Conformation of the choline chain of phosphatidylcholines - A FTIR study of the symmetric C-N (CH₃)₃ stretching mode

Institute of Chemistry, PO Box 30, 61115 Ljubljana, Slovenia.

Abstract

Infrared spectra of phosphatidylcholines in various forms of aggregation (multilamellar films, liposomes, unilamellar vesicles, micelles) exhibit a composite band in the 931-904cm^-1 region which is ascribed to the C-N(CH₃)₃ stretching of the choline terminal. Mathematical resolution enhancements yields three components that can be associated with isomers concerning the rotation about the PO-CH₂ bond (α₄ torsion). The assignment of the components is based on single bands appearing in the spectra of the dry phosphatidylcholine-EuCl³ complex (931 cm^-1, antiplanar), two crystalline phosphatidylcholine hydrates (916 cm^-1, anticlinal) and Fringeli's crystalline C phase (904 cm^-1, synclinal). These assignments are supported by the published normal coordinate analysis of acetylcholine halides. Integrated absorptions of the resolved components permit the estimation of rotamer population. The effect of temperature variation on the latter is very small indicating that rotamers differ very little in energy. Hydration effects are more drastic. This demonstrates the general usefulness of the C-N(CH₃)₃ stretching bands for conformational studies of the choline chain of phosphatidylcholines.

Résumé

Les spectres infrarouge des phosphatidylcholines sous divers états d'agrégation (films multilamellaires, liposomes, vésicules unilamellaires, micelles) présentent une bande composite dans la région 931-904 cm^-1 qui est attribuée au mode d'élongation C-N(CH₃)₃ du groupement choline terminal. La déconvolution numérique de cette bande fait apparaître trois composantes qui sont associées aux isomères de rotation autour de la liaison PO-CH₂ (torsion α₄). L'attribution de chacune de ces composantes à un rotamère particulier est faite à partir de bandes spécifiques au complexe anydre phosphatidylcholines-EuCl₃ (931 cm^-1 antiplanaire), des deux hydrates cristallisés (916 cm^-1 anticlinal) et de la phase cristalline C de Fringeli (904 cm^-1 synclinal) ces attributions sont justifiées par les analyses de coordonnées normales des halogénures d'acétylcholine publiées antérieurement. La population des rotamère est estimée à partir des intensités intégrées des composantes résolues celles-ci sont très peu sensibles aux offets de température, ce qui indique que les rotamères ont des énergies voisines. L hydratation a des effets plus drastiques. Ces résultats démontrent l'intérêt du mode d'élongation C-N(CH₃)₃ pour l'étude conformationnelle de la chaîne choline dans les phosphatidylcholines.