Counterion release in membrane-biopolymer interactions

Soft Matter

Volumn 9, Issue 39, 2013, Pages 9268-9284

  Harries, Daniel ^a   May, Sylvio ^b   Ben Shaul, Avinoam ^a  

^a HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM   (Israel)

^b NORTH DAKOTA STATE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ELECTROSTATIC ATTRACTIONS; LIPID DISTRIBUTIONS; MEMBRANE COMPOSITION; PERIPHERAL PROTEINS; POISSON-BOLTZMANN THEORY; SELF-ASSEMBLED FLUIDS; THEORETICAL MODELING; TRANSLATIONAL ENTROPIES;

COMPUTER SIMULATION; CYTOLOGY; DNA; ELASTICITY; ELECTROOPTICAL EFFECTS; ELECTROSTATICS; IONS; LIPID BILAYERS; LIPIDS; MACROMOLECULES; MECHANICS; PROTEINS;

MEMBRANES;

EID: 84884386546     PISSN: 1744683X     EISSN: 17446848     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c3sm51419f     Document Type: Review

References (159)

1. D. F. Evans and H. Wennerström, The Colloidal Domain: Where Physics, Chemistry, Biology, and Technology Meet, VCH publishers, 2nd edn, 1994
2. D. Andelman, Structure and Dynamics of Membranes, Elsevier, Amsterdam, 2nd edn, 1995, vol. 1, ch. 12, pp. 603-642
3. F. Oosawa, Polyelectrolyes, Marcel-Dekker, New York, 1971
4. G. S. Manning Q. Rev. Biophys. 1978 11 179 246
5. N. Gronbech-Jensen R. J. Mashl R. F. Bruinsma W. M. Gelbart Phys. Rev. Lett. 1999 78 2477 2480
6. V. A. Bloomfield Biopolymers 1996 44 269 282
7. S. Leikin V. A. Parsegian D. C. Rau R. P. Rand Annu. Rev. Phys. Chem. 1993 44 369 395
8. B. I. Shklovskii Phys. Rev. Lett. 1999 82 3268 3271
9. I. Rouzina V. A. Bloomfield J. Phys. Chem. 1996 100 9977 9989
10. E. Raspaud M. Olvera de la Cruz J. L. Sikorav F. Livolant Biophys. J. 1998 74 381 393
11. V. A. Bloomfield Curr. Opin. Struct. Biol. 1996 6 334 341
12. N. V. Hud I. D. Vilfan Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2005 34 295 318
13. O. Lambert L. Letellier W. M. Gelbart J. L. Rigaud Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2000 97 7248 7253
14. J. Ubbink T. Odijk Europhys. Lett. 1996 33 353 358
15. S. Tzlil J. T. Kindt W. M. Gelbart A. Ben-Shaul Biophys. J. 2003 84 1616 1627
16. K. Besteman K. V. Eijk S. G. Lemay Nat. Phys. 2007 3 641 644
17. R. Fraley S. Subramani P. Berg D. Papahadjopoulos J. Biol. Chem. 1980 255 10431 10435
18. P. Felgner T. Gadek M. Holm R. Roman H. Chan M. Wenz J. Northrop G. Ringold M. Danielsen Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1987 84 7413 7417
19. P. L. Felgner G. M. Ringold Nature 1989 331 461 462
20. R. Ghirlando E. J. Wachtel T. Arad A. Minsky Biochemistry 1992 32 7143 7151
21. A. Elouahabi J. M. Ruysschaert Mol. Ther. 2005 11 336 347
22. M. S. Al-Dosari X. Gao AAPS J. 2009 11 671 681
23. E. N. Smyth Templeton, Gene and Cell Therapy: Therapeutic Mechanisms and Strategies, CRC press, Boca Raton, 3rd edn, 2008
24. D. D. Lasic H. Strey M. C. A. Stuart R. Podgornik P. M. Frederik J. Am. Chem. Soc. 1997 119 832 833
