Skip to main content

Advertisement

Journal for Biophysical Chemistry

Biointerphases Cover Image

Structure from substrate supported lipid bilayers (Review)

Article metrics

  • 375 Accesses

  • 10 Citations

Abstract

Highly aligned, substrate supported membranes have made it possible for physical techniques to extract unambiguous structural information previously not accessible from commonly available membrane dispersions, or so-called powder samples. This review will highlight some of the major breakthroughs in model membrane research that have taken place as a result of substrate supported samples.

References

  1. 1

    G. S. Smith, E. B. Sirota, C. R. Safinya, and N. A. Clark, Phys. Rev. Lett. 60, 813 (1988).

  2. 2

    J. Katsaras, D. S.-C. Yang, and R. M. Epand, Biophys. J. 63, 1170 (1992).

  3. 3

    M. C. Wiener and S. H. White, Biophys. J. 61, 434 (1992).

  4. 4

    J. Katsaras, J. Phys. Chem. 99, 4141 (1995).

  5. 5

    J. Katsaras and V. A. Raghunathan, Phys. Rev. Lett. 74, 2022 (1995).

  6. 6

    V. A. Raghunathan and J. Katsaras, Phys. Rev. Lett. 74, 4456 (1995).

  7. 7

    J. Katsaras, V. A. Raghunathan, E. J. Dufourc, and J. Dufourcq, Biochemistry 34, 4684 (1995).

  8. 8

    J. Katsaras, R. L. Donaberger, I. P. Swainson, D. C. Tennant, Z. Tun, R. R. Vold, and R. S. Prosser, Phys. Rev. Lett. 78, 899 (1997).

  9. 9

    J. Katsaras, S. Tristram-Nagle, Y. Liu, R. L. Headrick, E. Fontes, P. C. Mason, and J. F. Nagle, Phys. Rev. E 61, 5668 (2000).

  10. 10

    L. Yang, T. M. Weiss, and H. W. Huang, Biophys. J. 79, 2002 (2000).

  11. 11

    Y. Lyatskaya, Y. Liu, S. Tristram-Nagle, J. Katsaras, and J. F. Nagle, Phys. Rev. E 63, 011907 (2001).

  12. 12

    L. Yang and H. W. Huang, Science 297, 1877 (2002).

  13. 13

    N. Kučerka, Y. Liu, N. Chu, H. I. Petrache, S. Tristram-Nagle, and J. F. Nagle, Biophys. J. 88, 2626 (2005).

  14. 14

    J. Torbet and M. H. F. Wilkins, J. Theor. Biol. 62, 447 (1976).

  15. 15

    W. MacNaughtan, K. A. Snook, E. Caspi, and N. P. Franks, Biochim. Biophys. Acta 818, 132 (1985).

  16. 16

    T. Charitat, E. Bellet-Amalric, G. Fragneto, and F. Graner, Eur. Phys. J. B 8, 583 (1999).

  17. 17

    G. Fragneto, T. Charitat, E. Bellet-Amalric, R. Cubitt, and F. Graner, Langmuir 19, 7695 (2003).

  18. 18

    J. Daillant, E. Bellet-Amalric, A. Braslau, T. Charitat, G. Fragneto, F. Graner, S. Mora, F. Rieutord, and B. Stidder, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102, 11639 (2005).

  19. 19

    N. A. Clark, K. J. Rothschild, D. A. Luippold, and B. A. Simon, Biophys. J. 31, 65 (1980).

  20. 20

    T. L. Kuhl, J. Majewski, J. Y. Wong, S. Steinberg, D. E. Leckband, J. N. Israelachvili, and G. S. Smith, Biophys. J. 75, 2352 (1998).

  21. 21

    Y. Zhang, Z. Tun, and A. M. Ritchey, Langmuir 20, 6187 (2004).

  22. 22

    C. F. Majkrzak, N. F. Berk, S. Krueger, and U. A. Perez-Salas, in Neutron Scattering in Biology: Techniques and Applications, edited by J. Fitter, T. Gutberlet, and J. Katsaras (Springer, Berlin, 2006), pp. 225–263.

  23. 23

    T. Gutberlet and M. Lösche, in Neutron Scattering in Biology: Techniques and Applications, edited by J. Fitter, T. Gutberlet, and J. Katsaras (Springer, Berlin), 2006, pp. 283–306.

