Campuran antara misel pembentukan asam amino berbasis surfaktan dan fosfolipid

a b s t r a t cPembentukan misel campuran dalam larutan air antara surfaktan gemini anionik yang berasal dariasam amino sistin (C8Cys) 2, dan fosfolipid 1,2-diheptanoyl-sn-glisero-3-fosfokolin (DHPC,suatu fosfolipid misel pembentuk) dan 1,2-dimyristoyl-sn-glisero-3-fosfokolin (DMPC, sebuah vesicleformingfosfolipid) telah dipelajari oleh konduktivitas dan hasilnya dibandingkan dengan yang diperolehuntuk sistem campuran dengan surfaktan rantai tunggal yang berasal dari sistein, C8Cys. Fosfolipid-surfaktaninteraksi yang ditemukan di alam sinergis dan tergantung pada jenis fosfolipiddan pada hidrofobisitas surfaktan. Teori solusi biasa digunakan untuk menganalisis gemini surfaktan-Campuran biner DHPC dan parameter interaksi, b12, telah dievaluasi, serta misel campurankomposisi. Hasil telah ditafsirkan dalam hal interaksi antara pengurangan elektrostatiktolakan antara kelompok kepala ionik surfaktan dan rintangan sterik yang timbul daripenggabungan fosfolipid zwitterionic dalam misel campuran.

1. PengantarSurfaktan dan fosfolipid adalah molekul amphiphilic yangterdiri dari rantai hidrokarbon hidrofobik dilampirkan ke hidrofilikKepala kelompok. Surfaktan merakit diri dalam air membentuksupramolekul agregat yang dikenal sebagai misel setelah karakteristikkonsentrasi, yang disebut konsentrasi misel kritis (cmc), adalahtercapai, sedangkan fosfolipid dapat membentuk misel, bilayers atau vesikel(Liposom), tergantung pada faktor-faktor seperti rantai hidrokarbonpanjang, fosfolipid konsentrasi dan temperatur [1-3].Fosfolipid dengan rantai hidrokarbon dari 6-8 atom karbon membentukmisel dalam larutan air, sementara fosfolipid dengan lamahidrokarbon rantai, yang merupakan komponen utama dari biologimembran, bentuk rakitan bilayer [2,3]. Lebih dari liposom airdibentuk, yang terdiri dari struktur tertutup bola bilayerdi mana rantai apolar hidrofobik saling berhadapan sementarakelompok kepala kutub berada dalam kontak dengan lingkungan berair.Fitur ini bertanggung jawab untuk compartimentation sel yangsangat penting untuk aktivitas biologis dari sel [1-3]. Oleh karena itu, vesikel-fosfolipid membentuk banyak digunakan sebagai model disederhanakansistem biomembranes.The solubilisasi air-larut senyawa, seperti lipid,dalam inti hidrofobik agregat misel mengarah ke breakdownstruktur bilayered dan pembentukan lipid-surfaktanmisel campuran [2,3]. Proses ini merupakan dasar dari aplikasi luas

surfaktan dalam isolasi dan pemurnian membranprotein [4-6], dalam ekstraksi DNA [7,8] kendaraan pengiriman obat dan sebagai[9-14], antara lain.Sebuah kelas baru surfaktan, terbuat dari dua rantai hidrofobik dandua kelompok kepala kutub dihubungkan oleh sebuah spacer di atau dekat kepalakelompok, telah menarik perhatian [15-19]. Ini socalledgemini atau surfaktan dimer menampilkan fitur unik ketikadibandingkan dengan rekan-rekan konvensional mereka monomer, yangtermasuk cmc rendah dan kemanjuran kuat dalam pengurangan tegangan permukaan.Sifat tersebut membuat mereka sangat cocok sebagai obatpengiriman agen dan sebagai alternatif suara ke vektor virus pada genTerapi [20-24].Surfaktan dimer yang structuraly resemblant ke membranfosfolipid dan surfaktan-fosfolipid sistem campuran dapatdigunakan untuk memodelkan interaksi surfaktan dengan membran sel,sebagai surfaktan dilaporkan untuk menginduksi hemolisis [3,25]. Studipada sifat dari sistem campuran terdiri dari geminisurfaktan dan fosfolipid langka dan kepedulian terutama kationiksurfaktan gemini [26-30]. Kelompok kami baru-baru ini disintesisa anionik surfaktan gemini baru berasal dari aminoAsam sistin (Gambar 1 (C8Cys) 2) dan ditandai perilaku dalammedia air [31,32]. Ini gemini surfaktan dan monomer nyacounterpart, berasal dari sistein asam amino (Gambar 1, C8Cys),milik kelas N-carbamoylamino surfaktan asam, jarangdijelaskan dalam literatur, di mana bagian karbamoil menghubungkanamina fungsi dari residu asam amino ke ekor hidrofobikmolekul. Asam amino berbasis surfaktan adalah kelas biodegradabledan biokompatibel surfaktan yang menjawab permintaanuntuk kedua surfaktan yang lebih baik dan ramah lingkungan [33-36].Banyak asam amino berbasis surfaktan dan khususnya N-asil amino.

