Dispersões do fosfolipídio saturado aniônico dimiristoil fosfatidil glicerol (DMPG) têm sido extensivamente estudadas devido ao seu comportamento termo-estrutural muito peculiar. Em baixa força iônica, a transição gel-fluida acontece ao longo de uma faixa de temperatura em torno de 17 ºC, apresentando vários eventos térmicos em seu perfil calorimétrico, bem diferente do pico calorimétrico único em torno de 23 ºC, visto em dispersões de DMPG em alta força iônica. Esta região de temperatura também é caracterizada por apresentar baixa turbidez, alta condutividade elétrica e alta viscosidade. A presente tese teve por objetivo aprofundar os conhecimentos acerca deste peculiar comportamento termoestrutural. Para tanto, a dependência térmica das dispersões foi investigada, em função da concentração lipídica e força iônica, através da técnica de calorimetria exploratória diferencial (DSC) e medidas de turbidez, condutividade elétrica, viscosidade e mobilidade eletroforética. Além disso, o encapsulamento de sacarose radioativa no volume interno de agregados de DMPG claramente indicou que o DMPG forma vesículas, e não micelas ou bicelas. No entanto, medidas de viscosidade indicaram que as vesículas formadas ao longo da região de transição são certamente diferentes das formadas nas fases gel e fluida. As concentrações lipídicas estudadas variaram de 1 a 50 mM, e dispersões de 10 mM de DMPG foram estudadas em diferentes forças iônicas, de 2 a 250 mM de NaCl adicionado. As propriedades térmicas das dispersões mostraram-se dependentes da concentração lipídica e tal dependência mostrou-se similar à dependência com a força iônica: o aumento de concentração lipídica diminuía a região de transição. A similaridade entre os dois regimes, tanto o aumento de sal quanto da concentração lipídica, foi discutida em termos da correlação com os íons de sódio da dispersão. Através de medidas de condutividade elétrica da amostra e da mobilidade eletroforética de vesículas de DMPG, foi possível calcular a dependência térmica do grau de ionização de vesículas de DMPG, em diferentes concentrações lipídicas e de sal. Mostramos que as vesículas estão mais ionizadas ao longo da região de transição, e menos ionizadas com o aumento de concentração lipídica ou de concentração de sal. Além do aumento na condutividade ao longo da região de transição, foi observado um aumento brusco na condutividade na pré-transição das bicamadas, indicando que ela está relacionada ao começo do processo de fusão das cadeias. Será discutida aqui a relevância da curvatura da bicamada e o grau de ionização no peculiar comportamento térmico de dispersões de DMPG. Vesículas altamente deformadas e ionizadas parecem estar presentes ao longo da região de transição das bicamadas de DMPG, exibindo grandes flutuações de forma e densidade da bicamada. É interessante especular se estas grandes flutuações da bicamada podem ter relevância biológica. / Dispersions of the saturated anionic phospholipid dimyristoyl phosphatidyl glycerol (DMPG) have been extensively studied regarding their peculiar thermo-structural behavior. At low ionic strength, the gel-fluid transition is spread along nearly 17 ºC, displaying several thermal events in the calorimetric profile, quite different from the single sharp peak around 23 ºC found for higher ionic strength DMPG dispersions. This extended transition region is also characterized by low turbidity, high conductivity and high viscosity. The purpose of this thesis was to extend the knowledge about this peculiar thermostructural behavior of DMPG dispersions. Accordingly, the thermal dependence of the dispersions was investigated as a function of lipid and ionic strength concentrations, using several techniques: differential scanning calorimetry (DSC), and measurements of turbidity, electrical conductivity, viscosity and electrophoretic mobility. Moreover, the encapsulation of radioactive sucrose in the internal aqueous volume of DMPG aggregates clearly indicated that DMPG forms vesicles and not micelles or bicelles. However, viscosity measurements indicated that the DMPG vesicles formed along the transition region are certainly different from those formed in the gel and fluid phases. The studied lipid concentrations varied from 1 to 50 mM, and the 10 mM DMPG dispersion was studied at different ionic strengths, from 2 to 250 mM of added NaCl. The thermal properties of the dispersions were shown to be dependent on the lipid concentration, and this dependence was shown to be similar to the dependence on the ionic strength: the increase in lipid or salt concentrations decreased the temperature range of the transition region. The similarity between the two regimes, either the increase in salt or lipid concentration, is discussed here, in the light of their correlation with the concentration of bulk Na+. By measuring the sample electrical conductivity, and the electrophoretic mobility of the DMPG vesicles, it was possible to calculate the temperature dependence of the degree of ionization of DMPG vesicles, at different lipid and salt concentrations. It could be shown that the vesicles are more ionized along the transition region, and less ionized as the lipid or salt concentration increases. Besides the increase in conductivity along the transition region, a sharp increase in conductivity was observed at the pre-transition of the bilayers, indicating that this temperature is related to the beginning of the chain melting process. The relevance of the bilayer curvature and ionization degree to the peculiar thermal behavior of DMPG dispersions Will be discussed here. Highly ionized and deformed vesicles seem to be present along the extended thermal transition of DMPG bilayers, presenting large fluctuations of form and bilayer density. It is interesting to speculate if those large bilayer fluctuations could be biologically relevant.

