Mesoscopic models of lipid bilayers and bilayers with embedded ...

More documents

Recommendations

Info

$Learning LATEX by Doing$

130 Samenvatting model lipiden kunnen fasescheiden en bilagen vormen, en dat de vorming van de bilaag afhangt van één enkele parameter, n.l. de relatieve sterkte van de repulsie tussen hydrofiele en hydrofobe kralen. Het is experimenteel bekend, en ook uit thermodynamische overwegingen, dat vrij-zwevende, zelf-geassembleerde lipide bilagen in een spanningsloze toestand verkeren. Om zo’n toestand na te bootsen, introduceren we in Hoofdstuk 3 een snelle en efficiente simulatie techniek, gebaseerd op de Monte Carlo methode, om op de bilaag een bepaalde oppervlakte-spanning uit te oefenen, waarvan de nul-waarde een speciaal geval is. Door middel van deze simulatiemethode zijn we in staat om de kompressibiliteit van het oppervlak te bestuderen, en finite-size effekten als funktie van de opgelegde oppervlakte spanning. We vonden dat, voor spanningsloze of uitgerekte bilagen, de finite-size effekten erg klein zijn. Fase gedrag van lipide bilagen In Hoofdstuk 4 optimaliseren we het model door het bestuderen van de karakteristieken van de lipide architektuur, die nodig zijn om de strukturele en thermodynamiche eigenschappen van lipide bilagen te reproduceren. We vonden dat de stijfheid van de keten een belangrijke parameter is om de juiste dichtheidsverdeling en oppervlakte afhanke-lijkheid van de ketenlengte te reproduceren. We vinden dat voor lipiden met één enkele staart, de waarde van de interaktie parameter tussen de kopgroepen een sleutelrol speelt in het bepalen van de interne struktuur van een bilaag. Als gevolg van de kleine hydrofobe doorsnede van dit lipide model, resulteert een grote repulsie tussen de koppen in een geïnterdigiteerde bilaag. Deze interdigitatie verdwijnt als de waarde van deze parameter kleiner wordt. Geïnterdigiteerde fasen worden experimenteel geobserveerd voor phospholipiden in de gelfase. Ze treden niet spontaan op maar moeten geïnduceerd worden. Wij stellen voor dat het algemene mechanisme dat verantwoordelijk is voor het induceren van interdigitatie in een bilaag, een afname van de dichtheid van de lipide kopgroepen aan het grensvlak is. We onderzoeken deze hypothese in Hoofdstuk 5 waar we het fasendiagram van lipiden met een enkele staart bestuderen. We vinden een vloeibare en een gelfase voor deze lipiden, en in de gel fase vinden we een overgang van de geïnterdigiteerde naar de niet-geïnterdigiteerde toestand geïnduceerd door een afname in de kopgroeprepulsie. Dit suggereert dat het mogelijk is om een geïnterdigiteerde fase te induceren in bilagen van lipiden met één enkele staart door het toevoegen van chaotrope zouten, die geadsorbeerd worden aan het grensvlak en de hoeveelheid water aan het grensvlak doen toenemen. Vervolgens bestuderen we het fasendiagram van lipiden met een dubbele staart, en in het bijzonder van een lipide met vijf hydrofobe kralen in elke staart en drie hydrofiele kop-kralen, dat beschouwd kan worden als een grofkorrelige representatie van het DMPC phospholipide. Voor dit lipide model vinden we de fasen die experimenteel geobserveerd worden in phosphocholine bilagen. Deze fasen zijn a)
de lage temperatuur gel fase of Lβ ′, waarin de lipide staarten een tilt vertonen ten opzichte van de normaal op het vlak van de bilaag en een kleine diffusie coëfficient hebben, en b) de hoge temperatuur fase, of Lα, waarin the lipide staarten gedeeltelijk wanordelijk zijn, en de lipiden kunnen diffunderen in het vlak van de bilaag. Tussen deze twee fasen vinden we een smal gebied in temperatuur waarin een “gestreepte- fase” wordt geobserveerd, die lijkt op de “ribbel” of Pβ ′ fase van de fosfatidylcholine bilagen. Door de gereduceerde fase-overgangstemperatuur van het gesimuleerde systeem te mappen op de experimentele hoofd- ( Pβ ′ → Lα) en pre-overgangs- (Lβ ′ → Pβ ′) temperaturen voor DMPC bilagen, zijn we in staat om een kwantitatieve vergelijking te maken wat betreft de bilaag eigenschappen, zoals de oppervlakte per lipide of de dikte van de bilaag, met hun experimentele waarden. We vinden een uitstekende overeenkomst en dit geeft ons vertrouwen dat onze grofkorrelige benadering een goed model is voor realistische phospholipide systemen. Laterale druk in lipide bilagen Terwijl de oppervlakte spanning van een lipide bilaag, of monolaag, experimenteel gemeten kan worden, zijn er geen experimentele technieken om de lokale