Interactions of cationic peptides with anionic lipid bilayers and monolayers - influence of peptide and lipid modifications on binding

Abstract

Um den komplexen Wirkmechanismus von antimikrobiellen Peptiden mit Bakterien aufzuklären, wurden vereinfachte Modellsysteme bestehend aus kurzen kationischen Peptiden und Lipidmembranen mit definierter Zusammensetzung untersucht. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, die Triebkräfte der Wechselwirkung von kurzen kationischen Modellpeptiden mit Lipiddoppelschichten und Lipidmonoschichten aufzuklären. Lipide in Wechselwirkung mit Peptiden zeigen eine komplexe Überlagerung von elektrostatischen und hydrophoben Wechselwirkung. Die geometrischen Verhältnisse zwischen den Peptiden und Lipiden, bestimmt durch die Sekundärstruktur und den Phasenzustand, spielen eine Rolle. Bei der Peptidstruktur sind folgende drei Parameter besonders entscheidend: die Hydrophobizität, der Ladungsabstand und die Ladungsverteilung. Die Lipidkomponente beeinflusst ebenfalls die Wechselwirkungen mit den Peptiden. Durch diese Arbeit ist ein besseres Verständnis von Funktion und Struktur antimikrobieller Peptide erhalten wurden.

To gain a deeper knowledge of the very complexinteraction of antimicrobial peptides with bacteria, simplified models consisting of short cationic peptides and bilayer membranes with distinct lipid composition were studied. The scope of this work is a systematic determination of the driving forces for the interaction of short cationic model peptides with lipid bilayers and monolayers. The lipid-peptide interaction is a subtle interplay of electrostatic and hydrophobic interactions.The geometry determined by the peptide sequence, its secondary structure, and the lipid headgroup distance plays a role. The peptide secondary structure is more important and the three different parameters of hydrophobicity, charge distance, and charge localization are the key elements determining the binding affinity. The lipid component also influences the interaction with the model peptides. With the help of this work, abetter understanding of the relationship between function and structure of antimicrobial peptidesis gained.