Dispersões do fosfolipídio saturado aniônico dimiristoil fosfatidil glicerol (DMPG) têm sido extensivamente estudadas devido ao seu comportamento termo-estrutural muito peculiar. Em baixa força iônica, a transição gel-fluida acontece ao longo de uma faixa de temperatura em torno de 17 ºC, apresentando vários eventos térmicos em seu perfil calorimétrico, bem diferente do pico calorimétrico único em torno de 23 ºC, visto em dispersões de DMPG em alta força iônica. Esta região de temperatura também é caracterizada por apresentar baixa turbidez, alta condutividade elétrica e alta viscosidade. A presente tese teve por objetivo aprofundar os conhecimentos acerca deste peculiar comportamento termoestrutural. Para tanto, a dependência térmica das dispersões foi investigada, em função da concentração lipídica e força iônica, através da técnica de calorimetria exploratória diferencial (DSC) e medidas de turbidez, condutividade elétrica, viscosidade e mobilidade eletroforética. Além disso, o encapsulamento de sacarose radioativa no volume interno de agregados de DMPG claramente indicou que o DMPG forma vesículas, e não micelas ou bicelas. No entanto, medidas de viscosidade indicaram que as vesículas formadas ao longo da região de transição são certamente diferentes das formadas nas fases gel e fluida. As concentrações lipídicas estudadas variaram de 1 a 50 mM, e dispersões de 10 mM de DMPG foram estudadas em diferentes forças iônicas, de 2 a 250 mM de NaCl adicionado. As propriedades térmicas das dispersões mostraram-se dependentes da concentração lipídica e tal dependência mostrou-se similar à dependência com a força iônica: o aumento de concentração lipídica diminuía a região de transição. A similaridade entre os dois regimes, tanto o aumento de sal quanto da concentração lipídica, foi discutida em termos da correlação com os íons de sódio da dispersão. Através de medidas de condutividade elétrica da amostra e da mobilidade eletroforética de vesículas de DMPG, foi possível calcular a dependência térmica do grau de ionização de vesículas de DMPG, em diferentes concentrações lipídicas e de sal. Mostramos que as vesículas estão mais ionizadas ao longo da região de transição, e menos ionizadas com o aumento de concentração lipídica ou de concentração de sal. Além do aumento na condutividade ao longo da região de transição, foi observado um aumento brusco na condutividade na pré-transição das bicamadas, indicando que ela está relacionada ao começo do processo de fusão das cadeias. Será discutida aqui a relevância da curvatura da bicamada e o grau de ionização no peculiar comportamento térmico de dispersões de DMPG. Vesículas altamente deformadas e ionizadas parecem estar presentes ao longo da região de transição das bicamadas de DMPG, exibindo grandes flutuações de forma e densidade da bicamada. É interessante especular se estas grandes flutuações da bicamada podem ter relevância biológica. / Dispersions of the saturated anionic phospholipid dimyristoyl phosphatidyl glycerol (DMPG) have been extensively studied regarding their peculiar thermo-structural behavior. At low ionic strength, the gel-fluid transition is spread along nearly 17 ºC, displaying several thermal events in the calorimetric profile, quite different from the single sharp peak around 23 ºC found for higher ionic strength DMPG dispersions. This extended transition region is also characterized by low turbidity, high conductivity and high viscosity. The purpose of this thesis was to extend the knowledge about this peculiar thermostructural behavior of DMPG dispersions. Accordingly, the thermal dependence of the dispersions was investigated as a function of lipid and ionic strength concentrations, using several techniques: differential scanning calorimetry (DSC), and measurements of turbidity, electrical conductivity, viscosity and electrophoretic mobility. Moreover, the encapsulation of radioactive sucrose in the internal aqueous volume of DMPG aggregates clearly indicated that DMPG forms vesicles and not micelles or bicelles. However, viscosity measurements indicated that the DMPG vesicles formed along the transition region are certainly different from those formed in the gel and fluid phases. The studied lipid concentrations varied from 1 to 50 mM, and the 10 mM DMPG dispersion was studied at different ionic strengths, from 2 to 250 mM of added NaCl. The thermal properties of the dispersions were shown to be dependent on the lipid concentration, and this dependence was shown to be similar to the dependence on the ionic strength: the increase in lipid or salt concentrations decreased the temperature range of the transition region. The similarity between the two regimes, either the increase in salt or lipid concentration, is discussed here, in the light of their correlation with the concentration of bulk Na+. By measuring the sample electrical conductivity, and the electrophoretic mobility of the DMPG vesicles, it was possible to calculate the temperature dependence of the degree of ionization of DMPG vesicles, at different lipid and salt concentrations. It could be shown that the vesicles are more ionized along the transition region, and less ionized as the lipid or salt concentration increases. Besides the increase in conductivity along the transition region, a sharp increase in conductivity was observed at the pre-transition of the bilayers, indicating that this temperature is related to the beginning of the chain melting process. The relevance of the bilayer curvature and ionization degree to the peculiar thermal behavior of DMPG dispersions Will be discussed here. Highly ionized and deformed vesicles seem to be present along the extended thermal transition of DMPG bilayers, presenting large fluctuations of form and bilayer density. It is interesting to speculate if those large bilayer fluctuations could be biologically relevant.

