Differential Scanning Calorimetrie

Berechnung der Enthalpieänderung ∆H und der Entropieänderung ∆S pro Mol, pro Molekül und in den Einheiten kBT für die Enthalpie und kB für die Entropie

Erstellen und Interpretation der beiden generierten cp-T-Diagramme

Interpretation des Unterschieds zwischen dem Literaturwert für TM (41.3◦C) und dem im Versuch ermittelten Wert für TM

Erklären der enzymatischen Aktivitätsdefinition von Phospholipase A2 (PLA)

Proteine (Transport, enzymatische Katalyse, neuronale Reizleitung, Membranfusion, adherent junction)

Lipide -> Fluid Mosaic Modell

Elastizität und Kompressibilität durch Lipidzusammensetzung bestimmt

Durch Erhöhung der Oberflächenspannung und Veränderung der Lipidzusammensetzung werden Ionenkanäle beeinflusst

entropischer Anteil: Wassermoleküle an der hydrophoben Fläche weisen weniger Ordnung auf -> müssen sich unordnen -> Entropie nimmt zu

energetischer Anteil: Energie die benötigt wird um die H-Brücken zu brechen für die Umordnung der Wassermoleküke -> Schaffen einer Kontaktfläche mit der hydrophoben Fläche

Anordnung der Lipide, bei der WW ihrer hydrophoben Teile mit Wasser reduziert wird -> Ausbildung Bilayer, Vesikel, Micelle, Liposom

At low temperatures, lipids form gel-like structures because of strong intermolecular interactions and little movement. The gel phase can be divided into two phases, the lamellar phase Lβ and the ripple phase Pβ.

In the lamellar phase, the fatty acids are in the all-trans conformation resulting in the energetically best angle to each other.

The phase transition between lamellar and ripple is the so-called pretransition and occurs at the temperature Tv.

At the melting temperature Tm the phase transition from gel to lamellar fluid Lα takes place.

In this phase the fatty acids are no longer in all-trans conformation, which results in increasing lateral movement and less intermolecular interaction.

At the main phase transition, one can see a high peak in the cp/T diagram

regulieren den Phospholipidstoffwechsel

katalysiert folgende (Hydrolyse-) Reaktion:

Phospholipid → Lysophospholipid + Fettsäure + H+

sehr spezifisch -> spaltet nur Fettsäure ab, die in Mitte des Glycerolrückgrats ist (C-Atom ist chiral)

-> C2 Position meist besetzt von mehrfach ungesättigten Fettsäuren -> für niedrige Phasenumwandlung verantwortlich und nach Abspaltung Ausgangssubstrat für andere Substanzen (Arachidonsäure)

durch die Messung des pH- Wertes können Rückschlüsse auf die Enzymaktivität gezogen werden

Kohlenwasserstoffbindungen in Alkylketten von Lipiden nehmen verschiedene Winkel zueinander ein -> 3 Energieminima (2 von gleichem Wert) -> in der Mitte absolutes Energieminimum (Trans-Konformation), außen jeweils anderes Minima (Gauche-Transformation) -> Gauche kann eingenommen werden bei leicht erhöhter Energie -> Kombination der Rotationswinkel -> Übergang von geordnet zu ungeordnet -> Phasenübergang 1. Ordnung

used to calculate the heat capacity cp by measuring the amount of energy needed to heat up the sample to the same temperature as a used reference

Heat capacity is a material-specific characteristic and is defined by the amount of energy needed to increase the temperature of a certain amount or mass of material by one degree

Zwei Zellen (Probe und Referenz) werden mit konstanter Rate abgekühlt/erwärmt

Temperaturdifferenz wird eingelesen und Computer steuert damit Heizspulen so dass Temeperaturdifferenz ausgeglichen wird

erbrachte Leistung an den Zellen wird gemessen (ist bei unterschiedlicher Wärmekapazität unterschiedlich groß) und Leistungsdifferenz bestimmt

daraus wird Wärmekapazität bestimmt

Theoretically, the enthalpy is the area under the curve, for one lipid

H+ durchlässige Glasmembran an Spitze der Elektrode -> Spannung gegenüber Referenzlösung (Kaliumchlorid) wird aufgebaut

pH = - log(c(H+))

clean VP-DSC with Milli-Q Water

degas buffern, unsonicated lipid solution and sonicated lipid solution

two calorimetric measurements were done: of the lipid mixture and the lysolipid solution after treatment with PLA2

measurement was performed within the temperature range from 5°C to 50°C

generate a cp-T-diagram with baseline correction with Origin

AUCs were calculated with Origin

Ultrasonication leads to the dispersion of macromolecular phospholipid structures. This way, PLA2 is able to access the hydrophobic regions of the phospholipids and cleave the second fatty acid from the glycerol scaffold, releasing H+ ions. As a result, the hydrophobic effect is strongly reduced

Theoretically, the enthalpy is the area under the curve, for one peak (no proper mixing of the phospholipids DMPC and DPPC had taken place before DSC measurement, thus leading to the formation of separate phases)

In contrast to the expectation of one peak, we observed two peaks and because of that we compute the ratio of DMPC and DPPC in the solution.

calculate the amounts of DMPC and DPPC

enthalpy for the two different phospholipids was calculated per mole. The conversion factor from calories to joule is 4,18.

enthalpy per molecule is calculated: ∆HDMPC / NA

calculate the entropy for the respective phospholipid per mole

add PLA to sonicated phospholipid solution

pH-value was determined before and after the addition of PLA2 in time intervals

Afterwards the solution was titrated back to the starting pH-value with NaOH