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Anmerkungen zur Deutung der Experimente

Folgende Anmerkungen sollten bei der Auswertung der Versuche Lipidextraktion aus Eigelb – Isolation von Lecithin und Herstellung von Lipidfilmen durch Quellen beachtet werden.

In der Membranforschung existieren zur Herstellung von Vesikeln im allgemeinen zwei Methoden – das Quellen und die Elektroformation (Stein et al., 2017). Beide Methoden ermöglichen es GUVs (giant unilamellar vesicles) mit spezifischen Zusammensetzungen zu synthetisieren, die anschließend mithilfe verschiedener Techniken untersucht werden können.

Beim Quellen werden Lipidmoleküle zunächst in einem organischen Lösungsmittel gelöst. Anschließend wird das Lösungsmittel durch Verblasen verdampft. Dabei ordnen sich die Lipidmoleküle zu mehreren Lipiddoppelschichten zusammen, die sich an der Gefäßwand anlagern. Die Zugabe einer Pufferlösung sorgt dafür, dass diese auch zwischen die jeweiligen Doppelschichten gelangt. Um verschiedenen Kräften wie dem osmotischen Druck, elektrostatischer Abstoßung zwischen den Lipidköpfen und der Interaktion der hydrophoben Lipidbestandteile an den Seiten der Membranen mit dem wässrigen Medium weniger ausgesetzt zu sein, quellen die Lipidschichten auf und bilden Vesikel aus (siehe Abbildung). Dieser recht langsame Prozess kann beispielsweise durch die gezielte Wahl von ionischen Kopfgruppen oder der Zugabe von Saccharose beschleunigt werden (Stein et al., 2017).

 

Schematische Darstellung der Vesikelpräparation durch Quellen nach STEIN ET AL. (A) Lipiddoppelschich-ten nach Verblasen des Lösungsmittels, (B) Zugabe einer Pufferlösung, (C) Aufquellen der Lipidschichten zu Vesikeln.

Abbildung: Schematische Darstellung der Vesikelpräparation durch Quellen nach Stein et al. (A) Lipiddoppelschichten nach Verblasen des Lösungsmittels, (B) Zugabe einer Pufferlösung, (C) Aufquellen der Lipidschichten zu Vesikeln.

 

Bei der Elektroformation wird zunächst ähnlich vorgegangen wie beim Quellen, nach der Zugabe des Puffers wird jedoch eine Spannung angelegt, die die Formierung von Vesikeln durch u.a. elektrostatische Wechselwirkungen zwischen dem elektrischen Feld und den Lipidladungen sowie der Veränderung der Intermembrankräfte durch Umverteilung der Gegenionen zusätzlich begünstigt (s. Abbildung) (Dimitrov & Angelova, 1987).

 

Schematische Darstellung der Vesikelpräparation in einer Elektroformationskammer nach STEIN ET AL.

Abbildung: Schematische Darstellung der Vesikelpräparation in einer Elektroformationskammer nach Stein et al.

 

Die für die Synthese der Vesikel benötigen Lipide können entweder in Form von Egg PC käuflich erworben, oder anhand der Versuchsanleitung aus Eigelb extrahiert werden. Sowohl die Extraktion als auch das Quellen der Lipidfilme ist jedoch sehr zeitintensiv, weshalb sich die Versuche eher für die Verwendung in Schülerlaboren eignen, zumal die meisten Schulen keinen Zugang zu einem Fluoreszenzmikroskop besitzen.

 

Litertaur:

  • Stein, H., Spindler, S., Bonakdar, N., Wang, C., & Sandoghdar, V. (2017). Production of Isolated Giant Unilamellar Vesicles under High Salt Concentrations. Frontiers in Physiology, 8, 63. DOI: 10.3389/fphys.2017.00063.
  • Dimitrov, D. S., & Angelova, M. I. (1987). Lipid swelling and liposome formation on solid surfaces in external electric fields. Progress in Colloid & Polymer Science, 73, 48–56.
  • von Hoff, E. (2020). Entwicklung und Evaluation von Konzepten und Formaten zum Wissenstransfer von der Forschung in die Schule und Öffentlichkeit - Am Beispiel des SFB 803 (Dissertation). Georg-August-Universität Göttingen, Göttingen. Abrufbar unter http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0005-14C7-4.