som är vattenfyllda bubblor omslutna av dubbelskikt av lipidmolekyler, dels så kallade biceller som är diskliknande lipiddubbelskikt-strukturer, båda fallen med storlekar omkring 100 nm.

Ämneskategorier

Fysikalisk kemi

Fundament

Grundläggande vetenskaper

ISBN

978-91-7597-087-5

Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 3768

KC

Opponent: Erik Thulstrup