2. Asam surfaktan, juga menunjukkan antimikroba, antijamur, dan antiviruskegiatan [37-40].Dalam tulisan ini kita mempelajari pembentukan misel campuran antara zwitterionicfosfolipid panjang rantai yang berbeda dan anionikgemini surfaktan (C8Cys) 2, dan membandingkan hasilnya dengan yanguntuk sistem yang sesuai berurusan dengan mitra monomer nya,single-rantai konvensional surfaktan C8Cys. The campuranmisel menyediakan sistem model untuk interaksi antarafosfolipid dan asam amino berbasis surfaktan milikN-karbamoil keluarga. Fosfolipid yang dipilih adalah 1,2-diheptanoyl-sn-glisero-3-fosfokolin (DHPC), larut dalam air,misel pembentuk fosfolipid dan 1,2-dimyristoyl-sn-glisero-3-fosfokolin (DMPC), air-larut, vesikel-membentukfosfolipid. Kimia struktur surfaktan dan fosfolipiddigunakan dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar. 1.The fosfolipid-amino sistem surfaktan asam campuran adalah

dibandingkan dengan campuran biner dari fosfolipid dengan ion lainnyasurfaktan, surfaktan amonium kuaterner yaitu, dan berbedaperilaku telah ditemukan dalam kasus-DHPC gemini surfaktancampuran.2. Bahan dan metode2.1. Bahan dan solusiThe DHPC fosfolipid dan DMPC diperoleh dari AvantiPolar Lipid sebagai bubuk lyophilized. Gemini surfaktan (C8Cys) 2dan single-chain C8Cys surfaktan disintesis dari kondensasiReaksi dari asam L-sistin amino dan L-sistein denganjumlah stoikiometri dari isosianat oktil, menurut literaturprosedur [31,32,41]. Kedua surfaktan yang direkristalisasidari campuran air / aseton dan sepenuhnya ditandai dengan konvensionalspektroskopi teknik (NMR dan FT-IR). Sintesisdan karakterisasi kedua surfaktan telah sepenuhnya dijelaskantempat lain [31].Campuran surfaktan-fosfolipid sistem disiapkan sesuaiuntuk metode sebelumnya dijelaskan dalam literatur [28-30]. Dikasus campuran biner dari surfaktan dengan DHPCberbagai fraksi yang diinginkan molar ditutupi dengan mencampur precalculatedjumlah solusi saham kedua komponen dalam airfase. Surfaktan murni dan murni larutan stok DHPC disiapkandengan akurat bobot kuantitas yang sesuai bahandan pengenceran dengan air deionisasi dengan volume akhir.Solusi saham berair dari surfaktan ditambah DMPC disiapkanpertama oleh bobot jumlah yang tepat dari surfaktandan kemudian menambahkan jumlah yang diinginkan DMPC. Semua solusi yangdiaduk selama sekitar 1 jam untuk memastikan solubilisasi lengkap fosfolipiddan solusi homogenisasi dan disimpan semalam dalam rangkauntuk mencapai keseimbangan. Pembentukan misel campuran kemudiandipelajari dengan menambahkan jumlah berturut-turut larutan stok untuk referensisolusi dalam bentuk titrasi.Komposisi dari setiap solusi yang dinyatakan dalam fraksi mol(AL) dari lipid yang bersangkutan, yang didefinisikan sebagaiaL ¼½ lipid?½ lipid? þ ½ surfaktan?ð1Þmana [lipid] dan [surfaktan] adalah konsentrasi molarfosfolipid dan surfaktan dalam larutan campuran, masing-masing.2.2. Pengukuran KonduktivitasConductances solusi dikumpulkan pada 25? C dan 1 kHz denganWayne-Kerr B905 otomatis presisi jembatan (WKR, Inggris)menggunakan konduktivitas Ingold 980-K19/120 tipe sel dengan platinumelektroda dan sel konstan 1.004 cm? 1. Sel itu dikalibrasimenggunakan standar Crison KCl solusi dari konsentrasi yang tepatjangkauan. Semua solusi disiapkan dengan double-distileddeionisasi air (Milli-Q sistem pemurnian air) menghasilkan nilaiselalu lebih rendah dari 1 ls cm? 1.