Dispersões aquosas do fosfolipídio aniônico DMPG (dimiristoilfosfatidil glicerol) apresentam um comportamento térmico muito peculiar e interessante, principalmente em baixa força iônica. Neste trabalho, mostramos que o DMPG em baixa força iônica apresenta dois regimes com comportamentos térmicos muito distintos, dependendo da concentração lipídica. Acima de uma certa faixa de concentração c\' (c\' = 0,4 ± 0,2 mM), a transição principal gel - cristal-líquido do DMPG não se dá de uma forma brusca, em um intervalo estreito de temperatura, como em muitos dispersões lipídicas, mas apresenta uma região de transição gel - cristal-líquido delimitada por temperaturas aqui denominadas Tmon e Tmoff. Na condição de força iônica mais estudada (tampão Hepes + 2 mM NaCl), Tmon = 17, 5 °C e Tmoff - 35 ºC. Essa região é chamada, no presente trabalho, de fase intermediária, por estar entre as fases gel e fluida, e por conter propriedades específicas, tais como baixo espalhamento de luz e de raio-X de baixo ângulo, e alta condutividade elétrica e viscosidade. A extensão em temperatura da fase intermediária diminui com o aumento da força iônica e concentração lipídica, até que uma temperatura de transição de fase única, centrada em T\"\" é observada. As diversas técnicas utilizadas neste trabalho (espalhamento de luz, calorimetria diferencial de varredura, ressonância paramagnética eletrônica, anisotropia de fluorescência, espalhamento de raio-X de baixo ângulo e microscopia ótica), sugerem que em T mon ocorre um aumento considerável no potencial eletrostático de superfície, levando a um aumento da repulsão entre cabeças polares adjacentes e possivelmente entre vesículas. Esse processo dispararia o início da fusão das cadeias hidrocarbônicas e só seria completado acima de Tmoff. A fase intermediária é caracterizada por um empacotamento não usual da membrana, que pode ser causado pela presença de regiões de altíssima curvatura com grande mobilidade e, possivelmente, com uma maior densidade superficial de cargas. Por outro lado, o comportamento térmico do DMPG abaixo de c\' é bem distinto. A fase intermediária não está presente e o sistema apresenta uma transição de fase centrada em uma única temperatura, Tm. O valor de Tm cresce de 27,5 °C em 0,1 mM DMPG para 41°C em 5 µM DMPG. Um valor tão alto de Tm no regime concentrado foi obtido somente em pH baixo, quando o DMPG encontra-se em seu estado protonado. Foi observado que o valor de T nv contrário ao esperado em dispersões lipídicas carregadas, diminui consideravelmente com o aumento da concentração de NaCl. Propusemos, então, que abaixo de c\' ocorre uma mudança acentuada na superfície da bica ma da, tendo como conseqüência um enorme aumento da afinidade por prótons dos grupos fosfato do DMPG, levando à neutralização completa da superfície lipídica em tomo de 5 µM. Os resultados obtidos no presente trabalho são muito interessantes do ponto de vista do estudo físico-químico de agregados anfifílicos carregados. Além disso, as propriedades do fosfolipídio aniônico DMPG podem ter alguma relevância biológica em domínios específicos de membranas de procariontes. / Aqueous dispersions of the anionic phospholipid DMPG (dimyristoylphosphatidyl glycerol) present a very interesting and peculiar thermal behavior, mainly at low ionic strength. In this work, we show that DMPG at low ionic strength presents two regimes with very different thermal behaviors, depending on the lipid concentration. Above a certain concentration range c\' (c\' = 0,4 ± 0,2 mM), the gel-fIuid main transition of DMPG does not occur in a narrow temperature interval, as shown by many lipid dispersions, but rather presents a gel-fIuid transition region de!imited by temperatures here called Tmon and T moff. At the standard iOIÚC strength condition used (Hepes buffer + 2 mM NaCI), Tmon = 17.5 °C and Tmoff ~35 ºC This region is called intermediate phase in the present work, since it occurs between the gel and fIuid phases, and due to its specific properties, such as low light and small angle X-ray scattering, and high electrical conductivity and viscosity. The temperature extension of the interrnediate phase decreases with the increase in iOIÚC strength and lipid concentration, till a single main phase transition, centered at T DV is observed. The different techniques used in this work (light scattering, differential scanrung calorimetry, electron spin resonance, fluorescence anisotropy, small angle X-ray scattering and optical microscopy), suggest that a considerable increase in the electrostatic surface potential occurs at Tmon, leading to an increase in the repulsion between adjacent headgroups, and possibly between vesicles. This process would trigger the beginrúng of the melting of the hydrocarbon chains, which would finish above TmolE. The intermediate phase is characterized by a non-usual membrane packing, that could be caused by the presence of highly curved regions presenting a loose packing, possibly with higher surface charge density. On the other hand, the thermal behavior of DMPG below é is very different. The intermediate phase is not present and the system displays a main phase transition centered at a unique temperature, Tm The value of Tm increases from 27.5 °C at 0.1 mM DMPG to 41°C at 5 µM DMPC. Such a high T m value was only found in concentrated DMPG dispersion at low pH, when DMPG is in its protonated state. We observed that the T m value, contrary to the expected for charged lipid dispersions, decreases significantly with the increase in NaCI concentration. We propose, then, that below c\' the surface bilayer markedly changes, resulting in a huge increase in the proton affinity to the DMPG phosphate groups, which would lead to a complete neutralization of the lipid surface around 5 µM. The results presented here are very interesting concerning the physical chernistry of charged amphiphilic aggregates. Furthermore, the properties of the anionic phospholipid DMPG might have some biological relevance in specific domains of prokaryotic membranes.

