The role of lipid phase and temperature in proton barrier and proton migration on biological membranes
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Biological membranes play a major role in diffusing protons on their surfaces between transmembrane protein complexes. The retention of protons on the membrane's surface is commonly described by a membrane-associated proton barrier that determines the efficiency of protons escaping from surface to bulk, which correlates with the proton diffusion (PD) dimensionality at the membrane's surface. Here, we explore the role of the membrane's biophysical properties and its ability to accept a proton from a light-triggered proton donor situated on the membrane's surface and to support PD around the probe. By changing lipid composition and temperature, while going through the melting point of the membrane, we directly investigate the role of the membrane phase in PD. We show that the proton transfer process from the proton donor to the membrane is more efficient in the liquid phase of the membrane than in the gel phase, with very low calculated activation energies that are also dependent on the lipid composition of the membrane. We further show that the liquid phase of the membrane allows higher dimensionalities (close to 3) of PD around the probe, indicating lower membrane proton barriers. In the gel phase, we show that the dimensionality of PD is lower, in some cases reaching values closer to 1, thus implying specific pathways for PD, which results in a higher proton recombination rate with the membrane-tethered probe. Computational simulations indicate that the change in PD between the two phases can be correlated to the membrane's 'stiffness' and 'looseness' at each phase.
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Le contrôle bibliographique ouvert
DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.
- Titre Crossref
- The role of lipid phase and temperature in proton barrier and proton migration on biological membranes
- Date Crossref
- 01/01/2025
- Éditeur
- Royal Society of Chemistry (RSC)
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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Technion – Israel Institute of Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Wrocław University of Science and Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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AGH University of Krakow pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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University of California Department of Chemistry pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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University of Sheffield pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Schulich Faculty of Chemistry pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Wroclaw University of Science and Technology Department of Biomedical Engineering pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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School of Mathematical and Physical Sciences Chemistry pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
Technion – Israel Institute of Technology, Wrocław University of Science and Technology et AGH University of Krakow, avec 5 autres affiliations.
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