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vesicles; surfactin; differential scanning calorimetry (DSC); structure investigations; temperature-jump
Abstract:
The biosurfactant surfactin is produced by Bacillus subtilis which has high biotechnological and therapeutical significance. To understand its biological action we investigated the influence of surfactin on the phase transition of 1,2-dimyristoyl-3-phosphatidylcholine (DMPC)- and 1,2-dipalmitoyl-3-phosphatidylcholine (DPPC)-vesicles from the crystalline to the fluid state using various techniques such as differential scanning calorimetry, static light scattering, cryo-electron microscopy and small angle neutron scattering. With these techniques for both phospholipids three different forms of aggregations were obtained. DSC-thermograms revealed two phase transition peaks. Light scattering profiles showed two branches with characteristic hysteresis phenomena. Cryo-electron microscopy visualize the results of these methods which show two forms of DMPC-surfactin aggregates. Until 4 mol% surfactin the vesicular form predominated which converted into the lamellar aggregates at higher concentration of surfactin. At surfactin concentration higher than 15 mol% irreversible transition of the lamellar aggregates to smaller ellipsoidal DMPC-surfactin-micelles started, as was investigated by small angle neutron scattering. In addition, by using Poor-Man’s Temperature-Jump-relaxation-spectroscopy measurements slow transients in the phase transition of vesicular DMPC-surfactin aggregates with relaxation times of 18 – 30 s were detected. This slow relaxation processes could be attributed to the dissolution of the intermediate lipid to the fluid state. Surfactin accelerates this process.
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Das Biotensid Surfactin stammt aus dem Bacillus subtilis. Es besitzt hohe biotechnologische und therapeutische Bedeutung. Um seine biologische Wirksamkeit zu verstehen, wurde der Einfluss von Surfactin auf 1,2-Dimyristoyl-3-phosphatidylcholin (DMPC)- und 1,2-Dipalmitoyl-3-phosphatidylcholin (DPPC)-Vesikel im Bereich der Phasenumwandlung von der kristallinen Phase in die fluide Phase mit Hilfe der Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC), der statischen Lichtstreuung, der Kryoelektronenmikroskopie und der Neutronenkleinwinkelstreuung untersucht. Mit Hilfe dieser Methoden wurden für beide Phospholipide insgesamt drei verschiedene Aggregationsformen ermittelt. Die DSC-Thermogramme weisen für beide Phospholipide zwei Peaks auf. Die Lichtstreuungsexperimente zeigen dem entsprechend zwei Hysterese-Effekte. Kryoelektronenmikroskopie-Aufnahmen veranschaulichen die Resultate dieser beiden Experimente. Sie zeigen zwei unterschiedliche DMPC-Surfactin-Aggregationsformen. Bis zu 4 Mol% Surfactin beobachtet man hauptsächlich vesikulare Aggregate, die sich bei höheren Surfactin-Konzentrationen in lamellare Aggregate umwandeln. Bei einer Surfactin-Konzentration oberhalb von 15 Mol% kommt es zu einer irreversiblen Umwandlung der lamellaren Aggregate unter Bildung von kleinen ellipsoiden DMPC/Surfactin-Mischmicellen, die durch Neutronenkleinwinkelstreuung ermittelt wurden. Mit Hilfe der Relaxationsspektroskopie-Methode (Poor-Man’s-Temperatursprung) wurden die langsamen Konformationsänderungen bei der Hauptphasenumwandlung für vesikuläre DMPC-Surfactin-Aggregate im Zeitbereich von 18 – 30 s ermittelt. Diese langsamen Relaxationsprozesse beziehen sich sehr wahrscheinlich auf die Umwandlung der intermediären Lipide in den fluiden Zustand. Surfactin beschleunigt diese Prozesse.