Dispersões aquosas do fosfolipídio aniônico DMPG (dimiristoilfosfatidil glicerol) apresentam um comportamento térmico muito peculiar e interessante, principalmente em baixa força iônica. Neste trabalho, mostramos que o DMPG em baixa força iônica apresenta dois regimes com comportamentos térmicos muito distintos, dependendo da concentração lipídica. Acima de uma certa faixa de concentração c\' (c\' = 0,4 ± 0,2 mM), a transição principal gel - cristal-líquido do DMPG não se dá de uma forma brusca, em um intervalo estreito de temperatura, como em muitos dispersões lipídicas, mas apresenta uma região de transição gel - cristal-líquido delimitada por temperaturas aqui denominadas Tmon e Tmoff. Na condição de força iônica mais estudada (tampão Hepes + 2 mM NaCl), Tmon = 17, 5 °C e Tmoff - 35 ºC. Essa região é chamada, no presente trabalho, de fase intermediária, por estar entre as fases gel e fluida, e por conter propriedades específicas, tais como baixo espalhamento de luz e de raio-X de baixo ângulo, e alta condutividade elétrica e viscosidade. A extensão em temperatura da fase intermediária diminui com o aumento da força iônica e concentração lipídica, até que uma temperatura de transição de fase única, centrada em T\"\" é observada. As diversas técnicas utilizadas neste trabalho (espalhamento de luz, calorimetria diferencial de varredura, ressonância paramagnética eletrônica, anisotropia de fluorescência, espalhamento de raio-X de baixo ângulo e microscopia ótica), sugerem que em T mon ocorre um aumento considerável no potencial eletrostático de superfície, levando a um aumento da repulsão entre cabeças polares adjacentes e possivelmente entre vesículas. Esse processo dispararia o início da fusão das cadeias hidrocarbônicas e só seria completado acima de Tmoff. A fase intermediária é caracterizada por um empacotamento não usual da membrana, que pode ser causado pela presença de regiões de altíssima curvatura com grande mobilidade e, possivelmente, com uma maior densidade superficial de cargas. Por outro lado, o comportamento térmico do DMPG abaixo de c\' é bem distinto. A fase intermediária não está presente e o sistema apresenta uma transição de fase centrada em uma única temperatura, Tm. O valor de Tm cresce de 27,5 °C em 0,1 mM DMPG para 41°C em 5 µM DMPG. Um valor tão alto de Tm no regime concentrado foi obtido somente em pH baixo, quando o DMPG encontra-se em seu estado protonado. Foi observado que o valor de T nv contrário ao esperado em dispersões lipídicas carregadas, diminui consideravelmente com o aumento da concentração de NaCl. Propusemos, então, que abaixo de c\' ocorre uma mudança acentuada na superfície da bica ma da, tendo como conseqüência um enorme aumento da afinidade por prótons dos grupos fosfato do DMPG, levando à neutralização completa da superfície lipídica em tomo de 5 µM. Os resultados obtidos no presente trabalho são muito interessantes do ponto de vista do estudo físico-químico de agregados anfifílicos carregados. Além disso, as propriedades do fosfolipídio aniônico DMPG podem ter alguma relevância biológica em domínios específicos de membranas de procariontes. / Aqueous dispersions of the anionic phospholipid DMPG (dimyristoylphosphatidyl glycerol) present a very interesting and peculiar thermal behavior, mainly at low ionic strength. In this work, we show that DMPG at low ionic strength presents two regimes with very different thermal behaviors, depending on the lipid concentration. Above a certain concentration range c\' (c\' = 0,4 ± 0,2 mM), the gel-fIuid main transition of DMPG does not occur in a narrow temperature interval, as shown by many lipid dispersions, but rather presents a gel-fIuid transition region de!imited by temperatures here called Tmon and T moff. At the standard iOIÚC strength condition used (Hepes buffer + 2 mM NaCI), Tmon = 17.5 °C and Tmoff ~35 ºC This region is called intermediate phase in the present work, since it occurs between the gel and fIuid phases, and due to its specific properties, such as low light and small angle X-ray scattering, and high electrical conductivity and viscosity. The temperature extension of the interrnediate phase decreases with the increase in iOIÚC strength and lipid concentration, till a single main phase transition, centered at T DV is observed. The different techniques used in this work (light scattering, differential scanrung calorimetry, electron spin resonance, fluorescence anisotropy, small angle X-ray scattering and optical microscopy), suggest that a considerable increase in the electrostatic surface potential occurs at Tmon, leading to an increase in the repulsion between adjacent headgroups, and possibly between vesicles. This process would trigger the beginrúng of the melting of the hydrocarbon chains, which would finish above TmolE. The intermediate phase is characterized by a non-usual membrane packing, that could be caused by the presence of highly curved regions presenting a loose packing, possibly with higher surface charge density. On the other hand, the thermal behavior of DMPG below é is very different. The intermediate phase is not present and the system displays a main phase transition centered at a unique temperature, Tm The value of Tm increases from 27.5 °C at 0.1 mM DMPG to 41°C at 5 µM DMPC. Such a high T m value was only found in concentrated DMPG dispersion at low pH, when DMPG is in its protonated state. We observed that the T m value, contrary to the expected for charged lipid dispersions, decreases significantly with the increase in NaCI concentration. We propose, then, that below c\' the surface bilayer markedly changes, resulting in a huge increase in the proton affinity to the DMPG phosphate groups, which would lead to a complete neutralization of the lipid surface around 5 µM. The results presented here are very interesting concerning the physical chernistry of charged amphiphilic aggregates. Furthermore, the properties of the anionic phospholipid DMPG might have some biological relevance in specific domains of prokaryotic membranes.