25. J. O. Rädler I. Koltover T. Salditt C. R. Safinya Science 1997 275 810 814
26. S. W. Hui M. Langner Y.-L. Zhao R. Patrick E. Hurley K. Chan Biophys. J. 1996 71 590 599
27. P. M. M. P. Mitrakos Biochemistry 1996 35 16714 16722
28. C. R. Safinya Curr. Opin. Struct. Biol. 2001 11 440 448
29. I. Koltover T. Salditt J. O. Rädler C. R. Safinya Science 1998 281 78 81
30. K. Wagner D. Harries S. May V. Kahl J. O. Rädler A. Ben-Shaul Langmuir 2000 16 303 306
31. S. Asakura F. Oosawa J. Polym. Sci. 1958 33 183 192
32. P. L. Dehaseth T. M. Lohman M. T. Record Biochemistry 1977 16 4783 4790
33. S. Tomac M. Sarkar T. Ratilainen P. Wittung P. E. Nielsen B. Norden A. Graslund J. Am. Chem. Soc. 1996 118 5544 5552
34. J. Q. Wu R. B. Macgregor Biopolymers 1995 35 369 376
35. M. T. Record C. F. Anderson T. M. Lohman Q. Rev. Biophys. 1978 11 103 178
36. C. F. Anderson M. T. Record Annu. Rev. Phys. Chem. 1995 46 657 700
37. P. Sens J. F. Joanny Phys. Rev. Lett. 2000 84 4862 4865
38. R. R. Netz J. F. Joanny Macromolecules 1999 32 9026 9040
39. K. K. Kunze R. R. Netz Europhys. Lett. 2002 58 299 305
40. R. R. Netz D. Andelman Phys. Rep. 2003 380 1 95
41. M. R. Wright, An Introduction to Aqueous Electrolyte Solutions, John Wiley & Sons, New York, 2007
42. E. J. W. Verwey and J. T. G. Overbeek, Theory of the Stability of Lyophobic Colloids, Elsevier, New York, 1948
43. R. E. Goldstein Phys. Rev. A: At., Mol., Opt. Phys. 1990 41 5504 5515
44. R. J. Hunter, Foundations of Colloid Science, Oxford University Press, 1987
45. J. T. G. Overbeek Colloids Surf. 1990 51 61 75
46. A. A. Meier-Koll C. C. Fleck H. H. von Grunberg J. Phys.: Condens. Matter 2004 16 6041 6052
47. S. A. Safran Europhys. Lett. 2005 69 826 831
48. A. L. Becker K. Henzler N. Welsch M. Ballauff O. Borisov Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2012 17 90 96
49. A. Naydenov P. A. Pincus S. A. Safran Langmuir 2007 23 12016 12023
50. S. Perkin N. Kampf J. Klein Phys. Rev. Lett. 2006 96 038301
51. Y. S. Jho R. Brewster S. A. Safran P. A. Pincus Langmuir 2011 27 4439 4446
52. G. Silbert D. Ben-Yaakov Y. Dror S. Perkin N. Kampf J. Klein Phys. Rev. Lett. 2012 109 168305
53. A. Naji R. Podgornik Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2005 72 041402
54. D. Ben-Yaakov D. Andelman H. Diamant Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2013 87 022402
55. V. Vlachy Annu. Rev. Phys. Chem. 1999 50 145 165
56. Y. Levin Rep. Prog. Phys. 2002 65 1577 1632
57. H. Boroudjerdi Y. W. Kim A. Naji R. R. Netz X. Schlagberger A. Serr Phys. Rep. 2005 416 129 199
58. M. Kanduc M. Trulsson A. Naji Y. Burak J. Forsman R. Podgornik Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2008 78 061105
59. J. C. Neu Phys. Rev. Lett. 1999 82 1072 1074
60. M. M. Hatlo L. Lue EPL 2010 89 25002
61. S. Buyukdagli M. Manghi J. Palmeri Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2010 81 041601
