Lipid Doppelschicht unter Spannung

Lipid Doppelschichten und darin enthaltene Proteine formen biologische Membranen. Normalerweise ist die Oberflächenspannung von Membranen klein oder verschwindend gänzlich, aber es könnte auch Situationen geben, in denen Membranen, zum Beispiel durch osmotische Druckunterschiede oder während Umbauprozessen wie Teilung oder Fusion von Zellen, unter deutlicher Spannung stehen. Bei Epithel Zellen, die zum Beispiel osmotischen Gradienten ausgesetzt sind, kann unter physiologischen Bedingungen erwartet werden, dass ein Spannungszustand ausgebildet wird [d1]. Deshalb ist es das Ziel dieser Arbeit den Effekt einer angelegten Spannung  auf die physikalischen Eigenschaften einer Modell-Doppelschicht zu studieren.

Mit Hilfe eines vergröberten ("Coarse-grained") Modells [d2] analysieren wir die Modell-Doppelschicht systematisch von Temperaturen, die einer Gel-Phase der Doppelschicht entspricht, bis zu Temperaturen, bei denen das System in einem flüssigen Zustand zu ist.

Der Fokus der Arbeit liegt auf Konformationsänderungen und Änderungen der mechanischen Eigenschaften der Doppelschichten unter dem Einfluss äußerer Spannung. In der Flüssigen Phase findet zum Beispiel mit zunehmender Spannung eine Verzahnung der Lipide statt. Dies wiederum beeinflusst nicht nur Größen wie der Dicke der Doppelschicht und der mittleren Fläche je Lipid, sonder auch deutlich das Spektrum der Fluktuationen. Beide, Fluktuationen der Höhe und der peristaltischen Moden der Doppelschichten, werden in Systemen unter Spannung unterdrückt. Diese Tatsache kann durch die Analyse der Fluktuationsspektren der Modell-Membranen quantitativ bestätigt werden.

b) Ältere Publikationen

c) Abgeschlossene Arbeiten

  1. J. Neder, Doktorarbeit: Coarse-grained simulations of membranes under tension and lipid-protein interactions (2011).

d) Referenzen

  1. G. Soveral, R.I. Macey, and T.F. Moura, Biology of the Cell 89, 275 (1997).
  2. O. Lenz, F. Schmid, J. Mol. Liq. 117, 147 (2005); Phys. Rev. Lett. 98, 058104 (2007).

e) Externe Links zu Programmen, Potentialen, etc.

f) Bücher

  1. J. Neder, Dissertation, Verlag Dr.-Hut (2011).