Geri Dön

Interactions of bile salts with model lipid membranes

Safra tuzlarının model lipid membranlar ile etkileşimi

PDF İndir

  1. Tez No: 332917
  2. Yazar: GÖKÇE ENGÜDAR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. BERAAT ÖZÇELİK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyofizik, Biyokimya, Gıda Mühendisliği, Biophysics, Biochemistry, Food Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 183

Özet

Safra tuzları diet ile birlikte alınan yağlar ve kolesterol ile misel yapı oluşturarak yağların sindiriminde ve bağırsaktan emiliminde önemli role sahip biyolojik yüzey aktif maddelerdir. Liposomlar, fosfolipidler gibi amfifilik özelliğe sahip moleküllerin sulu ortamda kendiliğinden küresel agregatlar oluşturmasıyla meydana gelen çif katmanlı kapalı yağ kesecikleridir. Biyolojik hücre membranları dinamik yapıları nedeniyle üzerinde çalışılması zor yapılardır. Liposomların yapı ve bileşimi açısından biyolojik membranlara benzemesi nedeniyle, liposomlar model lipid membranlar olarak araştırmalarda kullanılabilirler. Membran lipidler kimyasal yapılarına bağlı olarak fosfolipidler, sfingolipidler ve kolesterol olarak sınıfandırılırlar. Fosfatidilkolin ise membranda temel olarak bulunan ve fizyolojik pH'da nötral olmasını sağlayan fosfolipid sınıfıdır. Surfaktan özelliğe sahip safra tuzlarının biyolojik membranlarla etkileşimi temel olarak membrana katılma ve membran solubilizasyonu olarak ikiye ayrılabilir. Safra tuzları, lipid membranların yapı taşı olan amfifilik özellikteki fosfolipidlerden farklı olarak misel oluşturabilirler. Kritik misel konsantrasyonu (CMC) altındaki değerlerde safra tuzları lipid membran katmanlarına katılabilirler, bu değerin üzerindeki konsantrasyonlarda ise membranların solubilizasyonuna neden olurlar.Moleküller arası etkileşimleri incelemek amacıyla çeşitli spektroskopik ve kalorimetrik yöntemler olmak üzere biyofiziksel yöntemlerden yararlanılmaktadır. Safra tuzları gibi küçük moleküllerin lipidler gibi makromoleküllere bağlanmaları ve fiziksel etkileşimleri için yaygın olarak izotermal titrasyon kalorimetri, diferansiyel taramalı kalorimetri, floresans spektroskopi ve dinamik ışık saçımı yöntemleri kullanılmaktadır. Bu nedenle, bu çalışmada bu yöntemlerin prensiplerinin öğrenilmesi ve daha sonrasında etkileşimleri incelemek ve sonuçları doğrulamak için bu yöntemlerin kullanılması amaçlanmıştır.Safra tuzları ve model lipid membranlar arasındaki etkileşimler temel olarak izotermal titrasyon kalorimetri (ITC) yöntemi ile çalışılabilinir. Safra tuzlarının sulu ortam ve lipid membranlar arasındaki katılımı bağlanma sabitinin bulunması ile incelenebilinir, ancak model oluştururken safra tuzlarının negatif yüklü olması nedeniyle elektrostatik etkileşimler göz önünde bulundurulmalıdır. Safra tuzlarının membranlar üzerine solubilize edebilme etkisi ise lipid membranların kapalı küre formundan misel formuna geçişi faz diagramları oluşturularak gözlenebilinir. Membranın safra tuzları tarafından doyurulduğu ve solubilize edildiği kritik safra tuzu konsantrasyonları ve safra tuzu/lipid konsantrasyonu oranları bu diyagramlar yardımıyla belirlenebilir. İzotermal titrasyon kalorimetre ile etkilişimlerin tüm termodinamik parametrelerini tek bir deneyde elde edilebilir.