Simulating the transition between gel and liquid-crystal phases of lipid bilayers: Dependence of the transition temperature on the hydration level

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 6, Issue 8, 2010, Pages 2488-2500

  Horta, Bruno A C ^a   De Vries, Alex H ^b   Hünenberger, Philippe H ^a  

^a ETH ZURICH   (Switzerland)

^b UNIVERSITY OF GRONINGEN   (Netherlands)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 77955575187     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct100200w     Document Type: Article

References (92)

1. Seddon, J. M.; Cevc, G. Lipid polymorphism: Structure and stability of lyotropic mesophases of phospholipids. In Phospholipids Handbook; Cevc, G., Ed.; Marcel Dekker, Inc.: New York, 1993; pp 403-454.
2. Foubert, I.; Dewettinck, K.; Van de Walle, D.; Dijkstra, A. J.; Quinn, P. J. Physical Properties: Structural and Physical Characteristics. In The Lipid Handbook, 3rd ed.; Gunstone, F. D., Harwood, J. L., Dijkstra, A. J., Eds.; CRC Press, Div. of Taylor, Francis Group: Boca Raton, FL, 2007; pp 471-534.
3. Jensen, L. H.; Mabis, A. J. Acta Crystallogr. 1966, 21, 770-781.
4. Pascher, I.; Lundmark, M.; Nyholm, P.-G.; Sundell, S. Biochim. Biophys. Acta 1992, 1113, 339-373.
5. Pascher, I. Curr. Opin. Struct. Biol. 1996, 6, 439-448.
6. Larsson, K. Acta Crystallogr. 1966, 21, 267-272.
7. Goto, M.; Kozo, K. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1988, 61, 1434-1436.
8. Goto, M.; Takiguchi, T. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1985, 58, 1319-1320.
9. Larsson, K. Ark. Kemi 1964, 23, 35-56.
10. Dorset, D. L.; Pangborn, W. A.; Hancock, A. J.; van Soest, T. C. Z. Naturforsch. 1978, 33c, 50-55.
11. Nagle, J. F.; Tristram-Nagle, S. Biochim. Biophys. Acta 2000, 1469, 159-195.
12. Risselada, H. J.; Marrink, S. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 17367-17372.
13. Marrink, S. J.; Risselada, J.; Mark, A. E. Chem. Phys. Lipids 2005, 135, 223-244.
14. Brown, D. A.; London, E. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 1998, 14, 111-136.
15. Simons, K. Nature 1997, 387, 569-572.
16. Simons, K.; Toomre, D. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2000, 1, 31-40.
17. Herreros, J.; Ng, T.; Schiavo, G. Mol. Biol. Cell 2001, 12, 2947-2960.
18. Keilin, D. Proc. R. Soc. London, Sect. B 1959, 150, 149-191.
19. Clegg, J. S. Comp. Biochem. Physiol. 2001, 128B, 613-624.
20. Feovilova, E. P. Appl. Biochem. Microbiol. 2003, 39, 1-18.
21. Zhmakin, A. I. Physics-Uspekhi 2008, 51, 231-252.
22. Crowe, J. H.; Hoekstra, F. A.; Crowe, L. M. Annu. Rev. Physiol. 1992, 54, 579-599.
23. Guppy, M.; Withers, P. Biol. Rev. 1999, 74, 1-40.
24. Crowe, J. H.; Crowe, L. M.; Wolkers, W. F.; Oliver, A. E.; Ma, X.; Auh, J.-H.; Tang, M.; Zhu, S.; Norris, J.; Tablin, F. Integr. Comp. Biol. 2005, 45, 810-820.
25. Hengherr, S.; Heyer, A. G.; Koehler, H. FEBS J. 2008, 275, 281-288.
26. Crowe, L. M. Comp. Biochem. Physiol. 2002, 131A, 505-513.
27. Treanor, R. L.; Weiss, R. G. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 2170-2177.
28. Ariga, K; Nakanishi, T.; Kawanami, S.-I.; Kosaka, T.; Kikuchi J. Nanosci. Nanotechnol. 2006, 6, 1718-1730.
29. Horváth, R.; Fricsovszky, G.; Papp, E. Biosens. Bioelectron. 2003, 18, 415-428.
