Curvature induced nanoscale rafts in lipid membranes

Abstract

We present a coarse grained model for computer simulations of lipid mixtures, which we use to study generic mechanisms for the formation of nanoscale membrane structures (lipid rafts). We observe that even a two component system can separate into rafts of finite size, and we study these rafts and other membrane structures in detail. We look at the characteristics of our model that enable these phenomena and how they may relate to lipid-cholesterol or lipid-lipid mixtures. We propose an explanation for our findings using elastic theory to describe a possible mechanism of raft stabilization via curvature differences between coexisting lipid phases and we investigate whether this theory can be used to explain the results of our computer simulations.

Wir führen ein vergröbertes Modell zur Simulation von Lipidmischungen mit einem Computer ein. Wir nutzen dieses Modell um allgemeine Mechanismen bei der Bildung von Membranstrukturen im Nanobereich (lipid rafts) zu untersuchen. Wir beobachten, dass sich selbst in zweikomponentigen Systemen Rafts von endlicher Größe bilden können. Wir untersuchen die Eigenschaften dieser Rafts und anderer Membranstrukturen und finden heraus, welche Eigenschaften unseres Modells für diese Erscheinungen verantwortlich sind und wie diese sich zu realen Lipid-Cholesterin und Lipid-Lipid Mischungen verhalten. Wir schlagen eine Erklärung unserer Beobachtungen mittels elastic theory'' vor, bei der die Rafts durch unterschiedliches Krümmungsverhalten verschiedener Lipidstrukturen stabilisiert werden, und wir untersuchen, ob diese Theorie die Ergebnisse unserer Computersimulationen erklären kann.