The complexity of cell membranes is far from being only a simple assembly of lipids and proteins separating cells from the surrounding environment. Each of the thousands of different membrane components performs its specific role in cellular functions, since a multitude of biological processes is mediated by membranes. The understanding of the molecular basis of these processes is one of the important aims of current biological research. Our research employing single- molecule fluorescence methods (e.g. FCS, FCCS, FLIM-FRET) has made a contribution to the knowledge of membrane lateral organization or mechanism of membrane fusion. Furthermore, we revealed the mechanism of membrane activity of a small natural compound. As native cell membranes are very complex structures, we performed the experiments on simplified model lipid membranes that allow studying lipid-lipid or lipid-protein interactions at the molecular level in a controlled way. The first part of this thesis deals with the mode of action of a membrane active secondary metabolite didehydroroflamycoin (DDHR). We demonstrated that DDHR is a pore-forming agent and that this activity is influenced by the presence of cholesterol. Direct visualization of intrinsic fluorescence of DDHR revealed its preferential partitioning into membrane areas...

The complexity of cell membranes is far from being only a simple assembly of lipids and proteins separating cells from the surrounding environment. Each of the thousands of different membrane components performs its specific role in cellular functions, since a multitude of biological processes is mediated by membranes. The understanding of the molecular basis of these processes is one of the important aims of current biological research. Our research employing single- molecule fluorescence methods (e.g. FCS, FCCS, FLIM-FRET) has made a contribution to the knowledge of membrane lateral organization or mechanism of membrane fusion. Furthermore, we revealed the mechanism of membrane activity of a small natural compound. As native cell membranes are very complex structures, we performed the experiments on simplified model lipid membranes that allow studying lipid-lipid or lipid-protein interactions at the molecular level in a controlled way. The first part of this thesis deals with the mode of action of a membrane active secondary metabolite didehydroroflamycoin (DDHR). We demonstrated that DDHR is a pore-forming agent and that this activity is influenced by the presence of cholesterol. Direct visualization of intrinsic fluorescence of DDHR revealed its preferential partitioning into membrane areas...

No description available.

La nano-organisation de la membrane cellulaire est essentielle à la régulation de certaines fonctions cellulaires. Dans cette thèse, les récepteurs EGF, CPεT et de la transferrine ont été marqués avec des nanoparticules luminescentes et ont été suivis à la fois dans leur environnement local dans la membrane cellulaire vivantes pour de longues durées et sous un flux hydrodynamique. Nous avons alors appliqué des techniques d'inférence bayésienne, d’arbre de décision et de clustering de données extraire des informations quantitatives sur les paramètres caractéristiques du mouvement des récepteurs, notamment la forme de leur confinement dans des microdomaines. L’application d’une force hydrodynamique sur les nanoparticules nous a alors permis de sonder les interactions auxquelles ces récepteurs sont soumis. Nous avons appliqué cette approche in vitro pour favoriser et mesurer la dissociation in vitro de paires récepteur / ligand à haute affinité entre des récepteurs membranaires et leurs ligands pharmaceutiques, telles que HB-EGF et DTR et l’avons ensuite appliqué à l’étude d’interactions à la membrane cellulaire. Nous avons ainsi mis en évidence trois modes différents d'organisation de la membrane et de confinement des récepteurs: le confinement de CPεTR est déterminé par l'interaction entre les récepteurs et les constituants lipidiques / protéiques des microdomaines, le potentiel de confinement de l'EGFR résulte de l'interaction avec les lipides et les protéines de l’environnement du radeau et de l’interaction avec la F-actine; les récepteurs de la transferrine diffusent librement dans la membrane, uniquement limités stériquement par des barrières d’actine, selon le modèle ‘picket-and-fence’. Nous avons de plus montré que les nanodomaines de type radeau sont rattachés au cytoskelette d’actine. Ce travail présente donc à la fois un aperçu quantitatif du récepteur membranaire, des mécanismes d’organisation à l’échelle nanométrique, et établit un cadre méthodologique avec lequel différents types de propriétés membranaires peuvent être étudiés. / In this thesis, EGF, CPεT and transferrin receptors were labeled with luminescent nanoparticles, , and were tracked both in their local environment in the cell membrane and under a hydrodynamic flow. Bayesian inference, Bayesian decision tree, and data clustering techniques can then be applied to obtain quantitative information on the receptor motion parameters. Furthermore, we introduced hydrodynamic force application in vitro to study biomolecule dissociation between membrane receptors and their pharmaceutical ligands in high affinity receptor- ligand pairs, such as HB-EGF and DTR. Finally, three different modes of membrane organization and receptor confinement were revealed: the confinement of CPεTR is determined by the interaction between the receptors and the lipid/protein constituents of the raft; the confining potential of EGFR results from the interaction with lipids and proteins of the raft environment and from the interaction with F-actin; transferrin receptors diffuse freely in the membrane, only sterically limited by actin barriers, according to the “picket-and-fence” model. We moreover showed that all raft nanodomains are attached to the actin cytoskeleton.