İzotermal titrasyon kalorimetri, moleküler etkileşimleri incelemek amacıyla kullanılan biyofiziksel metotlardan biridir. Küçük moleküller (ilaç aktif molekülleri, deterjan özelliğe sahip moleküller gibi ligandlar) ile makromoleküllerin (protein, DNA, lipid ve polimerler gibi) etkileşimlerinin incelenmesinde, etkileşimlerin termodinamik profilinin çıkarılması amacıyla, bağlanma kat sayısı (kB), entalpi (?H), Gibbs serbest enerjisi (?G), entropi (?S) gibi termodinamik parametrelerinin belirlenmesinde yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. İki molekül arasındaki fiziksel değişim veya kimyasal reaksiyonların termodinamik karakteristiklerinin tek bir deney ile ve direk olarak tespit edilebilmesini sağlaması, bu yöntemi diğerlerinden üstün kılan bir özelliktir. İlaç ve gıda endüstrisinde formül geliştirmek üzere bu yöntemden yararlanılmaktadır.İzotermal titrasyon kalorimetre, sıcaklığın sabit tutulmasını sağlayan adyabatik ceket içerisinde referans ve örnek haznelerinden oluşur. Referans bölmesine tampon çözelti veya saf su konulur. Örnek haznenin üzerine etkileşimleri araştırılacak olan çözeltilerden birinin bulunduğu şırınga yerleştirilir ve şırıngadaki çözeltinin örnek hazne içerisine injeksiyonu ile iki çözelti arasındaki etkileşim örnek hazne içerisinde gerçekleşir ve bu etkileşim sonucu ısı açığa çıkar veya absorblanır. Örnek haznesi içerisindeki çözeltinin, şırınga içerisindeki çözelti ile doygunluğa ulaşmasından sonra reaksiyon ısısı sabit kalır ve bu sabit ısı dilusyon ısısını vermektedir. Tampon çözelti, tuz konsantrasyonu ve pH ölçümler üzerinde etkili faktörlerdir. ITC ile yapılan ölçümlerde, çözelti konsantrasyonlarının yanı sıra, injeksiyon hacmi ve sayısı da uygun olarak seçilmelidir.Bu çalışmada, safra asidi olarak steroid yapısına bağlı iki hidroksil grubu ve bir karboksil grubu içeren deoksikolik asit and chenodeoksikolik asit kullanılmıştır. Safra tuzları, suda çözünebilir steroidal yapılardır. Kolesterol metabolizmasının son ürünleri olarak, kimyasal yapıları kolik asit türevleridir. Kimyasal yapıları, tetrasiklik hidrokarbon yapısına sahip rijit steroid yapı ve kısa alifatik zincirden oluşur. Safra tuzları, bu kimyasal yapıları nedeniyle klasik yüzey aktif maddelerden farklı özelliklere sahiptir. Safra tuzları, steroid yapısına bağlı hidroksil grup sayısına ve konjugasyona bağlı olarak farklı özellikler gösterirler. Deoksikolik asit, steroid yapına bağlı C3 ve C12'de hidroksil grubu içerirken, chenodeoksikolik asitte hidroksil grupları C3 ve C7'ye bağlıdır. Liposomları oluşturmak için 1- palmitoil-2-oleil-sn-glisero-3-fosfokolin (POPC) ve 1,2- dipalmitoil- sn-glisero-fosfokolin (DPPC) kullanılmıştır. DPPC doymuş iki palmitik asit (C16:0) yağ zincirlerinden oluşurken, POPC doymamış oleik asit (C18:1) ve doymuş palmitik asit (C16:0) yağ asidi zincirlerini içerir. Deoksikolik asit ve chenodeoksikolik asitin, doymamış yağ asidi yapısına sahip POPC ve doymuş yağ asidi içeren DPPC liposomlar üzerindeki etkisi karşılaştırılmıştır. POPC membranların solubilizasyonu için saf su ve fosfat tampon çözeltisi olmak üzere iki farklı çözücü kullanılarak tuz iyonlarının solubilizasyon üzerine etkisi