62. M. Kanduc A. Naji J. Forsman R. Podgornik J. Chem. Phys. 2012 137 174704
63. P. L. Felgner Y. Barenholz J. P. Behr S. H. Cheng P. Cullis L. Huang J. A. Jessee L. Seymour F. Szoka A. R. Thierry E. Wagner G. Wu Hum. Gene Ther. 1997 8 511 512
64. Y. Barenholz Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2001 6 66 77
65. J. O. Rädler, Electrostatic effects in soft matter and biophysics, Kluwer, Dordrecht, 2001, pp. 441-458
66. S. May A. Ben-Shaul Curr. Med. Chem. 2004 11 151 167
67. R. Podgornik, D. Harries, J. DeRouchey, H. H. Strey and V. A. Parsegian, Gene and Cell Therapy: Therapeutic Mechanisms and Strategies, CRC press, Boca Raton, 3rd edn, 2008, pp. 443-485
68. C. R. Safinya K. K. Ewert C. Leal Liq. Cryst. 2011 38 1715 1723
69. H. Liang D. Harries G. C. L. Wong Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005 102 11173 11178
70. A. Lakkaraju J. Dubinsky W. Low Y. Rahman J. Biol. Chem. 2001 276 32000 32007
71. M. Pisani P. Bruni G. Caracciolo R. Caminiti O. Francescangeli J. Phys. Chem. B 2006 110 13203 13211
72. S. W. Hui M. Langner Y. L. Zhao P. Ross E. Hurley K. Chan Biophys. J. 1996 71 590 599
73. W. Helfrich Z. Naturforsch., C: J. Biosci. 1973 28 693 703
74. C. R. Safinya E. B. Sirota D. Roux G. S. Smith Phys. Rev. Lett. 1989 62 1134 1137
75. I. S. Zuhorn V. Oberle W. H. Visser J. B. F. N. Engberts U. Bakowsky E. Polushkin D. Hoekstra Biophys. J. 2002 83 2096 2108
76. D. Simberg S. Weisman Y. Talmon Y. Barenholz Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Syst. 2004 21 257 317
77. R. Bruinsma Eur. Phys. J. B 1998 4 75 88
78. S. May A. Ben-Shaul Biophys. J. 1997 73 2427 2440
79. B. Sternberg F. L. Sorgi L. Huang FEBS Lett. 1994 356 361 366
80. H. Gershon R. Ghirlando S. B. Guttman A. Minsky Biochemistry 1993 31 7110 7119
81. R. Koynova R. C. MacDonald Biophys. J. 2003 85 2449 2465
82. N. Dan Biochim. Biophys. Acta 1998 1369 34 38
83. O. Farago N. Gronbech-Jensen J. Am. Chem. Soc. 2009 131 2875 2881
84. D. Harries S. May W. M. Gelbart A. Ben-Shaul Biophys. J. 1998 75 159 173
85. S. May D. Harries A. Ben-Shaul Biophys. J. 2000 78 1681 1697
86. R. Zantl L. Baicu F. Artzner I. Sprenger G. Rapp J. Rädler J. Phys. Chem. B 1999 103 10300 10310
87. I. Koltover K. Wagner C. R. Safinya Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2000 97 14046 14051
88. P. C. A. Barreleiro G. Olofsson P. Alexandridis J. Phys. Chem. B 2000 104 7795 7802
89. W. Kunz and R. Neueder, Specific Ion effects, World Scientific, Dordrecht, 2010, ch. 1, pp. 3-54
90. D. Ben-Yaakov D. Andelman R. Podgornik D. Harries Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2011 16 542 550
91. S. Sukenik L. Sapir R. Gilman-Politi D. Harries J. Am. Chem. Soc. 2013 160 225 237
92. D. Danino E. Kesselman G. Saper H. I. Petrache D. Harries Biophys. J. 2009 96 L43 L45
93. D. Harries S. May A. Ben-Shaul J. Phys. Chem. B 2003 107 3624 3630
