• No results found

Structure, shape and dynamics of biological membranes. Idema, T.

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Structure, shape and dynamics of biological membranes. Idema, T."

Copied!
5
0
0

Bezig met laden.... (Bekijk nu de volledige tekst)

Hele tekst

(1)

Structure, shape and dynamics of biological membranes.

Idema, T.

Citation

Idema, T. (2009, November 19). Structure, shape and dynamics of biological membranes. Retrieved from https://hdl.handle.net/1887/14370

Version: Corrected Publisher’s Version

License: Licence agreement concerning inclusion of doctoral thesis in the Institutional Repository of the University of Leiden

Downloaded from: https://hdl.handle.net/1887/14370

Note: To cite this publication please use the final published version (if

applicable).

(2)

Structure, shape and dynamics of biological membranes

P R O E F S C H R I F T

ter verkrijging van

de graad van Doctor aan de Universiteit Leiden,

op gezag van Rector Magnificus prof. mr. P. F. van der Heijden, volgens besluit van het College voor Promoties

te verdedigen op donderdag 19 november 2009 klokke 13.45 uur

door

Tymen Idema

geboren te Winterswijk

in 1981

(3)

Promotiecommissie:

Promotor: prof. dr. H. Schiessel

Co-Promotor: dr. C. Storm (Technische Universiteit Eindhoven) Overige leden: prof. dr. T. Schmidt

prof. dr. M. A. Peletier (Technische Universiteit Eindhoven) prof. dr. B. A. Mulder (Universiteit Wageningen / AMOLF) prof. dr. J. van Ruitenbeek

ISBN 978-90-8593-060-0

Casimir PhD Series, Delft-Leiden 2009-15

Dit werk maakt deel uit van het onderzoekprogramma van de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), die financieel wordt gesteund door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).

iv

(4)

C ONTENTS

1 Introduction 1

1.1 Cells . . . 2

1.2 Membranes . . . 4

1.3 Molecular motors . . . 9

2 Differential geometry 11 2.1 Manifolds . . . 12

2.2 Differential geometry of curves . . . 13

2.2.1 Curves in the plane . . . 13

2.2.2 Curves in space . . . 15

2.3 Differential geometry of surfaces . . . 17

2.3.1 Coordinate system and area element . . . 17

2.3.2 Curvature of surfaces . . . 20

2.3.3 Gauss’s Theorema Egregium . . . 24

2.3.4 The Gauss-Bonnet Theorem . . . 28

2.3.5 The Canham-Helfrich free energy functional . . . 31

3 Gibbs phase diagrams of ternary systems 41 3.1 Introduction . . . 42

3.1.1 Phase coexistence and the Gibbs phase triangle . . . 42

3.1.2 The Flory-Huggins model for a bicomponent system . . . 43

3.1.3 Ternary systems . . . 46

3.2 Thermodynamics of mixtures . . . 48

3.3 Model for ternary lipid mixtures . . . 51

3.4 Phase boundary and line tension . . . 54

3.5 Summary and discussion . . . 61

3.A Optimal concentration profile . . . 64

4 Membrane shapes 67 4.1 Introduction . . . 68

4.2 Energy functional and shape equation . . . 70

4.3 Neck and bulk solutions . . . 71

4.4 Bending moduli and line tensions . . . 73

(5)

vi CONTENTS

4.5 Biological implications . . . 75

4.A Experiments . . . 77

4.B Membrane fluctuations . . . 77

4.B.1 Fluctuations of a periodic membrane patch . . . 78

4.B.2 Fluctuations of a membrane patch on a real vesicle . . . 79

4.C Finding the bulk solution . . . 81

5 Membrane mediated interactions 85 5.1 Introduction . . . 86

5.2 Evidence for interactions . . . 87

5.2.1 Radial distribution function . . . 88

5.2.2 Size distribution . . . 89

5.3 Domain budding . . . 91

5.4 Measuring the interactions . . . 96

5.4.1 Domain position tracking . . . 96

5.4.2 Domain distance statistics . . . 97

5.4.3 Model for the spring constant . . . 98

5.5 Conclusion . . . 102

5.A Domain growth by aggregation: master equation description . . 102

5.B Monte Carlo simulations of the domain size distribution . . . . 105

5.C Interaction potential . . . 106

6 Membrane mediated sorting 111 6.1 Introduction . . . 112

6.2 Analytical model . . . 113

6.3 Simulations . . . 115

6.4 Experimental verification . . . 116

6.5 Conclusion . . . 117

7 Tube pulling by molecular motors 119 7.1 Introduction . . . 120

7.2 Experimental results . . . 123

7.3 Model . . . 124

7.4 Phase diagram . . . 127

7.5 Simulations . . . 128

7.6 Conclusion . . . 130

7.A Experiments . . . 131

Bibliography 133

Samenvatting 141

Publications 149

Curriculum vitae 151

Referenties

GERELATEERDE DOCUMENTEN

The model for the shape of a fully phase-separated vesicle given by equations (4.7) and (4.10) has the bending moduli κ i of the two domains, the line ten- sion τ between them and

Like in appendix 5.A, we assume that the rate k i,j for the fusion of two do- mains of size (i.e., area) i and j can be written as the product of two factors: the rate for

As we have shown in this chapter, membrane mediated interactions on closed vesicles lead to the sorting of domains by size. Our analysis shows that this is due to the fact that

The marked contrast in speed profiles of processive and nonprocessive motors is a signa- ture of different biophysical processes: for processive motors a single cluster remains at

License: Licence agreement concerning inclusion of doctoral thesis in the Institutional Repository of the University of LeidenS. Downloaded

Figuur 8.3: Moleculaire motoren die verantwoordelijk zijn voor de transport- processen binnen een cel hebben ´e´en of twee actieve voeten waarmee ze over onderdelen van het

Mijn vader wil ik bedan- ken voor zijn pragmatische blik en voor het mij leren van de 80/20 regel en mijn moeder voor haar geduld en altijd luisterend oor. Nog veel belangrijker, en

Voor zulke domeinen leidt het proces van membraan gedragen com- municatie tot een repulsieve kracht tussen de domeinen, die afhangt van hun grootte.. Deze kracht heeft tot gevolg dat