incelenmiştir. DPPC membranların solubilizasyonu için ise, sıvı-kristalin faz ile jel fazının etkileşimler üzerinde etkisini incelemek amacıyla 25°C ve 55°C olmak üzere DPPC'nin fazlar arası geçiş sıcaklığı altındaki ve üzerindeki değerler seçilerek ölçüm yapılmıştır. Kalorimetrenin örnek bölümündeki toplam safra tuzu ve lipid konsantrasyonu değerlerinden oluşturulan faz geçiş diyagramları bu etkiler göz önünde bulundurularak karşılaştırılmıştır. Lipid membranların doyumunun ve solubilizasyonun gerçekleştiği koşullarda, kritik safra tuzu/lipid oranları (Resat ve Resol) ve su fazındaki safra tuzu konsantrasyonları (Dwsol ve Dwsat) faz diyagramlarından elde edilmiştir.Ayrıca, membran solubilizasyon değerlerinin doğrulanması için floresans spektroskopi ölçümleri yapılmıştır. Safra tuzlarının, lipid membranların katmanlı yapısı üzerine etkisi floresans şiddetinin zamana karşı ölçümü ile gözlenmiştir. İzotermal titrasyon kalorimetri ve floresans spektroskopi yöntemleri ile elde dilen sonuçlar arasında korelasyon olduğu bulunmuştur. Çalışmada, dinamik ışık saçınımı yöntemi (DLS) ile liposomların partikül büyüklüklerinin ölçümü gerçekleştirilerek partiküllerin karakterizasyonları sağlanmıştır. Ayrıca, ITC ile yapılan deneyler sonucu elde edilen veriler göz önünde bulundurularak oluşturulan farklı oranlarda POPC ve deoksikolik safra asidi içeren karışık lipid ve misel yapıların partikül büyüklükleri DLS ile ölçülmüştür. Böylece, surfaktan özellikte olan safra tuzlarının lipid membranların (liposomların) boyutlarına etkileri incelenerek membran solubilizasyon değerleri ve liposom yapıların stabiliteleri de incelenmiştir. Safra tuzlarının DPPC membranın faz geçiş sıcaklığı üzerine etkisi ise diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile incelenmiştir. Surfaktan özellikleri sebebiyle safra tuzları, lipidlerin termodinamik fazları üzerinde etkiye sahiptirler ve oda sıcaklığında jel fazında bulunan DPPC lipid molekülleri belirli konsantrasyonlarda deoksikolik safra asidinin sisteme ilavesi sonucu likit kristalin faza geçerek faz değişimi gösterirler. Bu faz geçişleri ise diferansyel taramalı kalorimetre (DSC) yardımıyla sistemin ısı kapasitesindeki değişimin sıcaklığın fonksiyonu olarak ölçülmesi ile belirlenebilir. Termodinamik durumun ısı ile değişimi beraberinde lipid yapılarının konformasyonal değişimlerine sebep olduğunda DSC biyolojik sistemlerdeki etkileşimlerin etkilerini incelemek amacıyla yaygın olarak kullanılabilen bir diğer kalorimetrik yöntemdir.Bu çalışma, etkili taşıyıcı sistemler geliştirmek amacıyla safra tuzlarının lipid membranlar ile etkileşiminin anlaşılmasının önemli olduğunu göstermektedir. Liposomlar asıl yaşam kapsülleri olan hücre membranlarına benzerliklerinin sonucu olarak taşıyıcı yapılar olarak kullanılmaktadırlar. Ancak, gastrointestinal koşullar ve sistemde bulunan veya salgılanan maddeler liposomların stabilitesini etkiler. Safra tuzlarının veya sindirim ezimlerinin varlığı gibi gastrointestinal koşulların taklit edildiği koşullara sahip sistemlerin geliştirilmesi farmasötikler ve nutrasötikler gibi biyoaktif moleküller ile biyolojik membranlar arasındaki etkileşimlerin ve etki mekanizmalarının anlaşılması için de önemlidir.

