Cholesterol effect on water permeability through DPPC and PSM lipid bilayers: A molecular dynamics study

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 115, Issue 51, 2011, Pages 15241-15250

  Saito, Hiroaki ^a,c   Shinoda, Wataru ^b,c  

^a KANAZAWA UNIVERSITY   (Japan)

^b NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY AIST   (Japan)

^c JAPAN SCIENCE AND TECHNOLOGY AGENCY   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHOLESTEROL; DYNAMICS; ENERGY BARRIERS; FREE ENERGY; HYDROPHOBICITY; MEMBRANES; MOLECULAR DYNAMICS;

BI-LAYER; BILAYER MEMBRANES; CAVITY DENSITY; CHOLESTEROL CONTENT; CROSS SECTIONAL AREA; DIPALMITOYL PHOSPHATIDYLCHOLINE; HYDROPHOBIC MEMBRANE; HYDROPHOBIC REGIONS; LIPID CHAINS; LIPID MEMBRANES; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; MOLECULAR MECHANISM; MULTICOMPONENTS; ORDER PARAMETER; WATER LEAKAGE; WATER PERMEABILITY; WATER PERMEATION;

LIPID BILAYERS;

EID: 84255160660     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp201611p     Document Type: Article

References (109)

1. Mouritsen, O. G. Life-As a Matter of Fat: The Emerging Science of Lipidomics; Springer-Verlag: Berlin, 2004.
2. Ohve-Rekilä, H.; Ramstedt, B.; Leppimäki, P.; Slotte, J. P. Prog. Lipid Res. 2002, 41, 66
3. Vist, M. R.; Davis, J. H. Biochemistry 1990, 29, 451
4. Yeagle, P. L. Biochim. Biophys. Acta 1985, 822, 267
5. Stockton, B. W.; Smith, I. C. P. Chem. Phys. Lipids 1976, 17, 251
6. Hung, W.-C.; Lee, M.-T.; Chen, F.-Y.; Huang., H. W. Biophys. J. 2007, 97, 3960
7. Pan, J.; Mills, T.; Nagle, S. T.; Nagle, J. F. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 198103
8. Mills, T. T.; Toombes, G. E. S.; Nagle, S. T.; Smilgies, D-.M.; Feigenson, G. W.; Nagle, J. F. Biophys. J. 2008, 95, 669
9. Lund-Katz, S.; Laboda, H. M.; McLean, L. R.; Philips, M. C. Biochemistry 1988, 27, 3416
10. Smaby, J. M.; Brockman, H. L.; Brown, R. E. Biochemistry 1994, 33, 9135
11. McIntosh, T. J. In Current topics in membranes; Deamer, D. W., Ed.; Academic Publishers: London, 1999; pp 23-47.
12. Finkelstein, A.; Cass, A. Nature (London) 1967, 216, 77
13. Finkelstein, A.; Cass, A. J. Gen. Physiol 1968, 52, 145
14. Finkelstein, A. J. Gen. Physiol 1976, 68, 127
15. Lande, M. B.; Donovan, J. M.; Zeidel, M. L. J. Gen. Physiol. 1995, 106, 67
16. Mathai, J. C.; Tristram-Nagle, S.; Nagle, J. F.; Zeidel, M. L. J. Gen. Physiol. 2008, 131, 69
17. Gensure, R. H.; Zeidel, M. L.; Hill, W. G. Biochem. J. 2006, 398, 485
18. Ramstedt, B.; Slotte, J. P. FEBS Lett. 2002, 531, 33
19. Brown, D. A.; London, E. J. Biol. Chem. 2000, 275, 17221
20. Simons, K.; Toomre, D. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2000, 1, 31
21. Schroeder, R.; London, E.; Brown, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 12130
22. Simons, K.; Ikonen, E. Science 2000, 290, 1721
23. Needham, D; Nunn, R. S. Biophys. J. 1990, 58, 997
24. Li, X. M.; Momsen, M. M.; Smaby, J. M.; Brockman, H. L.; Brown, R. E. Biochemistry 2001, 40, 5954
25. Kan, C.-C.; Ruan, Z.-s.; Bittman, R. Biochemistry 1991, 30, 7759
26. Snyder, B.; Freire, E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1980, 77, 4055
27. Hill, W. G.; Almasri, E.; Ruiz, W. G.; Apodaca., G.; Zeidel, M. L. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2005, 289, 33
28. Robinson, A. J.; Richards, W. G.; Thomas, P. J.; Hann, M. M. Biophys. J. 1995, 68, 164
29. Tu, K.; Klein, M. L.; Tobias, D. J. Biophys. J. 1998, 75, 2147
