Ultrafast structural dynamics inside planar phospholipid multibilayer model cell membranes measured with 2D IR spectroscopy

Journal of the American Chemical Society

Volumn 135, Issue 30, 2013, Pages 11063-11074

  Kel, Oksana ^a   Tamimi, Amr ^a   Thielges, Megan C ^a,b   Fayer, Michael D ^a  

^a STANFORD UNIVERSITY   (United States)

^b INDIANA UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHOLESTEROL CONTENT; HYDRATING WATER MOLECULES; IR VIBRATIONAL ECHO SPECTROSCOPY; SPECTRAL DIFFUSION; STRUCTURAL CHANGE; TUNGSTEN HEXACARBONYL; ULTRA-FAST DYNAMICS; VIBRATIONAL DYNAMICS;

CELL MEMBRANES; CHOLESTEROL; CYTOLOGY; EXPERIMENTS; HYDRATION; INFRARED IMAGING; LIPID BILAYERS; MOLECULES; PARAFFINS; PHOSPHOLIPIDS; STRUCTURAL DYNAMICS;

DYNAMICS;

ALKANE; CHOLESTEROL; DILAUROYLPHOSPHATIDYLCHOLINE; ESTER; HEXADECANE; SUCCINIC ACID DERIVATIVE; TUNGSTEN; WATER;

ABSORPTION; ARTICLE; CELL MEMBRANE; CHEMICAL STRUCTURE; DIFFUSION; DYNAMICS; HYDRATION; INFRARED SPECTROSCOPY; LIPID BILAYER; LIQUID; MEMBRANE STRUCTURE; MOLECULE; STRETCHING; VIBRATION;

EID: 84881053434     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja403675x     Document Type: Article

References (91)