É conhecido que a força iônica do meio desempenha um papel fundamental na estrutura de vesículas aniônicas de DMPG (dimiristoil fosfatidilglicerol) em dispersões aquosas. A baixa força iônica (~ 6 mM), as dispersões de DMPG exibem várias características anômalas, que foram interpretadas como a abertura de poros na bicamada ao longo da larga região de transição de fase gel-fluida (de ~ 18°C a 30°C). Aqui, revisitamos o sistema de DMPG em tampão a baixa força iônica, mas com dispersões obtidas após a extrusão por filtros de 100 nm, portanto menos polidispersas. Para enfatizar as interações eletrostáticas entre as cabeças polares dos lipídios, que não estarão blindadas pela presença de sais na solução, estudamos dispersões de DMPG em água pura, de modo a monitorar os agregados presentes na dispersão, e suas interações. As dispersões em água foram caracterizadas antes e depois da extrusão. Para tal, utilizamos diversas técnicas experimentais, em diferentes temperaturas: espalhamento de luz estático (SLS) e dinâmico (DLS), calorimetria diferencial de varredura (DSC), Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) de marcadores de spin incorporados aos agregados, espalhamento de raios-X a altos e baixos ângulos (WAXS e SAXS), e medidas de viscosidade, turbidez, mobilidade eletroforética e condutividade elétrica. Resultados das várias técnicas com dispersões extrusadas de DMPG em tampão mostraram que o comportamento anômalo é observado de forma similar ao de dispersões não extrusadas. Entretanto, o pico de SAXS em muito baixo ângulo é visto de 5 a 45°C, e não apenas na região de transição de fase, portanto não deve ser modelado como a distância entre poros na bicamada lipídica que se abririam nesta região. A distância de repetição relacionada a este pico diminui na região de transição de fase, e com o aumento da concentração lipídica. Medidas de DSC indicaram que, em água, a região de transição de fase da vesícula de DMPG é ainda mais ampla, começando em torno de 10°C, mas ainda terminando em ~ 30oC. No entanto, a alta condutividade elétrica, viscosidade, mobilidade eletroforética, raio efetivo, e a baixa turbidez, vistas apenas na região de transição de fase do DMPG em tampão, são encontradas até altas temperaturas em água, quando a bicamada lipídica já se encontra na fase fluida. Medidas de RPE e WAXS mostraram a transição da membrana de uma fase mais rígida/imóvel/organizada para uma fase mais frouxa/móvel. Dados de espalhamento de luz, RPE e SAXS mostram que, similar ao DMPG em tampão, em água, o DMPG organiza-se como vesículas esféricas, unilamelares, mas possivelmente menores e mais carregadas, exibindo fortes interações vesícula-vesícula. Nas medidas de SAXS, o pico de Bragg na região de muito baixo ângulo foi visto em todas as temperaturas (de 5 a 60°C), sendo que a distância de repetição diminui para temperaturas maiores do que 10oC. Os resultados obtidos para dispersões em água, reforçam o comportamento anômalo observado anteriormente para dispersões em tampão em baixa força iônica. De acordo com eles, propomos a existência de vesículas altamente deformadas e ionizadas a partir de uma certa temperatura, T1 para o DMPG em água e Tmon em tampão baixa força iônica, sendo que em água a forte repulsão eletrostática PG--PG- levaria a fortes deformações e interações vesícula-vesícula, em uma ampla extensão de temperaturas. / It is known that the ionic strength plays a fundamental role in the structure of DMPG (dimyristoyl phosphatidylglycerol) anionic vesicles in water medium. At low ionic strength (~ 6 mM), DMPG dispersions display several anomalous characteristics, which were interpreted as the opening of bilayer pores along the wide bilayer gel-fluid transition region (from ~ 18°C to 30°C). Here, we revisit DMPG in buffer at low ionic strength, but with dispersions obtained after the extrusion by 100 nm filters, thus less polydisperse. To emphasize electrostatic interactions between the polar head-groups, which will not be shielded by ions in solution, we studied DMPG dispersions in pure water to monitor the aggregates in the dispersion and their interactions. Water dispersions were characterized before and after extrusion. For such, we used several experimental techniques, at different temperatures: light scattering, both static (SLS) and dynamic (DLS); differential scanning calorimetry (DSC); electron spin resonance (ESR) of spin labels incorporated into the aggregates, Small and Wide Angle X-Ray Scattering (SAXS and WAXS); and viscosity, turbidity, electrophoretic mobility and electrical conductivity measurements. Several techniques with extruded dispersions of DMPG in buffer showed that the anomalous behavior is also observed. However, the SAXS peak at very low angles is seen from 5 to 45°C, and not only in the phase transition region, therefore it should not be modeled as the distance of correlated pores in the lipid bilayer that would open in this region. The repeating distance related to this peak decreases in the phase transition region, and with