nilai cmc untuk setiap campuran surfaktan biner diperolehdari breakpoint pada konsentrasi konduktivitas dibandingkan surfaktanplot, sebagaimana dicontohkan pada Gambar. 2. Tingkat misel disosiasi,v, dapat diperkirakan dari rasio lereng di Pos dan yangpra-misel daerah konsentrasi konduktivitas dibandingkan surfaktanplot [42-44].nilai cmc diperoleh untuk surfaktan dimer murni (C8Cys) 2 danC8Cys surfaktan monomer adalah 8,22? 10 3 mol dm?? 3 dan3.43? 10 2 mol dm 3,? Masing.? The cmc dari DHPC ditentukanoleh tegangan permukaan adalah 1,45? 10 3 mol? Dm? 3, yang membandingkanbaik dengan nilai dilaporkan sebelumnya dari 1,4? 10 3 mol dm?? 3 dan1.6? 10 3 mol dm?? 3 [45,46]. Nilai cmc eksperimental untuk masing-masingsurfaktan biner campuran dengan DHPC ditunjukkan pada Gambar. 3, dimanagaris padat mewakili perilaku ideal yang diberikan oleh persamaan Clint[47]:1cmc? ¼a1cmc1þD1? a1Þcmc2ð2Þdi mana a1 adalah fraksi mol surfaktan 1 (dalam hal ini, lipidDHPC) dalam jumlah besar, cmc1 dan cmc2 adalah konsentrasi misel kritiskomponen murni 1 (DHPC) dan 2 (C8Cys atau (C8Cys) 2),masing-masing, dan cmc? adalah nilai di bawah pencampuran yang ideal.Pengobatan ini didasarkan pada model termodinamika pseudophase,yang juga memungkinkan fraksi molar micelar dari komponen 1 dinegara ideal, XID1, yang akan dievaluasi sesuai dengan Persamaan. (3), dengan asumsibiner yang ideal campuran.XID1 ¼a1cmc2a1cmc2 þ D1? a1Þcmc1

yang cmc dari surfaktan murni, sinergi menunjukkan dalam campuranmisel formasi, akibat dari interaksi yang menarik antarakomponen yang berbeda [28-30,48]. Sinergisme muncul daripengurangan tolakan elektrostatik antara kelompok kepalayang ion surfaktan karena kehadiran zwitterionicfosfolipid dalam misel campuran. Sebagai konsekuensi misel campuranmenjadi umumnya lebih dipisahkan dengan meningkatnya lipid molarfraksi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4. Namun, untuk lipid yang lebih tinggi molarfraksi, tolakan sterik dapat menang, karena volume besardari kelompok kepala zwitterionic dari fosfolipid, dan miseldisosiasi menjadi konstan atau sedikit menurun dengan fosfolipidkomposisi massal.