  24. 24

    R. P. Rand and V. A. Parsegian, Biochim. Biophys. Acta 988, 351 (1989).

  25. 25

    G. L. Jendrasiak and J. H. Hasty, Biochim. Biophys. Acta 337, 79 (1974).

  26. 26

    G. L. Jendrasiak and J. C. Mendible, Biochim. Biophys. Acta 424, 140 (1976).

  27. 27

    L. Powers and P. S. Pershan, Biophys. J. 20, 137 (1977).

  28. 28

    C. Morrison, Biophys. J. 64, 1063 (1993).

  29. 29

    S. Tristram-Nagle, R. Zhang, R. M. Suter, C. R. Worthington, W.-J. Sun, and J. F. Nagle, Biophys. J. 64, 1097 (1993).

  30. 30

    W. Helfrich, Z. Naturforsch C 33A, 305 (1978).

  31. 31

    E. Evans and V. A. Parsegian, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 83, 7132 (1986).

  32. 32

    R. Podgornik and V. A. Parsegian, Biophys. J. 72, 942 (1997).

  33. 33

    S. Tristram-Nagle, H. I. Petrache, R. M. Suter, and J. F. Nagle, Biophys. J. 74, 1421 (1998).

  34. 34

    J. Katsaras, Biophys. J. 73, 2924 (1997).

  35. 35

    J. Katsaras and V. A. Raghunathan, in Lipid Bilayers: Structure and Interactions, edited by J. Katsaras and T. Gutberlet (Springer, Berlin, 2000), pp. 25–45.

  36. 36

    S. C. Chen, J. M. Sturtevant, and B. J. Gaffney, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 77, 5060 (1980).

  37. 37

    J. Katsaras, Biophys. J. 75, 2157 (1998).

  38. 38

    G. Pabst, J. Katsaras, and V. A. Raghunathan, Phys. Rev. Lett. 88, 128101 (2002).

  39. 39

    D. Constantin, U. Mennicke, C. Li, and T. Salditt, Eur. Phys. J. E 12, 283 (2003).

  40. 40

    B. R. Copeland and H. M. McConnel, Biochim. Biophys. Acta 599, 95 (1980).

  41. 41

    H. W. Meyer, B. Dobner, and K. Semmler, Chem. Phys. Lipids 82, 179 (1996).

  42. 42

    J. T. Woodward and J. A. Zasadzinski, Biophys. J. 72, 964 (1997).

  43. 43

    A. Tardieu, V. Luzzati, and F. C. Reman, J. Mol. Biol. 75, 711 (1973).

  44. 44

    M. J. Janiak, D. M. Small, and G. G. Shipley, Biochemistry 15, 4575 (1976).

  45. 45

    D. C. Wack and W. W. Webb, Phys. Rev. A 40, 2712 (1989).

  46. 46

    B. G. Tenchov, H. Yao, and I. Hatta, Biophys. J. 56, 757 (1989).

  47. 47

    M. P. Hentschel and F. Rustichelli, Phys. Rev. Lett. 66, 903 (1991).

  48. 48

    H. Yao, S. Matuoka, B. Tenchov, and I. Hatta, Biophys. J. 59, 252 (1991).

  49. 49

    S. Matuoka, H. Yao, S. Kato, and I. Hatta, Biophys. J. 64, 1456 (1993).

  50. 50

    M. Rappolt and G. Rapp, Eur. Biophys. J. 24, 381 (1996).

  51. 51

    W.-J. Sun, S. Tristram-Nagle, R. M. Suter, and J. F. Nagle, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 93, 7008 (1996).

  52. 52

    J. A. N. Zasadzinski, Biochim. Biophys. Acta 946, 235 (1988).

  53. 53

    P. C. Mason, B. D. Gaulin, R. M. Epand, G. D. Wignall, and J. S. Lin, Phys. Rev. E 59, 921 (1999).

  54. 54

    G. Pabst, J. Katsaras, V. A. Raghunathan, and M. Rappolt, Langmuir 19, 1716 (2003).

  55. 55

    A. Caillé, C. R. Seances Acad. Sci., Ser. B 274, 891 (1972).

  56. 56

    N. Chu, N. Kučerka, Y. Liu, S. Tristram-Nagle, and J. F. Nagle, Phys. Rev. E 71, 041904 (2005).

  57. 57

    Y. Liu and J. F. Nagle, Phys. Rev. E 69, 040901R (2004).

  58. 58

    G. Brotons, L. Belloni, T. Zemb, and T. Salditt, Europhys. Lett. 75, 992 (2006).

  59. 59

    H. I. Petrache, S. Tristram-Nagle, D. Harries, N. Kučerka, J. F. Nagle, and V. A. Parsegian, J. Lipid Res. 47, 302 (2006).