increasing lipid concentration. DSC indicates that, in water, the bilayer gel-fluid transition is even wider, starting around 10oC but still ending ~ 30oC. However, high electric conductivity, viscosity, electrophoretic mobility, effective radius and low turbidity found only in the gel-fluid transition region for DMPG in buffer, are found at higher temperatures in water, when lipid bilayers are already in the fluid state. ESR and WAXS measurements evidenced the transition of the membrane from a more rigid/immobile/organized phase to a more soft/mobile phase. Light scattering, ESR and SAXS data showed that, similar to DMPG in buffer, in water, DMPG is organized as spherical unillamelar vesicles, but possibly smaller, highly charged, displaying strong vesicle-vesicle interactions. With SAXS the Bragg peak at very low angles was seen at all temperatures (from 5 to 60°C) with the repetition distance decreasing at temperatures higher than 10 ° C. The results obtained for water dispersions reinforce the anomalous behavior previously observed for buffer at low ionic strength dispersions. According to them, we propose the existence of highly deformed and ionized vesicles from a certain temperature, T1 for DMPG in water and Tmon in buffer at low ionic strength. In water the strong PG- - PG- electrostatic repulsion would lead to strong deformations and vesicle-vesicle interactions, over a wide range of temperatures.

É conhecido que a força iônica do meio desempenha um papel fundamental na estrutura de vesículas aniônicas de DMPG (dimiristoil fosfatidilglicerol) em dispersões aquosas. A baixa força iônica (~ 6 mM), as dispersões de DMPG exibem várias características anômalas, que foram interpretadas como a abertura de poros na bicamada ao longo da larga região de transição de fase gel-fluida (de ~ 18°C a 30°C). Aqui, revisitamos o sistema de DMPG em tampão a baixa força iônica, mas com dispersões obtidas após a extrusão por filtros de 100 nm, portanto menos polidispersas. Para enfatizar as interações eletrostáticas entre as cabeças polares dos lipídios, que não estarão blindadas pela presença de sais na solução, estudamos dispersões de DMPG em água pura, de modo a monitorar os agregados presentes na dispersão, e suas interações. As dispersões em água foram caracterizadas antes e depois da extrusão. Para tal, utilizamos diversas técnicas experimentais, em diferentes temperaturas: espalhamento de luz estático (SLS) e dinâmico (DLS), calorimetria diferencial de varredura (DSC), Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) de marcadores de spin incorporados aos agregados, espalhamento de raios-X a altos e baixos ângulos (WAXS e SAXS), e medidas de viscosidade, turbidez, mobilidade eletroforética e condutividade elétrica. Resultados das várias técnicas com dispersões extrusadas de DMPG em tampão mostraram que o comportamento anômalo é observado de forma similar ao de dispersões não extrusadas. Entretanto, o pico de SAXS em muito baixo ângulo é visto de 5 a 45°C, e não apenas na região de transição de fase, portanto não deve ser modelado como a distância entre poros na bicamada lipídica que se abririam nesta região. A distância de repetição relacionada a este pico diminui na região de transição de fase, e com o aumento da concentração lipídica. Medidas de DSC indicaram que, em água, a região de transição de fase da vesícula de DMPG é ainda mais ampla, começando em torno de 10°C, mas ainda terminando em ~ 30oC. No entanto, a alta condutividade elétrica, viscosidade, mobilidade eletroforética, raio efetivo, e a baixa turbidez, vistas apenas na região de transição de fase do DMPG em tampão, são encontradas até altas temperaturas em água, quando a bicamada lipídica já se encontra na fase fluida. Medidas de RPE e WAXS mostraram a transição da membrana de uma fase mais rígida/imóvel/organizada para uma fase mais frouxa/móvel. Dados de espalhamento de luz, RPE e SAXS mostram que, similar ao DMPG em tampão, em água, o DMPG organiza-se como vesículas esféricas, unilamelares, mas possivelmente menores e mais carregadas, exibindo fortes interações vesícula-vesícula. Nas medidas de SAXS, o pico de Bragg na região de muito baixo ângulo foi visto em todas as temperaturas (de 5 a 60°C), sendo que a distância de repetição diminui para temperaturas maiores do que 10oC. Os resultados obtidos para dispersões em água, reforçam o comportamento anômalo observado anteriormente para dispersões em tampão em baixa força iônica. De acordo com eles, propomos a existência de vesículas altamente deformadas e ionizadas a partir de uma certa temperatura, T1 para o DMPG em água e Tmon em tampão baixa força iônica, sendo que em água a forte repulsão eletrostática PG--PG- levaria a fortes deformações e interações vesícula-vesícula, em uma ampla extensão de temperaturas. / It is known that the ionic strength plays a fundamental role in the structure of DMPG (dimyristoyl phosphatidylglycerol) anionic vesicles in water medium. At low ionic strength (~ 6 mM), DMPG dispersions display several anomalous