30. Smondyrev, A. M.; Berkowitz, M. L. Biophys. J. 1999, 77, 2075
31. Smondyrev, A. M.; Berkowitz, M. L. Biophys. J. 2000, 78, 1672
32. Smondyrev, A. M.; Berkowitz, M. L. Biophys. J. 2001, 80, 1649
33. Pasenkiewicz-Gierula, M.; Róg, T.; Kitamura, K.; Kusumi, A. Biophys. J. 2000, 78, 1376
34. Róg, T.; Pasenkiewicz-Gierula, M. Biophys. J. 2001, 81, 2190
35. Róg, T.; Pasenkiewicz-Gierula, M. Biophys. J. 2003, 84, 1818
36. Róg, T.; Pasenkiewicz-Gierula, M. Biochimie 2006, 88, 449
37. Chiu, S. W.; Jakobsson, E.; Scott, H. L. J. Chem. Phys. 2001, 114, 5435
38. Chiu, S. W.; Jakobsson, E.; Mashl, R. J.; Scott, H. L. Biophys. J. 2002, 83, 1842
39. Hofsäβ, C.; Lindahl, E.; Edholm, O. Biophys. J. 2003, 84, 2192
40. Jedlovszky, P.; Mezei, M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5311
41. Jedlovszky, P.; Mezei, M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5322
42. Jedlovszky, P.; Mezei, M. J. Phys. Chem. B 2003, 108, 465
43. Jedlovszky, P.; Mezei, M. J. Phys. Chem. B 2004, 107, 5311
44. Jedlovszky, P.; Mezei, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 16490
45. Flack, E; Patra, M.; Karttunen, M.; Hyvönen, M. T.; Vattulainen, I. Biophys. J. 2004, 87, 1076
46. Flack, E; Patra, M.; Karttunen, M.; Hyvönen, M. T.; Vattulainen, I. J. Chem. Phys. 2004, 121, 12676
47. Carrillo-Tripp, M.; Feller, S. E. Biochemistry 2005, 44, 10164
48. Czub, J.; Baginski, M. Biophys. J. 2006, 90, 2368
49. Hénin, J.; Chipot, C. Chem. Phys. Lett. 2006, 425, 329
50. Zhu, Q.; Cheng, K. H.; Vaughn, M. W. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 11021
51. Cournia, Z.; Ullmann, G. M.; Smith, J. C. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 1786
52. Ollila, O. H. S.; Róg, T.; Karttunen, M.; Vattulainen, I. J. Struct. Biol. 2007, 159, 311
53. Róg, T.; Pasenkiewicz-Gierula, M.; Vattulainen, I.; Karttunen, M. Biochim. Biophys. Acta 2009, 1788, 97
54. Niemelä, P. S.; Hyvönen, M. T.; Vattulainen, I. Biochim. Biophys. Acta 2009, 1788, 122
55. Dai., J.; Alwarawrah, M.; Huang, J. J. Chem. Phys. B 2010, 114, 840
56. Shi, Q.; Voth, G. A. Biophys. J. 2005, 89, 2385
57. Shi, Q.; Voth, G. A. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 637
58. Lu, L.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 1501
59. Venturoli, M.; Sperotto, M. M.; Kranenburg, M.; Smit, B. Phys. Rep. 2006, 437, 1
60. Meyer, F. d.; Smit, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 3654
61. Marrink, S. J.; Risselada, H. J.; Yefimov, S.; Tieleman, D. P.; Vries, A. H. d. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 7812
62. Risselada, H. J.; Marrink, S. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 17367
63. Bennett, F. D.; MacCallum, J. L.; Hinner, M. J.; Marrink, S. J.; Tieleman, D. P.
64. Apajalahti, T.; Niemela, P.; Govindan, P. N.; Miettinen, M. S.; Salonen, E.; Marrink, S. J.; Vattulainen, I. Faraday Discuss. 2010, 144, 411
65. Chiu, S. W.; Vasudevan, S.; Jakobsson, E.; Mashl, R. J.; Scott, H. L. Biophys. J. 2003, 85, 3624
66. Mombelli, E.; Morris, R.; Taylor, W.; Fraternali, F. Biophys. J. 2003, 84, 1507
67. Tóg, T.; Pasenkiewicz-Gierula, M. Biophys. J. 2003, 84, 1818
68. Tóg, T.; Pasenkiewicz-Gierula, M. Biophys. J. 2006, 91, 3756
69. Hyvönen, M. T.; Kovanen, P. T. J. Chem. Phys. 2003, 107, 9102
70. Pandit, S. A.; Vasudevan, S.; Chiu, S. W.; Mashl, R. J.; Jakobsson, E.; Scott, H. L. Biophys. J. 2004, 87, 1092
