Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

The very fundamental properties of biological membranes can be understood by studying their formation. This sets a good foundation for research related to how the membranes interact with organic molecules and ions; something of great value in the quest of explaining transport phenomena through cell membranes. It is furthermore of growing interest within the pharmacological research and contributes to the apprehension of life at the molecular level. In this thesis Molecular Dynamics has been used to simulate how evenly distributed phospholipids solvated in water leads to the formation of monolayers. An automation program has been written in Python for performing these simulations and is to be used as the foundation for performing simulations in further studies. The program was used to simulate model systems of high- and low concentrations of DPPC lipids. The DPPC lipid, like most other lipids, consist of a hydrophilic "head" part and two lipophilic "tails", which is the main cause of the lipids interacting in such a manner that forms membranes. The low concentration system was simulated for a total of 3 ns with all lipids having reached the surface at 1.5 ns, and the all lipids in the high concentration system had risen at 41 ns with a total simulation time of 43 ns. / De mest grundläggande egenskaperna hos cellmembran kan förstås genom att studera hur dessa bildas. Detta skapar en bra grund för forskning relaterad till hur membranen interagerar med organiska molekyler och joner; något av stort värde i bemödandet att förklara transportfenomen genom cellmembran. Dessutom är det av växande intresse inom den farmakologiska forskningen och bidrar till kunskapen om liv på den molekylära nivån. I denna avhandling har Molekylär Dynamik använts för att simulera hur jämnt fördelade fosfolipider lösta i vatten leder till bildandet av monoskiktade membran. Ett automatiseringsprogram har skrivits i Python för att utföra dessa simuleringar och ska komma att användas som grund för genomförandet av simuleringar i vidare studier. Programmet användes för att simulera modellsystem med höga och låga koncentrationer av DPPC lipider. DPPC lipiden, liksom de flesta andra lipider, består av en hydrofil ''huvud'' -del och två lipofila ''svansar'', vilket är den huvudsakliga orsaken till att lipiderna interagerar på ett sådant sätt som driver bildandet av ett membran. Lågkoncentrationssystemet simulerades i totalt 3 ns, varav 1,5 ns behövdes för att alla lipider skulle nå vattenytan. Alla lipider i högkoncentrationssystemet hade kommit upp till ytan efter 41 ns och för detta system utfördes simuleringen under en total tid på 43 ns.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / The details of Polarization Modulation Near-Field Scanning Optical Microscopy (PM-NSOM) are presented. How to properly calibrate and align the system is also introduced. A measurement of Muscovite crystal is used to display the capabilities of the setup. Measurements of supported Lβʹ 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) lipid bilayers are presented, emphasizing how it was tooled in exploiting the anisotropic nature of the acyl chains. A discussion of how the effective retardance (ΔS = 2π( n_e-n_o )t/λ) and the direction of the projection of the acyl chains (θ) are measured simultaneously is given, (where t is the thickness of the bilayer and λ is the wavelength of light used). It is shown from ΔS the birefringence (ne-no) of the bilayer is determined, by assuming the acyl chain tilt with respect to the membrane's normal to be ϕ ≈ 32. Time varying experiments show lateral diffusions of ~ 2 x 10-12 cm2/s. Temperature controlled PM-NSOM is shown to be a viable way to determine the main phase transition temperature (Tm) for going from the gel Lβʹ to liquid disorder Lα state of supported DPPC bilayers. A change of ΔS ~ (3.8 +/- 0.3 mrad) at the main phase transition temperature Tm (≈41^o C) is observed. This agrees well with previous values of (ne-no) and translates to an assumed <ϕ> ~ 32^o when T < Tm and 0^o when T > Tm. Evidence of supper heating and supper cooling will be presented, along with a discussion of the fluctuations that occur around Tm. Finally it is shown how physical parameters such as the polarizability are extracted from the data. Values of the transverse (αt) and longitudinal (αl) polarizabilites of the acyl chains are shown to be, αt = 44.2 Å3 and αl = 94.4 Å3, which correspond well with the theoretical values of a single palmitic acid (C16) αt = 25.14 Å3 and αl = 45.8 Å3.