Eksperimental cmc nilai untuk DHPC-surfaktan sistemmenunjukkan deviasi negatif sedikit dari nilai yang diperkirakan olehmodel Clint, seperti dapat dilihat pada Gambar. 3. Penyimpangan sedikitlebih tinggi dalam kasus sistem surfaktan DHPC-gemini, di manarantai hidrokarbon tambahan gemini strenghtens yanghidrofobik lingkungan misel campuran, sehingga mendorongsinergisme lebih daripada rekan monomer nya.Sebuah perilaku yang sama telah diamati untuk campuran binerDHPC dan ion surfaktan dengan nilai cmc dekat dengancmc dari surfaktan asam amino yang diteliti, seperti dodecyltrimethylammoniumbromida (DTAB), decyltriphenylphosphoniumbromida (DeTPB) dan dimethylene-1 ,2-bis (dodecyldimethylammoniumbromida) (CH2-DDAB) 2), dengan nilai cmc dari 1,6?10 2 mol dm 3,? 1.1? 10 2 mol? Dm? 3 dan 1,1? 10 3 mol dm? 3,?masing [49,50]. Dengan demikian, sistem campuran terdiri dari DHPC dansingle-rantai surfaktan DTAB atau DeTPB menunjukkan nilai cmc bahwatergantung pada komposisi dalam cara yang sama seperti DHPC-C8Cys campuran,sementara DHPC-(C8Cys) 2 solusi campuran menyerupai solusi binerdari lipid dengan surfaktan gemini (CH2-DDAB) 2.Kecil cmc nilai untuk DHPC-surfaktan campuran dibandingkandiprediksi oleh model Clint menyarankan non-ideal perilaku pencampurankarena sinergi yang timbul dari interaksi yang menarik antaratidak seperti amphiphiles dalam misel campuran [28-30,48]. Nonidealityinteraksi surfaktan biasanya dianalisis dengan menerapkan rutinSolusi teori (RST) yang mencakup parameter interaksi,b12, untuk mengkarakterisasi interaksi antara surfaktan duaspesies dalam misel campuran [51,52]. Parameter ini berdimensiberkaitan dengan koefisien aktivitas, f, dari surfaktan dalammisel, menurut:

Sebuah account nilai negatif b12 untuk sinergisme di misel campuranpembentukan sementara nilai positif merupakan indikasi dari antagonisme. ItuInteraksi b12 parameter tidak dapat diperoleh untuk DHPC-surfaktan monomer sistem sebagai Persamaan. (6) tidak dapat diselesaikan untukseluruh jajaran fraksi molar dipelajari, yang bisa dihubungkandengan fakta bahwa C8Cys memiliki cmc jauh lebih tinggi daripada DHPC. Lainkasus telah dilaporkan dalam literatur [28,50] di mana nonconvergencedari Pers. (6) untuk campuran surfaktan biner adalah karenabesar perbedaan dalam nilai-nilai cmc dari dua surfaktan.Surfaktan gemini dan DHPC memiliki nilai cmc di milimolarjangkauan, sehingga dengan menerapkan Persamaan. (6) ke-surfaktan DHPC geminisistem, adalah mungkin untuk memperoleh fraksi molar DHPC dalamcampuran misel, xDHPC, bersama dengan parameter interaksi, b12,sebagai fungsi dari fraksi molar lipid dalam jumlah besar tersebut. Hasil yang diperolehtercantum pada Tabel 1.Komposisi misel di DHPC untuk campuran DHPC-gemini surfaktanmisel selalu lebih tinggi dari fraksi molar lipid dalammassal, seperti menjadi jelas dari Tabel 1. Hal ini diharapkankarena DHPC, menjadi kurang hidrofilik, memiliki cmc rendah dan akanistimewa partisi ke dalam misel. Perubahan dalam komposisidari misel campuran dengan fraksi molar lipid di geminisurfaktan-DHPC campuran biner diplot pada Gambar. 5, dari datapada Tabel 1. Nilai-nilai yang ideal ditentukan dari Persamaan. (3), menurutdengan model Clint, dan komposisi surfaktan dalam campuranmisel, xðC8CysÞ2, diperoleh dari nilai-nilai xDHPC pada Tabel 1(XDHPC + xðC8CysÞ2 = 1).Jumlah surfaktan gemini di misel campuran lebih ungguldengan nilai yang diharapkan untuk pencampuran yang ideal, XIDðC8Cy2Þ2, Untuk lipid kayakomposisi, seperti dapat dilihat pada Gambar. 5, seperti misel campuran menjadikaya dalam komponen ionik atas nilai ideal dengan pencampuranmeningkatkan fraksi lipid molar. Meningkatkan fraksi molar lipidberarti bahwa fosfolipid lebih menjadi tersedia untuk interkalasidalam misel campuran, mengurangi tolakan elektrostatik antarakelompok kepala ionik surfaktan lebih efektif, sehingga mempromosikanmicellization. The b12 nilai negatif adalah indikasi dari sinergismedalam pembentukan misel campuran [28-30,51,52], dan lebihnegatif untuk fraksi lipid yang lebih tinggi molar. Seperti yang diharapkan, derajatdari ion lawan disosiasi, v, untuk misel campuran, meningkat denganlipid molar fraksi dalam jumlah besar, karena pengurangan elektrostatiktolakan antara kelompok kepala surfaktan ionik, sepertimisel campuran menjadi kaya dalam fosfolipid zwitterionic.