1. Janmey, P. A.; Kinnunen, P. K. J. Trends Cell Biol. 2006, 16, 538-546
2. Lee, A. G. Biochim. Biophys. Acta 2004, 1666, 62-87
3. Mcintosh, T. J.; Simon, S. A. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2006, 35, 177-198
4. Jensen, M. O.; Mouritsen, O. G. Biochim. Biophys. Acta, Biomembr. 2004, 1666, 205-226
5. Bienveniie, M.; Marie, J. S. Curr. Top. Membr. 1994, 40, 319-354
6. Membrane Structure, 3 rd ed.; Seelig, A.; Seelig, J., Eds.; Academic Press: New York, 2002.
7. Cullis, P. R.; Fenske, D. B.; Hope, M. J. In New Comprehensive Biochemistry; Vance, D. E.; Vance, J. E., Eds.; Elsevier Science: Amsterdam, 1996.
8. McIntosh, T. J. Curr. Top. Membr. 1999, 38, 23-47
9. Lecuyer, H.; Dervichian, D. G. J. Mol. Biol. 1969, 45, 39-57
10. El-Sayed, M. Y.; Guion, T. A.; Fayer, M. D. Biochemistry 1986, 25, 4825-4832
11. Ladbrook, B. D.; Williams, R. M.; Chapman, D. Biochim. Biophys. Acta 1968, 150, 333-340
12. Calhoun, W. I.; Shipley, G. G. Biochemistry 1979, 18, 1717-1722
13. Needham, D.; Nunn, R. S. Biophys. J. 1990, 58, 997-1009
14. Demchenko, A. P.; Mély, Y.; Duportail, G.; Klymchenko, A. S. Biophys. J. 2009, 96, 3461-3470
15. Saxton, M. J.; Jacobson, K. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 1997, 26, 373-399
16. Lee, M.-T.; Chen, F.-Y.; Huang, H. W. Biochemistry 2004, 43, 3590-3599
17. Hu, W.; Webb, L. J. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 1925-1930
18. Pius, J.; Morrow, M. R.; Booth, V. Biochemistry 2012, 51, 118-125
19. Yan, E. C. Y.; Eisenthal, K. B. Biophys. J. 2000, 79, 898-903
20. Hubner, W.; Blume, A. Chem. Phys. Lipids 1998, 96, 99-123
21. Chiang, Y. W.; Costa, A. J.; Freed, J. H. Appl. Magn. Reson. 2007, 31, 375-386
22. Borbat, P. P.; Costa-Filho, A. J.; Earle, K. A.; Moscicki, J. K.; Freed, J. H. Science 2001, 291, 266-269
23. Marsh, D. Biochim. Biophys. Acta, Biomembr. 2010, 1798, 688-699
24. Marsh, D.; Kurad, D.; Livshits, V. A. Magn. Reson. Chem. 2005, 43, S20-S25
25. Subczynski, W. K.; Widomska, J.; Feix, J. B. Free Radical Biol. Med. 2009, 46, 707-718
26. Filippov, A.; Orädd, G.; Lindblom, G. Biophys. J. 2008, 84, 3079-3086
27. Veatch, S. L.; Soubias, O.; Keller, S. L.; Gawrisch, K. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007, 104, 17650-17655
28. Kurze, V.; Steinbauer, B.; Huber, T.; Beyer, K. Biophys. J. 2008, 78, 2441-2451
29. Schreier-Muccillo, S.; Marsh, D.; Dugas, H.; Schneider, H.; Smith, I. C. P. Chem. Phys. Lipids 1973, 10, 11-27
30. Chiang, Y. W.; Costa, A. J.; Freed, J. H. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 11260-11270
31. Livshits, V. A.; Kurad, D.; Marsh, D. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 9403-9411
32. Subczynski, W. K.; Wisniewska, A.; Hyde, J. S.; Kusumi, A. Biophys. J. 2007, 92, 1573-1584
33. Smirnov, A. I.; Smirnov, T. I.; Morse, P. D. Biophys. J. 1995, 68, 2350-2360
34. Park, S.; Kwak, K.; Fayer, M. D. Laser Phys. Lett. 2007, 4, 704-718
35. Kumar, K. S. K.; Tamimi, A.; Fayer, M. D. J. Chem. Phys. 2012, 137, 184201
36. Moilanen, D. E.; Fenn, E. E.; Wong, D.; Fayer, M. D. J. Chem. Phys. B 2009, 131, 014704
37. Woys, A. M.; Lin, Y.-S.; Reddy, A. S. X., Wei; de Pablo, J. J.; Skinner, J. L.; Zanni, M. T. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 2832-2838
38. Manor, J.; Mukherjee, P.; Lin, Y.-S.; Leonov, H.; Skinner, J. L.; Zanni, M. T.; Arkin, I. T. Struct. Bonding (Berlin, Ger.) 2009, 17, 247-254
39. Remorino, A.; Korendovych, I. V.; Wu, Y.; DeGrado, W. F.; Hochstrasser, R. M. Science 2011, 332, 1206-1209
40. Remorino, A.; Hochstrasser, R. M. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 1896-1905
41. Volkov, V. V.; Chelli, R.; Muniz-Miranda, F.; Righini, R. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 5294-5303
42. Chieffo, L. R.; Shattuck, J. T.; Pinnick, E.; Amsden, J. J.; Hong, M. K.; Wang, F.; Erramilli, S.; Ziegler, L. D. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 12776-12782
43. Asbury, J. B.; Steinel, T.; Kwak, K.; Corcelli, S. A.; Lawrence, C. P.; Skinner, J. L.; Fayer, M. D. J. Chem. Phys. 2004, 121, 12431-12446
44. Asbury, J. B.; Steinel, T.; Stromberg, C.; Corcelli, S. A.; Lawrence, C. P.; Skinner, J. L.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 1107-1119
45. Fecko, C. J.; Loparo, J. J.; Roberts, S. T.; Tokmakoff, A. J. Chem. Phys. 2005, 122, 054506
46. Fecko, C. J.; Eaves, J. D.; Loparo, J. J.; Tokmakoff, A.; Geissler, P. L. Science 2003, 301, 1698-1702
47. Rector, K. D.; Jiang, J.; Berg, M.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 1081-1092