Özet (Çeviri)

Bile salts are biological surfactants that play an important role in fat digestion and absorption through intestinal wall by forming mixed micelles with lipids, fats and cholesterol. Liposomes are lipid vesicles which are spherical self-assembled aggregates, consisted of amphiphilic molecules such as phospholipids. Because liposomes have structural and compositional similarities with biological membranes, they can be used as model lipid membranes to achieve the challenges of working with biological membranes. The interactions of bile salts with model lipid membranes include partitioning of bile salts into membranes and solubilization of membranes by bile salts. Bile salts can form micelles differently from phospholipids which are constituents of lipid membranes. Bile salts can partition into lipid membranes below the critical micelle concentrations (CMC) and they can solubilize the lipid vesicles into mixed micelles above CMC.Isothermal titration calorimetry (ITC) was used to determine complete thermodynamic profile of interactions including, enthalpy change, Gibbs free energy, entropy change, and partition coefficients. Partitioning of bile salts between water and lipid membranes was investigated by determination of partition coefficient, considering the electrostatic interactions of negatively charged bile salt monomers and vesicles in the model. Solubilization effect of bile salts on lipid membranes was investigated by establishing the vesicle-to-micelle phase diagrams and some critical parameters such as surfactant concentrations to saturate (Dtsat) and solubilize (Dtsol) the membranes and critical surfactant/lipid ratios for saturation and solubilization (Resat and Resol, respectively) were determined from phase boundaries to quantify membrane solubilization.In this study, chenodeoxycholic acid (CDCA) as primary bile acid and deoxycholic acid (DCA) as a secondary bile acid, which are known as dihydroxybile acids, were used. Their structures, consisted of two hydroxyl groups bound to hydrophobic steroidal framework and carboxylic acid affect their interaction activities. 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glcero-3-phosphotidylcholine (POPC) and 1,2- dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphotidylcholine (DPPC) were used to prepare the model lipid membranes (liposomes). The effects of saturation degree of acyl chains of membrane lipids, ionic strength of medium and phase properties of saturated lipid, DPPC, on interactions were investigated by ITC and the phase transition diagrams were compared to understand the effects of different systems. Furthermore, fluorescence spectroscopy measurements were performed to confirm the solubilization results. Dynamic light scattering (DLS) measurements were performed throughout this study in order to characterize the lipid vesicles in terms of determination of particle size distribution. Differential scanning calorimetry (DSC) was used to understand the activity of bile acid deoxycholic acid on DPPC membrane because of change in thermodynamic state and transition temperature. As a result, the correlation between the results of isothermal titration calorimetric assay and spectroscopic assays was observed.This study indicates that the understanding of interactions between bile salts and lipid membranes are essential in order to develop the efficient colloidal delivery systems. Because it is also known that liposomes are used as carrier for active molecules as an another result of mimicking the biological membranes. However, gastrointestinal conditions affect the stability of liposomes. Therefore, it is also important that developing systems which mimic the gastrointestinal conditions such in the presence of bile salts or digestive enzymes in order to elucidate interactions of active molecules such as pharmaceuticals or nutraceuticals and biological membrane.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    353782

    Antioxidant activity and polyphenol composition of sesame paste and grape molasses blends

    Tahin-pekmez karışımlarının antioksidan aktivitesi ve polifenol içeriklerinin incelenmesi

    SERAP FATMA ÇELİK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ESRA ÇAPANOĞLU GÜVEN

  2. Tez No

    841858

    Magnetik nanokiller kullanılarak metilen mavisi boyar maddesinin sulu çözeltilerden giderimi: Kinetik, denge ve termodinamik çalışmaları

    Removal of methylene blue dyet from aqueous solutions using magnetic nanoclays: Kinetic, equilibrium and thermodynamic studies

    YASİN USTA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Çevre MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ASUDE ATEŞ

  3. Tez No

    332213

    Physico-chemical characterization and self-assembly of poly(2-ethyl-2-oxazoline)s in aqueous solutions

    Poli(2-etil-2-oksazolin)sulu çözeltilerinin fiziko-kimyasal karakterizasyonu ve polimerin kendiliğinden yapılanması

    PINAR TATAR GÜNER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    KimyaKoç Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ADEM LEVENT DEMİREL

  4. Tez No

    350372

    Narda bulunan antosiyaninlerin biyoyararlılığına gıda matrisi ve bileşenlerinin etkisi

    Effects of food matrix and food components on bioavailability of anthocyanins in pomegranate

    HAFİZENUR ŞENGÜL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. DİLARA NİLÜFER ERDİL

  5. Tez No

    323832

    Yönetimde kuantum yaklaşımı, organizasyonel enerjinin ölçümü için bir model

    Quantum approach to management, a model for measuring organizational energy

    ABDULLAH ŞENYILMAZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALUK ERKUT

Geri Dön