Variasi serupa di b12 dengan komposisi telah dilaporkan untukion-nonionik sistem misel campuran [49,50,53-59] dan itu adalahdiketahui bahwa dibebankan permukaan interaksi misel dengan media,ion lawan yang mengikat, intermicellar interaksi dan interaksi sterikkarena kemasan kendala struktural berbeda m

3.2. Surfaktan-DMPC campuran sistemNormalisasi cmc (cmc/cmc0, di mana cmc0 adalah misel kritiskonsentrasi surfaktan murni) untuk DMPC-surfaktan campurandipelajari, diplot pada Gambar. 6. Surfaktan DMPC-geminisistem membentuk gel translucid pada komposisi fosfolipidunggul 0,6, sementara fenomena yang sama diamati untukDMPC-monomer surfaktan campuran di aDMPC> 0,4.Untuk fraksi molar dipelajari, penambahan jumlah kecillipid menyebabkan penurunan yang signifikan dari cmc, yang tetapmendekati konstan atau sedikit meningkat dengan peningkatan lebih lanjutdi aDMPC. Penggabungan dari DMPC yang sangat hidrofobik dalamfase misel dari surfaktan anionik muncul untuk menstabilkankarena pengurangan tolakan kelompok kepala ionik ionik miselsetelah interkalasi dari lipid dalam misel campuran, sehingga menurunkancmc tersebut. Peningkatan lebih lanjut dalam jumlah DMPC mengarah kepeningkatan tolakan sterik karena volume besar zwitterionicfosfolipid kepala kelompok. Tolakan sterik menjadi dominanatas pengurangan tolakan ion antara surfaktankepala kelompok, untuk komposisi fosfolipid yang lebih tinggi, dan DMPCtidak memberikan kontribusi bagi stabilitas misel campuran lagi,nilai-nilai sehingga cmc baik tetap konstan atau sedikit meningkat. Ini fenomenatercermin dalam tingkat misel disosiasi, v, yangawalnya meningkat dan kemudian tetap mendekati konstan atausedikit menurun dengan peningkatan fraksi molar lipid dalam jumlah besar tersebut.Penurunan cmc dengan penambahan DMPC kurang diucapkanuntuk DMPC-gemini campuran surfaktan bila dibandingkandengan sistem koresponden DMPC-monomer surfaktan. Inipenurunan sinergi untuk surfaktan gemini relatif terhadap monomer nyarekan, efek sebaliknya diamati untuk DHPC-surfaktansistem, dapat dijelaskan atas dasar rintangan sterik[27-29,39,60] dihasilkan dari kelompok kepala dimer ionikyang gemini bersama dengan kemasan kendala geometri dengan lamatwin tail (C14) dari DMPC, dibandingkan dengan yang DHPC (C7).Efek yang sama telah diamati untuk solusi campuran dari fosfolipiddengan surfaktan amonium kuaterner, termasukgemini (CH2-DDAB) 2 dan rekan monomer nya, DTAB

[28,29,49,50]. Sebuah perilaku yang sama juga ditemukan dalam literatur[30] untuk campuran dari vesikel-membentuk lipid La-dilauroylphosphatidylethanolaminedengan surfaktan gemini ionik dan merekasesuai monomer rekan-rekan, sebuah fakta yang telah dikaitkanperubahan dengan komposisi dalam kemasan komponendan misel hidrasi di wilayah kelompok kepala.