  60. 60

    J. Pan, S. Tristram-Nagle, and J. F. Nagle, Biophys. J. 94, 117 (2008).

  61. 61

    G. Pabst, M. Rappolt, H. Amenitsch, and P. Laggner, Phys. Rev. E 62, 4000 (2000).

  62. 62

    G. Fragneto, T. Charitat, F. Graner, K. Mecke, L. Perino-Gallice, and E. Bellet-Amalric, Europhys. Lett. 53, 100 (2001).

  63. 63

    J. Katsaras and R. H. Stinson, Biophys. J. 57, 649 (1990).

  64. 64

    J. Katsaras, R. H. Stinson, J. H. Davis, and E. J. Kendall, Biophys. J. 59, 645 (1991).

  65. 65

    A. Léonard, C. Escrive, M. Laguerre, E. Pebay-Peyroula, W. Néri, T. Pott, J. Katsaras, and E. J. Dufourc, Langmuir 17, 2019 (2001).

  66. 66

    T. A. Harroun, J. Katsaras, and S. R. Wassall, Biochemistry 45, 1227 (2006).

  67. 67

    K. He, S. J. Ludtke, D. L. Worcester, and H. W. Huang, Biophys. J. 70, 2659 (1996).

  68. 68

    L. Yang, T. M. Weiss, T. A. Harroun, W. T. Heller and H. W. Huang, Biophys. J. 77, 2648 (1999).

  69. 69

    J. P. Bradshaw, M. J. M. Darkes, T. A. Harroun, J. Katsaras and R. M. Epand, Biochemistry 39, 6581 (2000).

  70. 70

    J. Strzalka, X. Chen, C. C. Moser, P. L. Dutton, B. M. Ocko, and J. K. Blasie, Langmuir 16, 10404 (2000).

  71. 71

    L. Yang, T. A. Harroun, T. M. Weiss, L. Ding, and H. W. Huang, Biophys. J. 81, 1475 (2001).

  72. 72

    K. Hristova, C. E. Dempsey, and S. H. White, Biophys. J. 80, 801 (2001).

  73. 73

    S. Dante, T. Hauss, and N. A. Dencher, Biochemistry 42, 13667 (2003).

  74. 74

    D. Huster, A. Vogel, C. Katzka, H. A. Scheidt, H. Binder, O. Zschörnig, S. Dante, T. Gutberlet, H. Waldmann, and K. Arnold, J. Am. Chem. Soc. 125, 4070 (2003).

  75. 75

    J. Strzalka, E. DiMasi, I. Kuzmenko, T. Gog, and J. K. Blasie, Phys. Rev. E 70, 051603 (2004).

  76. 76

    C. Li and T. Salditt, Biophys. J. 91, 3285 (2006).

  77. 77

    P. L. Yeagle, in Cholesterol in Membrane Models, edited by L. Finegold (CRC, Boca Raton, FL, 1993), pp. 1–12.

  78. 78

    L. L. Smith, Free Radic Biol. Med. 11, 47 (1991).

  79. 79

    R. J. Petrie, P. P. M. Schnetkamp, K. D. Patel, M. Awasthi-Kalia, and J. P.A. Deans, J. Immunol. 165, 1220 (2000).

  80. 80

    A. Papanikolaou, A. Papafotika, C. Murphy, T. Papamarcaki, O. Tsolas, M. Drab, T. V. Kurzchalia, M. Kasper, and S. Christoforidis, J. Biol. Chem. 280, 26406 (2005).

  81. 81

    T. H. Haines, Prog. Lipid Res. 40, 299 (2001).

  82. 82

    M. R. Brzustowicz, W. Stillwell, and S. R. Wassall, FEBS Lett. 451, 197 (1999).

  83. 83

    S. L. Niu and B. J. Litman, Biophys. J. 83, 3408 (2002).

  84. 84

    M. R. Brzustowicz, V. Cherezov, M. Zerouga, M. Caffrey, W. Stillwell, and S. R. Wassall, Biochemistry 41, 12509 (2002).

  85. 85

    M. R. Brzustowicz, V. Cherezov, M. Caffrey, W. Stillwell, and S. R. Wassall, Biophys. J. 82, 285 (2002).

  86. 86

    M. C. Pitman, F. Suits, A. D. MacKerell, Jr., and S. E. Feller, Biochemistry 43, 15318 (2004).

  87. 87

    J. R. Silvius, Biochim. Biophys. Acta 1610, 174 (2003).

  88. 88

    K. Simons and E. Ikonen, Nature London 387, 569 (1997).

  89. 89

    D. A. Brown and E. London, J. Biol. Chem. 275, 17221 (2000).

  90. 90

    L. J. Pike, J. Lipid Res. 47, 1597 (2006).

  91. 91

    S. R. Wassall, M. R. Brzustowicz, S. R. Shaikh, V. Cherezov, M. Caffrey, and W. Stillwell, Chem. Phys. Lipids 132, 79 (2004).