94. B. Battersby R. Grimm S. Huebner G. Cevc Biochim. Biophys. Acta 1998 379 1372
95. E. Henry A. Dif M. Schmutz L. Legoff F. Amblard V. Marchi-Artzner F. Artzner Nano Lett. 2011 11 5443 5448
96. H. Schiessel H. Aranda-Espinoza Eur. Phys. J. E 2001 5 499 506
97. A. J. Wagner S. May Eur. Biophys. J. 2007 36 293 303
98. N. Dan Biophys. J. 1996 71 1267 1272
99. N. Dan Biophys. J. 1997 73 1842 1846
100. B. C. Ma S. B. Zhang H. M. Jiang B. D. Zhao H. T. Lv J. Controlled Release 2007 123 184 194
101. C. R. Dass J. Pharm. Pharmacol. 2002 54 593 601
102. J. J. McManus J. O. Rädler K. A. Dawson J. Phys. Chem. B 2003 107 9869 9875
103. V. G. Budker Y. A. Kazatchkov L. P. Naumova FEBS Lett. 1978 95 143 146
104. L. Vojcikova E. Svajdlenka P. Balgavy Gen. Physiol. Biophys. 1989 8 399 406
105. Y. S. Tarahovsky R. S. Khusainova A. V. Gorelov T. I. Nicolaeva A. A. Deev A. K. Dawson G. R. Ivanitsky FEBS Lett. 1996 390 133 136
106. J. J. McManus J. O. Rädler K. A. Dawson J. Am. Chem. Soc. 2004 126 15966 15967
107. A. Lengyel D. Uhrikova M. Klacsova P. Balgavy Colloids Surf., B 2011 86 212 217
108. O. Francescangeli V. Stanic L. Gobbi P. Bruni M. Iacussi G. Tosi S. Bernstorff Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2003 67 011904
109. O. Francescangeli M. Pisani V. Stanic P. Bruni T. M. Weiss Europhys. Lett. 2004 67 669 675
110. G. Tresset W. C. D. Cheong Y. M. Lam J. Phys. Chem. B 2007 111 14233 14238
111. S. Gromelski G. Brezesinski Phys. Chem. Chem. Phys. 2004 6 5551 5556
112. D. McLoughlin R. Dias B. Lindman M. Cardenas T. Nylander K. Dawson M. Miguel D. Langevin Langmuir 2005 21 1900 1907
113. S. Gromelski G. Brezesinski Langmuir 2006 22 6293 6301
114. P. Bruni M. Pisani A. Amici C. Marchini M. Montani O. Francescangeli Appl. Phys. Lett. 2006 88 073901
115. P. Bruni O. Francescangeli M. Marini G. Mobbili M. Pisani A. Smorlesi Mini-Rev. Org. Chem. 2011 8 38 48
116. D. H. Mengistu K. Bohinc S. May J. Phys. Chem. B 2009 113 12277 12282
117. K. Bohinc G. Brezesinski S. May Phys. Chem. Chem. Phys. 2012 14 10613 10621
118. S. May D. Harries A. Ben-Shaul Biophys. J. 2000 79 1747 1760
119. A. P. Pandey F. Haque J. C. Rochet J. S. Hovis Biophys. J. 2009 96 540 551
120. M. Menke V. Gerke C. Steinem Biochemistry 2005 44 15296 15303
121. A. T. Hammond F. A. Heberle T. Baumgart D. Holowka B. Baird G. W. Feigenson Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005 102 6320 6325
122. D. Lingwood J. Ries P. Schwille K. Simons Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 10005 10010
123. T. Harder Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. B 2003 358 863 868
124. R. M. Epand Biochim. Biophys. Acta, Biomembr. 2008 1778 1576 1582
125. P. Garidel C. Johann A. Blume J. Liposome Res. 2000 10 131 158
126. P. F. F. Almeida A. Pokorny A. Hinderliter Biochim. Biophys. Acta, Biomembr. 2005 1720 1 13