48. Ijäs, K.; Lönnfors, M.; Nyholm, T. K. M. Biochim. Biophys. Acta, Biomembr. 2013, 1828, 932-937
49. Wang, T.; Widanapathirana, L.; Zhao, Y.; Hong, M. Langmuir 2012, 28, 17071-17078
50. Vostrikov, V. V.; Hall, B. A.; Sansom, M. S. P.; Koeppe, R. E. J. Phys. Chem. B 2012, 116, 12980-12990
51. Mojumdar, S. S.; Ghosh, S.; Mondal, T.; Bhattacharyya, K. Langmuir 2012, 28, 10230-10237
52. Skar-Gislinge, N.; Simonsen, J. B.; Mortensen, K.; Feidenhans'l, R.; Sligar, S. G.; Moller, B. L.; Bjornholm, T.; Arleth, L. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 13713-13722
53. Bennun, S. V.; Faller, R.; Longo, M. L. Langmuir 2008, 24, 10371-10381
54. Yu, M.; Urban, M. W.; Sheng, Y. H.; Leszczynski, J. Langmuir 2008, 24, 10382-10389
55. Umakoshi, H.; Morimoto, K.; Ohama, Y.; Nagami, H.; Shimanouchi, T.; Kuboi, R. Langmuir 2008, 24, 4451-4455
56. Cady, S. D.; Hong, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008, 105, 1483-1488
57. Adams, D. R.; Toner, M.; Langer, R. Langmuir 2007, 23, 13013-13023
58. Bennun, S. V.; Longo, M. L.; Faller, R. Langmuir 2007, 23, 12465-12468
59. Rezler, E. M.; Khan, D. R.; Lauer-Fields, J.; Cudic, M.; Baronas-Lowell, D.; Fields, G. B. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4961-4972
60. Corvis, Y.; Barzyk, W.; Brezesinski, G.; Mrabet, N.; Badis, M.; Hecht, S.; Rogalska, E. Langmuir 2006, 22, 7701-7711
61. Phang, T. L.; McClellan, S. J.; Franses, E. I. Langmuir 2005, 21, 10140-10147
62. Zhao, W.; Moilanen, D. E.; Fenn, E. E.; Fayer, M. D. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13927-13937
63. Ghosh, A.; Smits, M.; Bredenbeck, J.; Muller, M.; Bonn, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9608-9609
64. Piatkowski, L.; de Heij, J.; Bakker, H. J. J. Phys. Chem. B 2013, 117, 1367-1377
65. Gruenbaum, S. M.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. C 2011, 135, 075101
66. Gruenbaum, S. M.; Pieniazek, P. A.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. C 2011, 135, 164506
67. Metzler, D. E. Biochemistry: The Chemical Reactions of Living Cells, 2 nd ed.; Harcourt/Academic Press: San Diego, 2001.
68. Nagle, J. F.; Tristram-Nagle, S. Biochim. Biophys. Acta, Rev. Biomembr. 2000, 1469, 159-195
69. Tristram-Nagle, S.; Nagle, J. F. Chem. Phys. Lipids 2004, 127, 3-14
70. Milhaud, J. Biochim. Biophys. Acta 2004, 1663, 19-51
71. Kwak, K.; Park, S.; Finkelstein, I. J.; Fayer, M. D. J. Chem. Phys. 2007, 127, 124503
72. Kwak, K.; Rosenfeld, D. E.; Fayer, M. D. J. Chem. Phys. 2008, 128, 204505
73. Tokmakoff, A.; Urdahl, R. S.; Zimdars, D.; Francis, R. S.; Kwok, S.; Fayer, M. D. J. Chem. Phys. 1995, 102, 3919-3931
74. Tokmakoff, A.; Sauter, B.; Fayer, M. D. J. Chem. Phys. 1994, 100, 9035-9043
75. Williams, R. B.; Loring, R. F.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 4068-4071
76. Merchant, K. A.; Noid, W. G.; Akiyama, R.; Finkelstein, I.; Goun, A.; McClain, B. L.; Loring, R. F.; Fayer, M. D. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 13804-13818
77. Bagchi, S.; Nebgen, B. T.; Loring, R. F.; Fayer, M. D. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 18367-18376
78. Petrache, H. I. Comp. Biophys. 2012, 5, 3-15
79. Petrache, H. I.; Tristram-Nagle, S.; Gawrisch, K.; Harries, D.; Parsegian, V. A.; Nagle, J. F. Biophys. J. 2004, 86, 1574-1586
80. Mashaghi, A.; Partovi-Azar, P.; Jadidi, T.; Nafari, N.; Maass, P.; Tabar, M. R. R.; Bonn, M.; Bakker, H. J. J. Chem. Phys. 2012, 136
81. Meirovitch, E.; Freed, J. H. J. Phys. Chem. 1980, 84, 3281-3295
82. White, S. H.; King, G. I. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1985, 82, 6532-6536
83. Gawrisch, K.; Gaede, H. C.; Mihaela, M.; White, S. H. Eur. Biophys. J. Biophys. Lett. 2007, 36, 281-291
84. Meister, K. N., J.; Schatzschneider, U.; Metzler-Nolte, N.; Schmidt, D. A.; Havenith, M. Angew. Chem. Int. Ed 2010, 49, 3310-3312
85. Voon Kong, K.; Lam, Z.; Goh, W. D.; Leong, W. K.; Olivo, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 9796-9799
86. Kumar, K. S. K.; Tamimi, A.; Fayer, M. D. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5118-5126
87. Kucerka, N.; Liu, Y.; Chu, N.; Petrache, H. I.; Tristram-Nagle, S.; Nagle, J. F. Biophys. J. 2005, 88, 2626-2637
88. Rapaport, H.; Kuzmenko, I.; Lafont, S.; Kjaer, K.; Howes, P. B.; Als-Nielsen, J.; Lahav, M.; Leiserowitz, L. Biophys. J. 2001, 81, 2729-2736
89. Simon, S. A.; McIntosh, T. J. Methods Enzymol. 1986, 127, 511-521
90. Simon, S. A.; Mcintosh, T. J.; Latorre, R. Science 1982, 216, 65-67
91. Mannock, D. A.; Lewis, R. N. A. H.; McMullen, T. P. W.; McElhaney, R. N. Chem. Phys. Lipids 2010, 163, 403-448