  92. 92

    T. A. Harroun, J. Katsaras, and S. R. Wassall, Biochemistry 47, 7090 (2008).

  93. 93

    N. P. Franks, J. Mol. Biol. 100, 345 (1976).

  94. 94

    D. L. Worcester and N. P. Franks, J. Mol. Biol. 100, 359 (1976).

  95. 95

    S. R. Shaikh, A. C. Dumaual, A. Castillo, D. LoCascio, R. A. Siddiqui, W. Stillwell, and S. R. Wassall, Biophys. J. 87, 1752 (2004).

  96. 96

    W. Stillwell, S. R. Shaikh, M. Zerouga, R. Siddiqui, and S. R. Wassall, Reprod. Nutr. Dev. 45, 559 (2005).

  97. 97

    S. J. Marrink, A. H. de Vries, T. A. Harroun, J. Katsaras, and S. R. Wassall, J. Am. Chem. Soc. 130, 10 (2008).

  98. 98

    N. Kučerka, J. D. Perlmutter, J. Pan, S. Tristram-Nagle, J. Katsaras, and J. N. Sachs, Biophys. J. 95, 2792 (2008).

  99. 99

    H. R. Knapp, F. Hullin, and N. Salem, Jr., J. Lipid Res. 35, 1283 (1994).

  100. 100

    W. D. Sweet and F. Schroeder, FEBS Lett. 229, 188 (1988).

  101. 101

    S. Snyder, D. Kim, and T. J. McIntosh, Biochemistry 38, 10758 (1999).

  102. 102

    T. Abraham, S. R. Schooling, M.-P. Nieh, N. Kučerka, T. J. Beveridge, and J. Katsaras, J. Phys. Chem. B 111, 2477 (2007).

  103. 103

    N. Kučerka, M.-P Nieh, T. A. Harroun, S. R. Schooling, E. Pappne-Szabo, J. Pencer, E. A. Nicholson, T. J. Beveridge, and J. Katsaras, J. Phys. Chem. B 112, 8057 (2008).

  104. 104

    S. Chen, C. Liao, H. Huang, T. Weiss, M. Bellissent-Funel, and F. Sette, Phys. Rev. Lett. 86, 740 (2001).

  105. 105

    M. C. Rheinstädter, C. Ollinger, G. Fragneto, and T. Salditt, Physica B (Amsterdam) 350, 136 (2004).

  106. 106

    G. Fragneto and M. Rheinstädter, C. R. Phys. 8, 865 (2007).

  107. 107

    S. König, T. M. Bayerl, G. Coddens, D. Richter, and E. Sackmann, Biophys. J. 68, 1871 (1995).

  108. 108

    W. Pfeiffer, S. Konig, J. F. Legrand, T. Bayerl, D. Richter, and E. Sackmann, Europhys. Lett. 23, 457 (1993).

  109. 109

    M. C. Rheinstädter, C. Ollinger, G. Fragneto, F. Demmel, and T. Salditt, Phys. Rev. Lett. 93, 108107 (2004).

  110. 110

    M. Tarek, D. J. Tobias, S.-H. Chen, and M. L. Klein, Phys. Rev. Lett. 87, 238101 (2001).

  111. 111

    J. S. Hub, T. Salditt, M. C. Rheinstädter, and B. L. deGroot, Biophys. J. 93, 3156 (2007).

  112. 112

    E. Sackmann and M. Tanaka, Trends Biotechnol. 18, 58 (2000).

  113. 113

    W. Knoll, C. W. Frank, C. Heibel, R. Naumann, A. Offenhausser, J. Ruhe, E. K. Schmidt, W. W. Shen, and A. Sinner, Rev. Mol. Biotechnol. 74, 137 (2000).

  114. 114

    T. Hianik, Rev. Mol. Biotechnol. 74, 189 (2000).

  115. 115

    S. G. Boxer, Curr. Opin. Chem. Biol. 4, 704 (2000).

  116. 116

    B. Bechinger, Curr. Opin. Chem. Biol. 4, 639 (2000).

Download references

Author information

Correspondence to John Katsaras.

Rights and permissions

Reprints and Permissions

About this article