Electrostatic interactions in phospholipid membranes I: Influence of monovalent ions

Abstract

Electrostatic interactions in monolayers and vesicles of acidic phospholipids are studied by thermodynamical and optical techniques in conjunction with numerical calculations. A nonmonotonic ionic strength dependence with an extremum at 0.1 M (NaC1) is observed for the phase transition temperature of vesicles as well as for the surface pressure of monolayers at low molecular density. This finding is in accordance with the calculations predicting the dominance of charge screening by monovalent counterions only for concentrations above 0.1 M. For lower sak content, however, its increase causes an elevation of the degree of dissociation and thus also electrostatic repulsion. This leads to a higher surface pressure, a lower transition temperature and a smaller size of solid domains observed in the liquid/solid coexistence range of monolayers. This supports the previously published idea, that finite size and repulsion of the domains arise from a different surface charge density in fluid and solid lipid phases.

Modulated structures and competing interactions in amphiphilic monolayers

“…Among others they include electric surface potential (10)(11)(12) and viscoelastic measurements (13), nonlinear optics (14), epifluorescence microscopy (15)(16)(17)(18), and x-ray diffraction (19,20) from a synchrotron source. The epifluorescence microscopy, for example, allows a direct visualization of monolayers on length scales of micrometers.…”

Aplicação de modelos simples em fenômenos envolvendo monocamadas e micelas

“…Com relação ao modelo do capacitor permeável, suas deficiências estão na aproximação de Debye-Hueckel, mais precisamente na ausência de tamanho dos íons e solvente discreto e não no tratamento das correlações de longo alcance (Blum et al, 1995;Sheu et al, 1985;Blum & Henderson, 1981;Henderson & Blum, 1978;Stell & Sun, 1975 Andelman et al, 1987;Helm et al, 1986;Trauble et al, 1976).…”

“…No caso de monocamadas carregadas, equações de estado têm sido derivadas, usando-se a teoria de Gouy-Chapman (supondo carga superficial uniformemente distribuída) (Helm et al, 1986;Trauble et al, 1976) ou o formalismo dos domínios (Fainerman et al, 1996;Ruckenstein & Li, 1995). A equação de estado baseada na teoria de Gouy-Chapman não considera a existência de domínios na superfície e, em princípio, só pode ser usada nas fases líquido-condensada e sólida (quando a aproximação da densidade de carga uniforme é válida).…”

“…O programa desenvolvido em Fortran77 não pode ser usado para estudar os parâmetros que efetivamente regulam esse fenômeno devido às inconsistências do formalismo termo-molecular de Ruckenstein e Li (Ruckenstein & Li, 1995 Resumindo, a pressão superficial pode ser pensada como devido à repulsão entre domínios praticamente monodispersos que crescem com o aumento da densidade superficial (Ruckenstein & Li, 1998;Fainerman et al, 1996;McConnell, 1991;Helm et al, 1986).…”

“…Na verdade, o melhor significado para aceitável está no uso de um grau de dissociação que não ultrapasse o limite superior encontrado na simulação da monocamada (Böcker et al, 1992). Isso porque os números de agregação usados na expansão y (figuras 6, 7, 8, 9 e 10) podem ser considerados pequenos quando comparados com os encontrados (habitualmente) em experimentos de compressão (Mohwald, 1990;Helm et al, 1986). A flutuação do número de agregação com o aumento da concentração de NaAc na subfase foi necessária para descrever a pressão superficial, pois foi assumido que o grau de dissociação é constante.…”