Tesis por compendio / [EN] The present work examines the influence of the chemical structure of polymers on thermal, mechanical and dielectric behavior. The experimental techniques used for the purpose are differential scanning calorimetry, dynamo-mechanical analysis and dielectric spectroscopy. Additionally, in order to confirm the results obtained using the above methods, other techniques such as ray diffraction have also been employed. Chapters 1 and 2 contain the introduction and the objectives, respectively. Chapter 3 briefly describes the experimental techniques used. Chapter 4 contains the findings of the comparative analysis of the response to electrical noise fields for three poly(benzyl methacrylates) with different structures. The analysis was carried out under a wide range of frequencies and temperatures on three poly(benzyl methacrylates) containing two dimethoxy groups in positions 2,5-, 2,3- and 3,4-. The results show that the position of the dimethoxy groups on the aromatic ring has a significant effect on the molecular dynamics of poly(benzyl methacrylate). The spectra obtained were of high complexity and therefore, in order to perform a better analysis, numerical methods for time-frequency transformation including the use of parametric regularization techniques were used. We studied the effect of this structural change on the secondary relaxation processes and relaxation process , relating to the glass transition. We also analyzed the effect of the dimethoxy group position on the formation of nanodomains, in which the side chains are predominant, and on the conduction processes of the materials tested. In Chapter 5, the conductivity of rubbery liquids was studied by analyzing poly(2,3-dimethoxybenzyl methacrylate), which exhibits its own particular behavior. The chapter analyzes the principle of time-temperature superposition, employing different interrelated variables. Chapter 6 focuses on how the presence of crosslinking affects the molecular mobility of polymethacrylates containing aliphatic alcohol ether residues. In this case, the effect of crosslinking on the secondary and primary relaxation processes was analyzed. The creation of nanodomains in the side chains as a result of the presence of crosslinking was also studied. / [ES] En este trabajo se presenta un estudio de la influencia de la estructura química de los polímeros en su comportamiento térmico, mecánico y dieléctrico. Las técnicas experimentales empleadas para ello han sido la calorimetría diferencial de barrido, el análisis dinamo-mecánico y la espectroscopia dieléctrica. Adicionalmente, se han empleado otras técnicas como la difracción de rayos, con objeto de corroborar los resultados obtenidos por las primeras. En los Capítulos 1 y 2 se recoge la introducción y los objetivos, respectivamente. El Capítulo 3 presenta una breve descripción de las técnicas experimentales empleadas. En el Capítulo 4 se recogen los resultados obtenidos en el análisis comparativo de la respuesta a campos de perturbación eléctrica en un amplio rango de frecuencias y temperaturas para tres polimetacrilatos de bencilo con dos grupos dimetoxi en posiciones 2,5-, 2,3- y 3,4-. Los resultados obtenidos señalan el importante efecto de la posición de los grupos dimetoxi en el anillo aromático, sobre la dinámica molecular del polimetacrilato de bencilo. Los espectros obtenidos fueron muy complejos, por ello en orden a llevar a cabo un mejor análisis se emplearon métodos numéricos para la transformación tiempo-frecuencia que incluyeron el uso de técnicas de regularización paramétrica. Se ha estudiado el efecto que dicho cambio estructural ejerce tanto sobre los procesos de relajación secundaria como sobre el proceso de relajación α, relacionado con la