Coherent collective dynamics in phospholipid membranes: where are we now?

Autori

  • Valeria Conti Nibali Università degli Studi di Messina and Ruhr-University Bochum
  • Caterina Branca Università degli Studi di Messina
  • Alessandro Paciaroni Università degli Studi di Perugia
  • Ulderico Wanderlingh Università degli Studi di Messina
  • Giovanna D'Angelo Università degli Studi di Messina and Consiglio Nazionale delle Ricerche

DOI:

https://doi.org/10.1478/AAPP.98S1A10

Parole chiave:

phospholipid membranes, collective dynamics, far-infrared spectroscopy, inelastic neutron scattering, inelastic X-ray scattering, molecular dynamics simulations

Abstract

We review the main achievements accomplished in the study of the coherent collective dynamics of phospholipid membranes, i.e., the collective vibrational excitations active on the sub-picoseconds to picoseconds time scale and terahertz frequencies, over a length scale comparable to the angstrom length scale. The first descriptions of the terahertz collective spectrum, mainly assigned to a single longitudinal acoustic-like mode similarly to simple liquids, have been progressively replaced by a complex scenario, with longitudinal and transverse acoustic-like and optic-like inelastic excitations. Complex phenomena (avoided crossing mechanisms between modes, a phonon gap introduced by the disorder and a slow- to fast-sound transition) have been highlighted in the dispersion curves of lipid bilayers. Systematic and comprehensive studies along the lines of the investigations reviewed here contribute to understand the role of the collective (coherent) chain dynamics in the passive transport across bilayers, in the formation of water wires inside dynamic defects in lipid bilayers and in other biological functions of biomembranes.

Biografie autore

  • Valeria Conti Nibali, Università degli Studi di Messina and Ruhr-University Bochum
    Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra (Contrada Papardo, 98166 Messina) and Institute for Physical Chemistry II (Bochum)
  • Caterina Branca, Università degli Studi di Messina
    Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra, Contrada Papardo, 98166 Messina
  • Alessandro Paciaroni, Università degli Studi di Perugia
    Dipartimento di Fisica e Geologia, Via Pascoli, 06123 Perugia
  • Ulderico Wanderlingh, Università degli Studi di Messina
    Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra, Contrada Papardo, 98166 Messina
  • Giovanna D'Angelo, Università degli Studi di Messina and Consiglio Nazionale delle Ricerche
    Dipartimento di Scienze Matematiche e Informatiche, Scienze Fisiche e Scienze della Terra (Contrada Papardo, 98166 Messina) and Istituto Processi Chimico-Fisici, Sezione di Messina (Viale F. Stagno d’Alcontres 37, I-98158 Messina)

Pubblicato

2020-10-01

Fascicolo

Sezione

Glasses & Polymers: The Science of Disorder (Conference Proceedings)