Orientational distribution of DPH in lipid membranes: a comparison of molecular dynamics calculations and experimental time-resolved anisotropy experiments

文献情報

出版日 2019-03-18
DOI 10.1039/C8CP07754A
インパクトファクター 3.676
著者

Marcel Ameloot


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要旨

Characterization of the membrane phases is a crucial task in cell biology. Cells differ in composition of the lipids and consequently in adopted phases. The phases can be discriminated based upon lipid ordering and molecular diffusion and their identification could be used for characterization of cell membranes. Here we used molecular dynamics (MD) simulations to study the behavior of the fluorescent reporter molecule diphenylhexatriene (DPH) in different lipid phases – liquid disordered (Ld), liquid ordered (Lo), and solid ordered (So) composed of phosphatidylcholines (Ld and So) or a sphingomyelin/cholesterol (SM/Chol) mixture (Lo). To the best of our knowledge, this is the first simulation of DPH in Lo SM/Chol and So DPPC membranes. For the considered membrane compositions DPH is mostly oriented parallel to lipid tails. In the Lo phase we observed a significant fraction of DPH positioned in between membrane leaflets, which agrees with experimental findings, but which has not been observed in previous MD simulations of DPH in phosphatidylcholine membranes. Further, we calculated rotational autocorrelation functions (ROTACF) from our MD simulations in order to model the time-resolved fluorescence anisotropy decay. We observed that order parameters 〈P2〉 and 〈P4〉 are sufficient to fully describe the orientation distribution of DPH. We analyzed the ROTACFs by a so-called general model for the time-resolved fluorescence anisotropy [W. van der Meer et al., Biophys. J., 1984, 46, 515] and observed an overestimation of 〈P4〉. We suggest a rescaling of the recovered 〈P4〉 yielding an orientation distribution of DPH close to the one observed in our MD simulations.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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