30. Liu, J.; Conboy, J. C. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 8894-8895.
31. Alaouie, A. M.; Smirnov, A. I. J. Magn. Reson. 2006, 182, 229-238.
32. Jähnig, F. Biophys. J. 1996, 71, 1348-1349.
33. Roux, B. Biophys. J. 1996, 71, 1346-1347.
34. Tieleman, D. P.; Berendsen, H. J. C. J. Chem. Phys. 1996, 105, 4871-4880.
35. Tieleman, D. P.; Marrink, S. J.; Berendsen, H. J. C. Biochim. Biophys. Acta 1997, 1331, 235-270.
36. Cantor, R. S. Biophys. J. 1999, 76, 2625-2639.
37. Feller, S. E.; Pastor, R. W. J. Chem. Phys. 1999, 111, 1281-1287.
38. Feller, S. E. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2000, 5, 217-223.
39. Chandrasekhar, I.; Bakowies, D.; Glättli, A.; Hünenberger, P. H.; Pereira, C.; van Gunsteren, W. F. Mol. Simul. 2005, 31, 543-548.
40. Heller, H.; Schaefer, M.; Schulten, K. J. Phys. Chem. 1993, 97, 8343-8360.
41. Essmann, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L. Langmuir 1995, 11, 4519-4531.
42. Venable, R. M.; Brooks, B. R.; Pastor, R. W. J. Chem. Phys. 2000, 112, 4822-4832.
43. Tobias, D. J.; Tu, K.; Klein, M. L. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 1997, 2, 15-26.
44. de Vries, A. H.; Yefimov, S.; Mark, A. E.; Marrink, S. J. Proc. Natl. Acad. Sci. 2005, 102, 5392-5396.
45. Marrink, S. J.; Tieleman, D. P. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12383-12391.
46. Fuhrmans, M.; Knecht, V.; Marrink, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9166-9167.
47. Leermakers, F. A. M.; Scheutjens, J. M. H. M. J. Chem. Phys. 1988, 89, 6912-6924.
48. Takaoka, Y.; Pasenkievicz-Gierula, M.; Miyagawa, H.; Kitamura, K.; Tamura, Y.; Kusumi, A. Biophys. J. 2000, 79, 3118-3138.
49. Debnath, A.; Ayappa, K. G.; Kumaran, V.; Maiti, P. K. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 10660-10668.
50. Reif, M. M.; Krutler, V.; Kastenholz, M. A.; Daura, X.; Hünenberger, P. H. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 3112-3128.
51. Anézo, C.; de Vries, A. H.; Höltje, H.-D.; Tieleman, D. P.; Marrink, S.-J. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 9424-9433.
52. Basìtuǧ, T. P.; Kuyucak, S. M. Chem. Phys. Lett. 2006, 425, 320-323.
53. Cordomi, A.; Edholm, O.; Perez, J. J. Comput. Chem. 2007, 28, 1017-1030.
54. Herce, D. H.; Garcia, A. E. J. Chem. Phys. 2006, 125, 224711/1-224711/13.
55. Klauda, J. B.; Brooks, B. R.; Pastor, R. W. J. Chem. Phys. 2006, 125, 144710/1-144710/8.
56. Patra, M.; Karttunen, M.; Hyvnen, M. T.; Falck, E.; Lindqvist, P.; Vattulainen, I. Biophys. J. 2003, 84, 3636-3645.
57. Patra, M.; Karttunen, M.; Hyvönen, M. T.; Falck, E.; Vattulainen, I. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4485-4494.
58. Tieleman, D. P.; Hess, B.; Sansom, M. S. P. Biophys. J. 2002, 83, 2393-2407.
59. de Vries, A. H.; Chandrasekhar, I.; van Gunsteren, W. F.; Hünenberger, P. H. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 11643-11652.
60. Krog, N.; Borup, A. P. J. Sci. Food. Agric. 1973, 24, 691-701.
61. Pezron, I.; Pezron, E.; Bergenstahl, B. A.; Claesson, P. M. J. Phys. Chem. 1990, 94, 8255-8261.
62. Pezron, I.; Pezron, E.; Claesson, P. M.; Bergenstahl, B. A. J. Colloid Interface Sci. 1991, 144, 449-457.
63. Morley, W. G.; Tiddy, G. J. T. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1993, 89, 2823-2831.
