aalto1 untyped-item.component.html
Understanding the formation of lipid assemblies on quartz surface
Loading...
Files
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
SCI3028
Degree programme
Language
en
Pages
45
Series
Abstract
The lipid bilayer is the universal basis for cell membrane structure. The bilayer consists of two lipid monolayers stacked on top of each other with the hydrophobic ends pointing inside the formation and the hydrophilic ends pointing outside towards the polar solution. A lipid bilayer encloses cells and most organelles, and intra- as well as extracellular transportation rely on the bilayer structure and its properties. Modeling biological membranes provides the possibility of precise study of cell function as well as a wide variety of technological applications.
The goal of this thesis is to better understand the formation mechanism of a solvent-assisted lipid bilayer (SALB). SALB is a solid supported model lipid bilayer formed on top of a solid surface by gradually changing the solvent composition of the system. SALBs are widely used as their formation is cheaper and simpler compared to other models, however, their exact formation mechanism is not fully understood. Experimentally determining the atomic level interactions happening during the formation of an SALB is not possible, so we turn to molecular dynamics (MD) simulations to study the formation of an SALB.
There was no bilayer formation in systems containing only organic solvent. When the solvent was only composed of water, the bilayer formation was so quick due to extremely strong hydrophobic effect, lipids had no time to attach onto the solid support, creating a free-floating layer.
In the mixed solvent systems, the more water was included in the system the more bilayer formation on top of the solid was detected. The mixed solvents showed clear signs of a solid supported lipid bilayer with the presence of the thin ordered water layer, characteristic for a supported bilayer. The hydrophobic effect was found to be the driving force behind the bilayer formation of DOPC lipid bilayer. However, the presence of organic solvent disrupts the effect enough for quartz-water-DOPC interactions to be non-negligible. We conclude that the bilayer develops by forming the leaflet closest to the surface first with the second leaflet forming simultaneously at a slower rate on top of the first.
Lipidikaksoiskalvo tunnetaan solukalvorakenteen yleisenä perustana. Kaksoiskalvo koostuu kahdesta päällekkäisestä lipidimolekyylikerroksesta, jossa lipidien hydrofobiset päät osoittavat kalvorakenteen sisälle ja hydrofiiliset päät polaariseen nesteeseen. Lipidikaksoiskalvo ympäröi niin soluja kuin suurinta osaa soluelimistä. Lisäksi solujen sisäinen ja ulkoinen viestintä perustuvat kaksoiskalvorakenteeseen ja sen ominaisuuksiin. Biologisia kalvoja mallintamalla mahdollistetaan solutoiminnan tarkka tutkimus sekä laaja kirjo teknillisiä sovelluksia niin tutkimuksessa kuin myös teknologiassa.
Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on selvittää liuotinavustetun lipidikaksoiskalvon (LALK) muodostumismekanismi. LALK on lipidikaksoiskalvomalli, jossa kaksoiskalvo muodostetaan kiinteän tuen päälle liuotinnestekoostumusta muuttamalla. LALKt ovat laaja-alaisesti hyödynnettyjä, sillä niiden tuottaminen on halvempaa sekä yksinkertaisempaa kuin monen muun mallin, mutta LALKn tarkkaa muodostumismekanismia ei tunneta. Kalvon muodostumisvaiheessa tapahtuvia atomitason vuorovaikutuksia on mahdotonta mitata kokeellisesti, joten molekyylidynaamisia (MD) simulaatioita käytetään mallintamaan muodostumisprosessia.
Simulaatiossa liuotinkoostumustoistot tuottivat hyvin samankaltaisia tuloksia, joten tulokset voitiin todeta päteviksi. Kaksoiskalvoa tai minkäänlaista lipidiagregaattia ei muodostunut vain orgaanista liuotinta sisältäviin systeemeihin. Systeemin liuottimen ollessa pelkkää vettä, vahva hydrofobinen vaikutus hallitsi systeemiä, jolloin lipidit eivät ehtineet kiinnittyä kiinteälle kvartsipinnalle muodostumisen aikana. Tuloksena syntyi vapaasti kelluva kaksoiskalvo.
Sekaliuotteisissa systeemeissä kaksoiskalvomuodostelman havaittiin kehittyvän sitä nopeammin, mitä enemmän vettä systeemiin sisältyi. Jokainen näistä systeemeistä sisälsi tuetulle kalvolle ominaisen ohuen vesikerroksen kvartsitason ja lipidimuodostelman välillä. Tulosten perusteella hydrofobinen vaikutus saa aikaan kaksoiskalvon muodostumisen, mutta orgaanisen liuottimen läsnäolo häiritsee ilmiön vaikutusta, jolloin kvartsi-vesi-lipidi vuorovaikutus muuttuu merkitykselliseksi. Kaksoiskalvon voidaan päätellä simulaatioiden perusteella muodostuvan yksi kalvo kerrallaa. Kvartsia vastaan olevan kalvo muodostuu ensin ja ylempi kalvo samanaikaisesti hitaammin alemman kalvon päälle.