The role of lateral tension in calcium-induced DPPS vesicle rupture.
The role of lateral tension in calcium-induced DPPS vesicle rupture.
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DOI：
10.1021/la301976s
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发表时间：
2012-08-14
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Schultz ZD
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Marr JM;Li F;Petlick AR;Schafer R;Hwang CT;Chabot A;Ruggiero ST;Tanner CE;Schultz ZD
我们评估了侧张力在阴离子双棕榈酰基磷脂酰丝氨酸（DPPS）、中性双棕榈酰基磷脂酰胆碱（DPPC）和混合DPPS-DPPC囊泡破裂中的作用。已知Ca2+的结合对DPPS脂质有效大小有显著影响，而对双层结构中DPPC脂质大小的影响很小。在本工作中，我们利用激光透射光谱（LTS）来评估Ca2+诱导应激对DPPS和DPPC囊泡稳定性的影响。LTS的高灵敏度和高分辨率使其能够测定溶液中脂质体的大小和形状。结果表明，超过一定的临界尺寸后，DPPS单壳囊泡不再稳定。我们的测量表明，Ca2+促进双层融合，最大直径约320 nm。这些观察结果与一个直接的基于自由能的囊泡破裂模型是一致的，该模型涉及由Ca2+结合调节的脂质之间的侧向张力。我们的研究结果支持脂质双分子层内的横向相互作用在控制诸如支持双分子层膜的形成和囊泡融合中的孔形成等过程中的关键作用。利用这个自由能模型，我们能够推断出DPPS的面积膨胀模量的下界（252 pN/nm），并证明了与囊泡破裂相关的大量自由能增加。
We assess the role of lateral tension in rupturing anionic dipalmitoylphosphatidyserine (DPPS), neutral dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC), and mixed DPPS-DPPC vesicles. Binding of Ca2+ is known to have a significant impact on the effective size of DPPS lipids and little effect on the size of DPPC lipids in bilayer structures. In the present work we utilized laser transmission spectroscopy (LTS) to assess the effect of Ca2+ induced stress on the stability of the DPPS and DPPC vesicles. The high sensitivity and resolution of LTS has permitted the determination of the size and shape of liposomes in solution. The results indicate a critical size after which DPPS single shell vesicles are no longer stable. Our measurements indicate Ca2+ promotes bilayer fusion up to a maximum diameter of ca. 320 nm. These observations are consistent with a straightforward free-energy-based model of vesicle rupture involving lateral tension between lipids regulated by the binding of Ca2+. Our results support a critical role of lateral interactions within lipid bilayers for controlling such processes as the formation of supported bilayer membranes and pore formation in vesicle fusion. Using this free energy model we are able to infer a lower bound for the area dilation modulus for DPPS (252 pN/nm) and demonstrate a substantial free energy increase associated with vesicle rupture.
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