127. P. Garidel A. Blume Biochim. Biophys. Acta, Biomembr. 1998 1371 83 95
128. K. Simons W. L. C. Vaz Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2004 33 269 295
129. W. M. Gelbart R. Bruinsma Phys. Rev. E: Stat. Phys., Plasmas, Fluids, Relat. Interdiscip. Top. 1997 55 831 835
130. S. May D. Harries A. Ben-Shaul Phys. Rev. Lett. 2002 89 268102
131. T. L. Hill, An introduction to statistical thermodynamics, Reprint of 2nd edition (1962), Dover, New York, 1986
132. E. C. Mbamala A. Ben-Shaul S. May Biophys. J. 2005 88 1702 1714
133. R. R. Netz Phys. Rev. Lett. 1996 76 3646 3649
134. B. J. Reynwar M. Deserno Biointerphases 2008 3 FA117 FA124
135. S. Loew A. Hinderliter S. May J. Chem. Phys. 2009 130 045102
136. B. Vanhaesebroeck S. J. Leevers K. Ahmadi J. Timms R. Katso P. C. Driscoll R. Woscholski P. J. Parker M. D. Waterfield Annu. Rev. Biochem. 2001 70 535 602
137. J. Y. Wang A. Gambhir G. Hangyas-Mihalyne D. Murray U. Golebiewska S. McLaughlin J. Biol. Chem. 2002 277 34401 34412
138. S. McLaughlin D. Murray Nature 2005 438 605 611
139. W. D. Heo T. Inoue W. S. Park M. L. Kim B. O. Park T. J. Wandless T. Meyer Science 2006 314 1458 1461
140. T. Yeung M. Terebiznik L. M. Yu J. Silvius W. M. Abidi M. Philips T. Levine A. Kapus S. Grinstein Science 2006 313 347 351
141. M. Nomikos A. Mulgrew-Nesbitt P. Pallavi G. Mihalyne I. Zaitseva K. Swann F. A. Lai D. Murray S. McLaughlin J. Biol. Chem. 2007 282 16644 16653
142. S. Tzlil D. Murray A. Ben-Shaul Biophys. J. 2008 95 1745 1757
143. U. Golebiewska A. Gambhir G. Hangyas-Mihalyne I. Zaitseva J. Rädler S. McLaughlin Biophys. J. 2006 91 588 599
144. J. Y. Wang A. Gambhir S. McLaughlin D. Murray Biophys. J. 2004 86 1969 1986
145. S. McLaughlin J. Y. Wang A. Gambhir D. Murray Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2002 31 151 175
146. V. B. Teif D. Harries D. Lando A. Ben-Shaul J. Pept. Sci. 2008 14 368 373
147. S. Tzlil A. Ben-Shaul Biophys. J. 2005 89 2972 2987
148. E. Haleva N. Ben-Tal H. Diamant Biophys. J. 2004 86 2165 2178
149. G. Khelashvili H. Weinstein D. Harries Biophys. J. 2008 94 2580 2597
150. G. Khelashvili D. Harries H. Weinstein Biophys. J. 2009 97 1626 1635
151. U. Raviv D. J. Needleman Y. Li H. P. Miller L. Wilson C. Safinya Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005 102 11167 11172
152. G. Decher Science 1997 277 1232 1237
153. V. A. Parsegian D. Gingell Biophys. J. 1972 12 1192 1204
154. C. Russ T. Heimburg H. H. von Grunberg Biophys. J. 2003 84 3730 3742
155. D. Ben-Yaakov Y. Burak D. Andelman S. A. Safran EPL 2007 79 48002
156. A. G. Cherstvy Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 13 9942 9968
157. A. Flores-Amado M. Hernandez-Contreras Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2007 75 031404
158. S. Bandyopadhya M. Tarek M. Klein J. Phys. Chem. B 1999 51 10075 10080
159. B. O'Shaughnessy Q. Yang Phys. Rev. Lett. 2005 94 048302