characteristics, which were interpreted as the opening of bilayer pores along the wide bilayer gel-fluid transition region (from ~ 18°C to 30°C). Here, we revisit DMPG in buffer at low ionic strength, but with dispersions obtained after the extrusion by 100 nm filters, thus less polydisperse. To emphasize electrostatic interactions between the polar head-groups, which will not be shielded by ions in solution, we studied DMPG dispersions in pure water to monitor the aggregates in the dispersion and their interactions. Water dispersions were characterized before and after extrusion. For such, we used several experimental techniques, at different temperatures: light scattering, both static (SLS) and dynamic (DLS); differential scanning calorimetry (DSC); electron spin resonance (ESR) of spin labels incorporated into the aggregates, Small and Wide Angle X-Ray Scattering (SAXS and WAXS); and viscosity, turbidity, electrophoretic mobility and electrical conductivity measurements. Several techniques with extruded dispersions of DMPG in buffer showed that the anomalous behavior is also observed. However, the SAXS peak at very low angles is seen from 5 to 45°C, and not only in the phase transition region, therefore it should not be modeled as the distance of correlated pores in the lipid bilayer that would open in this region. The repeating distance related to this peak decreases in the phase transition region, and with increasing lipid concentration. DSC indicates that, in water, the bilayer gel-fluid transition is even wider, starting around 10oC but still ending ~ 30oC. However, high electric conductivity, viscosity, electrophoretic mobility, effective radius and low turbidity found only in the gel-fluid transition region for DMPG in buffer, are found at higher temperatures in water, when lipid bilayers are already in the fluid state. ESR and WAXS measurements evidenced the transition of the membrane from a more rigid/immobile/organized phase to a more soft/mobile phase. Light scattering, ESR and SAXS data showed that, similar to DMPG in buffer, in water, DMPG is organized as spherical unillamelar vesicles, but possibly smaller, highly charged, displaying strong vesicle-vesicle interactions. With SAXS the Bragg peak at very low angles was seen at all temperatures (from 5 to 60°C) with the repetition distance decreasing at temperatures higher than 10 ° C. The results obtained for water dispersions reinforce the anomalous behavior previously observed for buffer at low ionic strength dispersions. According to them, we propose the existence of highly deformed and ionized vesicles from a certain temperature, T1 for DMPG in water and Tmon in buffer at low ionic strength. In water the strong PG- - PG- electrostatic repulsion would lead to strong deformations and vesicle-vesicle interactions, over a wide range of temperatures.

Interactions of cholesterol reducing agent simvastatin with charged model membranes were investigated. Effects of cholestrol reducing agent simvastatin on the phase transition behaviour and physical properties of the anionic dipalmitoyl phosphatidylglycerol (DPPG) multilamellar liposome were studied as a function of temperature and simvastatin concentration. Moreover the effect of acyl chain length on the simvastatin model membrane interactions was monitored using dipalmitoyl phosphatidylglycerol (DPPG) and dimyristoyl phosphatidylglycerol (DMPG) lipids. All experiments were carried out by two non-invasive techniques namely Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The observations made in the this study clearly showed that simvastatin interacts with the lipids of multilamellar liposomes and induces some variations in the structure of membranes. These effects are seen in the thermotropic phase transition profile of the membranes, on membrane order, acyl chain flexibility, lipid head group structures and membrane fluidity. The analysis of the C-H stretching region of FTIR spectra showed that, as simvastatin concentration increased, the phase transition curve broadened, pretransition temperature diminished, membrane order and membrane fluidity increased for anionic DPPG membrane. Moreover analysis of the C=O stretching and PO2 - stretching bands showed that simvastatin caused dehydration effect by decreasing of hydrogen bonding capacity in the glycerol backbone and also around the lipid head groups. DSC studies showed that as the simvastatin concentration increased, DSC curves broadened. In addition, simvastatin-induced lateral phase separation was observed in the DSC thermograms. In the second part of the study, the effect of acyl chain length on the simvastatin - membrane interactions was investigated for DPPG and DMPG lipid membranes. All parameters used in the FTIR studies are compared for DMPG and DPPG membranes. Similar results were observed for both membranes, except for the CH2 antisymmetric stretching band frequency at gel phase. Results showed that there are no significant effect of acyl chain length on simvastin - membrane interactions.