transición vítrea. Así mismo, se ha analizado el efecto de la posición de los grupos dimetoxi en la formación de iii nanodominios en los que predominan las cadenas laterales, y su efecto en los procesos de conducción de los materiales analizados. En el Capítulo 5 se recoge el estudio de la conductividad de líquidos gomosos tomando como modelo el poli (metacrilato de 2,3-dimetoxibencilo), por su peculiar comportamiento. En este capítulo se ha realizado un análisis del principio de superposición tiempo-temperatura, empleando para ello diferentes variables relacionadas entre sí. En el Capítulo 6 se recoge el efecto de la presencia de entrecruzante en la movilidad molecular de polimetacrilatos que contienen residuos de éteres de alcoholes alifáticos. En este caso, se ha analizado el efecto de la presencia de entrecruzante tanto en los procesos de relajación secundarios, como en el proceso de relajación principal. También se llevó a cabo un análisis del efecto que la presencia de entrecruzante tiene sobre la creación de nanodominios gobernados por las cadenas laterales. / [CA] En aquest treball es presenta un estudi de la influència de l'estructura química dels polímers en el seu comportament tèrmic, mecànic i dielèctric. Les tècniques experimentals utilitzades han sigut la calorimetria diferencial de rastreig, l'anàlisi dinamo-mecànic i l'espectroscòpia dielèctrica. Addicionalment, s'han empleat altres tècniques com la difracció de rajos X a fi de corroborar els resultats obtinguts per les primeres. En els Capítols 1 i 2 s'arreplega la introducció i els objectius, respectivament. Al Capítol 3 es presenta una breu descripció de les tècniques experimentals emprades. En el Capítol 4 es recull els resultats obtinguts en l'anàlisi comparativa de la resposta a camps de pertorbació elèctrica en un ampli rang de freqüències i temperatures de tres polimetacrilats de benzil amb dos grups metoxi en posicions 2,5-, 2,3- i 3,4-. Els resultats obtinguts assenyalen l'important efecte de la posició dels grups metoxi en l'anell aromàtic, sobre la dinàmica molecular del polimetacrilat de benzil. Els espectres obtinguts van ser molt complexos, per aquesta raó per a dur a terme un millor anàlisi es van emprar mètodes numèrics per a la transformació temps-freqüència que van incloure l'ús de tècniques de regularització paramètrica. S'ha estudiat l'efecte que el dit canvi estructural exerceix tant sobre els processos de relaxació secundària com sobre el procés de relaxació , relacionat amb la transició vítria. Així mateix, s'ha analitzat l'efecte de la posició dels grups metoxi en la formació de nanodominis en els que predominen les cadenes laterals, i el seu efecte en els processos de conducció dels materials analitzats. En el Capítol 5 s'arreplega l'estudi de la conductivitat de líquids gomosos prenent com a model el poli-(metacrilat de 2,3-dimetoxibencilo), pel seu peculiar comportament. En aquest capítol s'ha realitzat un anàlisi del principi de superposició temps-temperatura, emprant per a això diferents variables relacionades entre sí. En el Capítol 6 s'arreplega l'efecte de la presència d'entrecreuat en la mobilitat molecular de polimetacrilats que contenen residus d'èters d'alcohols alifàtics. En aquest cas, s'ha analitzat l'efecte de la presència d'entrecreuat tant en els processos de relaxació secundaris, com en el procés de relaxació principal. També es va dur a terme un anàlisi de l'efecte que la presència d'entrecreuat químic té sobre la creació de nanodominis governats per les cadenes laterals. / Carsí Rosique, M. (2015). Molecular mobility. Structure-property relationship of polymeric materials [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59460 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales / Compendio