64. Cassin, G.; de Costa, C.; van Duynhoven, J. P. M.; Agterof, W. G. M. Langmuir 1998, 14, 5757-5763.
65. Chupin, V.; Boots, J.-W. P.; Killian, J. A.; Demel, R. A.; de Kruijff, B. Chem. Phys. Lipids 2001, 109, 15-28.
66. Sein, A.; Verheij, J. A.; Agterof, W. G. M. J. Colloid Interface Sci. 2002, 249, 412-422.
67. van Duynhoven, J. P. M.; Broekmann, I.; Sein, A.; van Kempen, G. M. P.; Goudappel, G.-J. W.; Veeman, W. S. J. Colloid Interface Sci. 2005, 285, 703-710.
68. Alberola, C.; Blümich, B.; Emeis, D.; Wittern, K.-P. Colloids Surf., A 2006, 290, 247-255.
69. Krog, N.; Larsson, K. Chem. Phys. Lipids 1968, 2, 129-143.
70. van Gunsteren, W. F.; Billeter, S. R.; Eising, A. A.; Hünenberger, P. H.; Krüger, P.; Mark, A. E.; Scott, W. R. P.; Tironi, I. G. Biomolecular Simulation: The GROMOS96 Manual and User Guide; Verlag der Fachvereine: Zürich, Switzerland, 1996.
71. Scott, W. R. P.; Hünenberger, P. H.; Tironi, I. G.; Mark, A. E.; Billeter, S. R.; Fennen, J.; Torda, A. E.; Huber, T.; Krüger, P.; van Gunsteren, W. F. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 3596-3607.
72. Oostenbrink, C.; Villa, A.; Mark, A. E.; van Gunsteren, W. F. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1656-1676.
73. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; Hermans, J. Interaction models for water in relation to protein hydration. In Intermolecular Forces; Pullman, B., Ed.; Reidel: Dordrecht, The Netherlands, 1981; pp 331-342.
74. Horta, B. A. C.; van Gunsteren, W. F.; Hünenberger, P. H. To be submitted to J. Chem. Theory Comput. 2010.
75. Hockney, R. W. Methods Comput. Phys. 1970, 9, 136-211.
76. Ryckaert, J.-P.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327-341.
77. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; Di Nola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684-3690.
78. Klauda, J. B.; Venable, R. M.; MacKerell, A. D., Jr.; Pastor, R. W. Curr. Top. Membr. 2008, 60, 1-48.
79. van Gunsteren, W. F.; Berendsen, H. J. C. Angew. Chem., Int. Ed. 1990, 29, 992-1023.
80. Barker, J. A.; Watts, R. O. Mol. Phys. 1973, 26, 789-792.
81. Tironi, I. G.; Sperb, R.; Smith, P. E.; van Gunsteren, W. F. J. Chem. Phys. 1995, 102, 5451-5459.
82. Heinz, T. N.; van Gunsteren, W. F.; Hünenberger, P. H. J. Chem. Phys. 2001, 115, 1125-1136.
83. Horta, B. A. C.; Perić-Hassler, L.; Hünenberger, P. H. J. Mol. Graph. Model. 2010, submitted.
84. Cornell, W. D.; Cieplak, P.; Bayly, C. I.; Gould, I. R.; Merz, K. M.; Ferguson, D. M.; Spellmeyer, D. C.; Fox, T.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5179-5197.
85. Berendsen, H. J. C. Simulating the Physical World; Cambridge University Press: Cambridge, U.K., 2007.
86. Essmann, U.; Berkowitz, M. L. Biophys. J. 1999, 76, 2081-2089.
87. Pereira, C. S.; Lins, R. D.; Chandrasekhar, I.; Freitas, L. C. G.; Hünenberger, P. H. Biophys. J. 2004, 86, 2273-2285.
88. Pereira, C. S.; Hünenberger, P. H. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 15572-15581.
89. Pereira, C. S.; Hünenberger, P. H. Biophys. J. 2008, 95, 3525-3534.
90. Pereira, C. S.; Hünenberger, P. H. Mol. Simul. 2008, 34, 403-420.
91. Vaz, W. L. C.; Clegg, R. M.; Hallmann, D. Biochemistry 1985, 24, 781-786.
92. Larsson, K. Chem. Phys. Lipids 1972, 10, 177-180