4. KesimpulanCampuran misel pembentukan diamati untuk zwitterionicfosfolipid DHPC dan DMPC dengan surfaktan anionik gemini(C8Cys) 2 dan dengan C8Cys mitra monomer nya, milikkelas N-carbamoylamino surfaktan asam. The cmc darisolusi campuran, serta counterion mengikat misel, adalahditemukan tergantung pada komposisi lipid massal, dengancmc selalu kalah dengan cmc surfaktan murni atas nilaimol berbagai fraksi seluruh dipelajari, sinergi menunjukkan dalam campuranmisel formasi. Asal usul sinergis dari kedua fosfolipiddengan surfaktan asam amino menunjukkan mekanisme yang identikberdasarkan pengurangan tolakan elektrostatik antara ionKepala kelompok surfaktan karena interkalasi dari zwitterioniclipid dalam misel campuran, seperti yang telah dijelaskan untukcampuran surfaktan kationik dan fosfolipid [28-30,49,50].Interaksi ini tergantung pada jenis fosfolipiddan pada hidrofobisitas surfaktan dan bervariasi dengan lipidkomposisi massal, sebagai akibat dari interaksi antara elektrostatikkekuatan dan kendala kemasan dalam pembentukancampuran misel. Telah ditemukan bahwa peningkatan hidrofobisitas yangdari surfaktan anionik, dari C8Cys rantai tunggal ke gemini(C8Cys) 2, menyebabkan penurunan sinergisme dalam sistem campuran DMPC,sedangkan efek sebaliknya diamati untuk misel campuran DHPC, faktayang dapat dikaitkan dengan kendala geometri kemasan denganlagi kembar ekor DMPC (C14) dibandingkan dengan yang DHPC(C7). Hasil yang sama diperoleh untuk campuran surfaktan ionik lainnyadengan fosfolipid, termasuk solusi biner DHPC atauDMPC dengan kationik Geminis dimethylene-1 ,2-bis (alkyldimethylammoniumbromida) dan single-chain yang sesuai surfaktan[28-30,49,50].Solusi Teori Reguler [51,52] telah diterapkan dalam analisisnon-ideal perilaku dalam campuran biner asam amino dan DHPCsurfaktan, dan parameter interaksi, b12, telah dievaluasi,

serta komposisi misel campuran, untuk campuran DHPC dangemini surfaktan (C8Cys) 2, tetapi tidak dapat ditentukan untuk lipidcampuran dengan C8Cys monomer mitranya, karena besarperbedaan nilai cmc antara kedua dan DHPC. UntukDHPC-(C8Cys) 2 sistem campuran, negatif b12 nilai yang diperolehuntuk rentang seluruh komposisi dipelajari, sesuai dengan sinergidalam pembentukan misel campuran, kontras dengan sedikit positifnilai b12 diperoleh untuk campuran DHPC dengan gemini kationiksurfaktan (CH2-DeDAB) 2 [50]. Sebagai sinergi biasanya dipromosikan olehpeningkatan panjang rantai alkil, terkait dengan peningkatanhidrofobisitas, perilaku yang berbeda antara amino anionikasam berbasis gemini surfaktan dan gemini kationik, yangmemiliki cmc sangat mirip, telah dikaitkan dengan listrik menentangtuduhan kelompok kepala ionik. Muatan positif dinitrogen kuaterner dari gemini kationik lebih terlindung darimuatan negatif oksigen dalam gugus karboksilat dariresidu asam amino dari surfaktan gemini anionik, yang terkena,mengarah ke anionik / nonionik interaksi kuat dari kationik /nonionik yang. Fenomena ini juga telah dijelaskan dalamliteratur untuk campuran biner DHPC dengan ion konvensionalsurfaktan dari panjang rantai yang sama, tetapi kelompok kepala