drukverdeling te meten. Simulaties kunnen dan een hulpmiddel zijn om de vorm van het drukprofiel in lipide bilagen te karakteriseren. De studie van het effekt van lokale herverdeling van laterale druk in bilagen, geinduceerd door plaatsafhankelijke veranderingen in de topologie van het lipide, kan van pas komen om enige belangrijke vragen op te lossen. Kunnen veranderingen in de laterale druk geinduceerd worden door veranderingen in de struktuur van het lipide, zoals verschillende gradaties van onverzadigdheid in de keten? Hoe hangen deze veranderingen af van de positie en aard van de verandering in de topologie van het lipide? Een gerelateerde en interessante vraag is of er een correlatie is tussen de lokale verdeling van het drukprofiel en de verdeling van kleine molekulen in de bilaag: waar adsorberen kleine opgeloste molekulen bij voorkeur in een lipide bilaag? En is de verdeling van opgeloste molekulen gecorreleerd met de vorm van de drukverdeling in de dubbellaag? Om deze vragen aan te pakken, beschrijven we in Hoofdstuk 4 de vorm van de laterale drukverdeling in lipide bilagen voor verschillende topologieën van het lipide. We laten zien dat de drukverdeling nauw samenhangt met de dichtheidverdeling, d.w.z. met de lokalisatie van de lipide segmenten in de bilaag, terwijl de drukverdeling minder gevoelig is voor de funktionele vorm en parameterisatie van de interaktie potentialen. Om deze observatie te ondersteunen, vergelijken we het drukprofiel in een bilaag van grofkorrelige twee-staartige lipiden met het druk profiel berekend uit atomistische Molekulaire Dynamica simulaties van een DPPC bilaag. We laten zien dat de vormen van de drukprofielen, berekend met de twee verschillende benaderingen, opmerkelijke overeenkomsten hebben. In Hoofdstuk 6 onderzoeken we de wisselwerking van kleine opgeloste molekulen, 131
Page 1:
Mesoscopic models of lipid bilayers
Page 4 and 5:
Promotiecommissie: Promotor: • pr
Page 6 and 7:
ii CONTENTS 5.3 Double-tail lipid b
Page 8 and 9:
2 Introduction 1.1 The cell membran
Page 10 and 11:
4 Introduction between the beads, a
Page 12 and 13:
6 Introduction whether the preferre
Page 14 and 15:
8 Simulation method for coarse-grai
Page 16 and 17:
10 Simulation method for coarse-gra
Page 18 and 19:
Page 20 and 21:
Page 22 and 23:
Page 24 and 25:
Page 27 and 28:
III Surface tension in lipid bilaye
Page 29 and 30:
3.2 Method of calculation of surfac
Page 31 and 32:
3.2 Method of calculation of surfac
Page 33 and 34:
3.3 Constant surface tension ensemb
Page 35 and 36:
3.3 Constant surface tension ensemb
Page 37 and 38:
3.4 Surface tension in lipid bilaye
Page 39 and 40:
Page 41 and 42:
Page 43 and 44:
IV Structural characterization of l
Page 45 and 46:
4.2 Structural quantities 39 been r
Page 47 and 48:
4.3 Computational details 41 lipid
Page 49 and 50:
4.4 Results and discussion 43 ρ(z)
Page 51 and 52:
4.4 Results and discussion 45 one l
Page 53 and 54:
4.4 Results and discussion 47 WH HT
Page 55 and 56:
4.4 Results and discussion 49 Shill
Page 57 and 58:
4.4 Results and discussion 51 chain
Page 59 and 60:
4.4 Results and discussion 53 4.4.4
Page 61:
4.4 Results and discussion 55 headg
Page 64 and 65:
58 Phase behavior of coarse-grained
Page 66 and 67:
Page 68 and 69:
Page 70 and 71:
Page 72 and 73:
Page 74 and 75:
Page 76 and 77:
Page 78 and 79:
Page 80 and 81:
Page 82 and 83:
Page 85 and 86: VI Interaction of small molecules w
Page 87 and 88: 6.2 Computational details 81 For re
Page 89 and 90: 6.3 Results and Discussion 83 withi
Page 91 and 92: 6.3 Results and Discussion 85 ρ(z)
Page 93 and 94: 6.3 Results and Discussion 87 ρ(z)
Page 95 and 96: 6.3 Results and Discussion 89 S m 0
Page 97 and 98: 6.3 Results and Discussion 91 π(z)
Page 99: 6.3 Results and Discussion 93 the l
Page 102 and 103: 96 Mesoscopic model for lipid bilay
Page 104 and 105: 98 Mesoscopic model for lipid bilay
Page 106 and 107: 100 Mesoscopic model for lipid bila
Page 125 and 126: References [1] Tanford, C. Science
Page 127 and 128: 7.4 Conclusion 121 [68] Ono, S.; Ko
Page 129 and 130: 7.4 Conclusion 123 [139] Lee, A. Bi
Page 131 and 132: Summary Biological membranes, as th
Page 133 and 134: agreement we find gives us confiden
Page 135: Samenvatting Biologische membranen,
Page 139: ied dat het dichtst bij het hydrofo
Page 143: This thesis is based on the followi
show all

Mesoscopic models of lipid bilayers and bilayers with embedded ...

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?