Introduction: Phospholipids amphiphilic structure gives them special properties such as self-aggregation, emulsifying and wetting properties. Among the various structures resulting from the dissolution of phospholipids in water are the liposome, which acts as a drug carrier. They also act as surfactants for wetting by adsorbing on the crystal surface to increase the hydrophilicity of hydrophobic drugs. Surfactants, such as bile salts, have been shown to have a good ability to solubilize and dissolve non-polar lipids. By mixing with bile salts, phospholipids can easily dissolve and form mixed micelles. For the breakdown of fats in the gastrointestinal tract, mixed micelles formed from bile salts and phospholipid play an important role as well as in solubilizing water-insoluble drugs and other drug delivery applications. Aim: Theaim of this project is to study mixtures of the bile salts sodium deoxycholate (NaDC) and sodium cholate (NaC) with the anionic phospholipid DMPG and to determine the mole fraction (composition) in the aggregates at the transition from micelles to bicolts in bile salt / phospholipid mixtures. In addition, we want to determine the average size and structure of the colloidal particles formed in the solutions near the transition. The phospholipid DMPG has a charge and our results will be compared with previous corresponding studies where the zwitterionic phospholipid DMPC was investigated. Methods: The structure and size of micelles and bilayers formed will be determined by Dynamic Light Scattering (DLS) and Static Light Scattering (SLS) and Determination of refractive index increment of NaC and NaDC. Complementary techniques such as surface tension, small angle X-ray scattering (SAXS) and cryo-TEM may be used. Results and Discussion: This study was able to show that aggregates for systems with a molar ratio of 0.05 to 0.20 of both NaC and NaDC at 21 degrees (°C), have an approximate size range between 3 and 10 nm. At 21 ° C the concentration range studied for both NaC and NaDC shows that the particles are larger in size at lower concentrations. Also, increasing the molar ratio of both bile salts, NaC and NaDC in the samples leads to a reduction in the particle size of the system. At 37 °C the system shows a significant increase in the size of the particles for both the bile salts, NaC and NaDC in a size range between 10 and 400 nm. However, at 37 ° C and for both NaC and NaDC in molar ratios of 0.05 and 0.10, the particle size increases with increasing sample concentration but in molar ratios of 0.15 and 0.20, the particle size decreases with increasing sample concentration. At 21 ° C the light scattering experiments for the systems in NaDC and DMPC showed that the size of the micelles decreased with increasing concentrations while the increasing molar ratio led to increased size corresponding to mixed systems of bile salts and DMPG but not at 37 ° C. This difference may be mainly due to the fact that DMPG is an anionic phospholipid that has a charge and the altered conical shape of the bile salts as well as spontaneous curvature at a higher temperature. At 21 ° C the light scattering experiments for the systems in NaDC and DMPC showed that the size of the micelles decreased with increasing concentrations while the increasing molar ratio led to increased size corresponding to mixed systems of bile salts and DMPG but not at 37 ° C. This difference may be mainly due to the fact that DMPG is an anionic phospholipid that has a charge and the altered conical shape of the bile salts as well as spontaneous curvature at a higher temperature. Conclusion: At 37 °C for NaC and NaDC in molar ratios of 0.05 and 0.10 other cmc are obtained, indicating the presence of large structures in the system. Where these large worm-like or rod-like structures are formed by micelles. Accurate prediction of what structures may be present in the system requires more detailed and more appropriate research methods which in turn also need more time to achieve the result. Due to the project's time constraints, it became impossible to use these methods. This difference may be mainly due to the fact that DMPG is an anionic phospholipid that has a charge. The bile salts' end conformation form as well as spontaneous curvature at higher temperatures.

Interactions between peptides and biological lipid membranes play a crucial role in many cellular processes such as in the mechanism behind Alzheimer’s disease where amyloid-beta peptide (Abeta)is thought to be a key component. The initial step of binding between a surface active peptide and its target membrane or membrane receptor can involve a non specific electrostatic association where positively charged amino acid residues and a negatively charged membrane surface interact. Here, the use of high resolution MAS NMR provides a highly sensitive and non perturbing way of studying the electrostatic potential present at lipid membrane surfaces and the changes resulting from the association of peptides. The interaction between pharmacologically relevant peptides and lipid membranes can also involve incorporation of the peptide into the membrane core and by complementing the NMR approach with differential scanning calorimetry (DSC) the hydrophobic incorporation can be studied in a non invasive way. By using 14N MAS NMR on biological lipid systems for the first time, in addition to 31P, 2H NMR and differential scanning calorimetry (DSC), gives a full picture of the changes all along the phospholipid following interactions at the membrane interface region. Being able to monitor the full length of the phospholipid enables us to differentiate between interactions related to either membrane surface association or hydrophobic core incorporation. This approach was used to establish that the interaction between nociceptin and negatively charged lipid membranes is electrostatic and hence that nociceptin can initially associate with a membrane surface before binding to its receptor. Also, it was found that Abeta can interact with phospholipid membranes via two types of interactions with fundamentally adverse effects. The results reveal that Abeta can associate with the surface of a neuronal membrane promoting accelerated aggregation of the peptide leading to neuronal apoptotic cell death. Furthermore it is also shown that Abeta can anchor itself into the membrane and suppress the neurotoxic aggregation of Abeta.