71. Pandit, S. A.; Jakobsson, E.; Scott, H. L. Biophys. J. 2004, 87, 3312
72. Khelashvili, G.; Scott, H. L. J. Chem. Phys. 2004, 120, 9841
73. Niemelä, P. S.; Hyvönen, M. T.; Karttunen, M.; Vattulainen, I. Biophys. J. 2004, 87, 2976
74. Kupiainen, M.; Falck, E.; Ollila, S.; Niemelä, P; Gurtovenko, A. A.; Hyvnöen, M. T.; Patra, M.; Karttunen, M.; Vattulainen, I. J. Comput. Theor. Nanosci. 2005, 2, 401
75. Niemelä, P. S.; Ollila, S.; Hyvönen, M. T.; Karttunen, M.; Vattulainen, I. PLoS. Comput. Biol. 2007, 3, 0304
76. Niemelä, P. S.; Hyvönen, M. T.; Karttunen, M.; Vattulainen, I. Biophys. J. 2007, 90, 851
77. Aittoniemi, J.; Niemelä, P. S.; Hyvönen, M. T.; Karttunen, M.; Vattulainen, I. Biophys. J. 2007, 92, 1125
78. Bhide, S. Y.; Zhang, Z.; Berkowitz, M. L. J. Phys. Chem. B 2007, 92, 1284
79. Zhang, Z.; Bhide, S. Y.; Berkowitz, M. L. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 12888
80. Zhang, Z.; Lu, L.; Berkowitz, M. L. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 3807
81. Zidar, J.; Merzel, F.; Hodoscek, M.; Rebolj, K.; Sepcić, K.; Macek, P.; Janezic, D. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 15795
82. Shinoda, W.; Mikami, M.; Baba, T.; Hato, M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 9346
83. http://moose.bio.ucalgary.ca/.
84. Tieleman, D. P.; Berendsen, H. J. C. J. Chem. Phys. 1996, 105, 4871
85. Berger, O.; Edholm, O.; Jahnig, F. Biophys. J. 1997, 72, 2002
86. Höltje, M.; Förster, T.; Brandt, B.; Engels, T.; Rybinski, W. v.; Höltje, H. -D. Biophys. J. 2001, 1511, 156
87. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; Hermans, J. In Intermolecular Forces; Pullman, B., Ed.; Reidel: Dordrecht, The Netherlands, 1981; p 331.
88. Nosé, S.; Klein, M. L. Mol. Phys. 1984, 52, 255
89. Hoover, W. G. Phys. Rev. A 1985, 31, 1695
90. Parrinello, M.; Rahman, A. J. Appl. Phys. 1981, 52, 7182
91. Essmann, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577
92. Hess, B.; Bekker, H.; Berendsen, H. J. C.; Fraaije, J. G. E. M. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1463
93. Miyamoto, S.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 952
94. Kucerka, N; Nagle, J. F.; Sachs, J. N.; Feller, S. E.; Pencer, J.; Jackson, A.; Katsaras, J. Biophys. J. 2008, 95, 2356
95. Maulik, P. R.; Shipley, G. G. Biochemistry 1996, 35, 8025
96. Lindahl, E.; Hess, B.; Spoel, D. J. Mol. Model. 2001, 7, 306
97. Marrink, S.-J.; Berensen, H. J. C. J. Phys. Chem. 1994, 98, 4155
98. Shinoda, K.; Shinoda, W.; Mikami, M. J. Comput. Chem. 2008, 29, 1912
99. Saito, H.; Shinoda, W.; Mikami, M. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 11305
100. Bemporad, D.; Essex, J. W.; Luttmann, C. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4875
101. Filippov, A.; Orädd, G.; Lindblom, G. Biophys. J. 2003, 84, 3079
102. Permeability and Stability of Lipid Bilayers; Disalvo, E. A.; Simon, S. A., Eds.; CRC Press: Boca Raton, FL, 1995.
103. Jansen, M.; Blume, A. Biophys. J. 1995, 68, 997
104. Bacic, G.; Srejic, R.; Ratkovic, S. Stud. Biophys. 1990, 138, 95
105. Lawaczeck, R. J. Membr. Biol. 1979, 51, 229
106. Carruthers, A.; Melchior, D. L. Biochemistry 1983, 22, 5797
107. Paula, S.; Volkov, A. G.; van Hoek, A. N.; Haines, T. H.; Deamer, D. W. Biophys. J. 1996, 70, 339
108. Negrete, H. O.; Rivers, R. L.; Gough, A. H.; Colombini, M.; Zeidel, M. L. J. Biol. Chem. 1996, 271, 11627
109. Xu, X.; London, E. Biochemistry 2000, 39, 843