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Durant les dernières décennies, la technique Langmuir-Blodgett (LB) s’est beaucoup développée dans l’approche « bottom-up » pour la création de couches ultra minces nanostructurées. Des patrons constitués de stries parallèles d’environ 100 à 200 nm de largeur ont été générés avec la technique de déposition LB de monocouches mixtes de 1,2-dilauroyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (DLPC) et de 1,2-dipalmitoyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (DPPC) sur des substrats de silicium et de mica. Afin d’amplifier la fonctionnalité de ces patrons, la 1-palmitoyl-2-(16-(S-methyldithio)hexadécanoyl)-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (DSDPPC) et la 1-lauroyl-2-(12-(S-methyldithio)dodédecanoyl)-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (DSDLPC) ont été employées pour la préparation de monocouches chimiquement hétérogènes. Ces analogues de phospholipide possèdent un groupement fonctionnel méthyldisulfide qui est attaché à la fin de l’une des chaînes alkyles. Une étude exhaustive sur la structure de la phase des monocouches Langmuir, Langmuir-Schaefer (LS) et LB de la DSDPPC et de la DSDLPC et leurs différents mélanges avec la DPPC ou la DLPC est présentée dans cette thèse. Tout d’abord, un contrôle limité de la périodicité et de la taille des motifs des stries parallèles de DPPC/DLPC a été obtenu en variant la composition lipidique, la pression de surface et la vitesse de déposition. Dans un mélange binaire de fraction molaire plus grande de lipide condensé que de lipide étendu, une vitesse de déposition plus lente et une plus basse pression de surface ont généré des stries plus continues et larges. L’addition d’un tensioactif, le cholestérol, au mélange binaire équimolaire de la DPPC/DLPC a permis la formation de stries parallèles à de plus hautes pressions de surface. La caractérisation des propriétés physiques des analogues de phospholipides a été nécessaire. La température de transition de phase de la DSDPPC de 44.5 ± 1.5 °C comparativement à 41.5 ± 0.3 °C pour la DPPC. L’isotherme de la DSDPPC est semblable à celui de la DPPC. La monocouche subit une transition de phase liquide-étendue-à-condensée (LE-C) à une pression de surface légèrement supérieure à celle de la DPPC (6 mN m-1 vs. 4 mN m-1) Tout comme la DLPC, la DSDLPC demeure dans la phase LE jusqu’à la rupture de la monocouche. Ces analogues de phospholipide existent dans un état plus étendu tout au long de la compression de la monocouche et montrent des pressions de surface de rupture plus basses que les phospholipides non-modifiés. La morphologie des domaines de monocouches Langmuir de la DPPC et de la DSDPPC à l’interface eau/air a été comparée par la microscopie à angle de Brewster (BAM). La DPPC forme une monocouche homogène à une pression de surface (π) > 10 mN/m, alors que des domaines en forme de fleurs sont formés dans la monocouche de DSDPPC jusqu’à une π ~ 30 mN m-1. La caractérisation de monocouches sur substrat solide a permis de démontrer que le patron de stries parallèles préalablement obtenu avec la DPPC/DLPC était reproduit en utilisant des mélanges de la DSDPPC/DLPC ou de la DPPC/DSDLPC donnant ainsi lieu à des patrons chimiquement hétérogènes. En général, pour obtenir le même état de phase que la DPPC, la monocouche de DSDPPC doit être comprimée à de plus hautes pressions de surface. Le groupement disulfide de ces analogues de phospholipide a été exploité, afin de (i) former des monocouches auto-assemblées sur l’or et de (ii) démontrer la métallisation sélective des terminaisons fonctionnalisées des stries. La spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X (XPS) a confirmé que la monocouche modifiée réagit avec la vapeur d’or pour former des thiolates d’or. L’adsorption de l’Au, de l’Ag et du Cu thermiquement évaporé démontre une adsorption préférentielle de la vapeur de métal sur la phase fonctionnalisée de disulfide seulement à des recouvrements sub-monocouche. / In the past two decades, the Langmuir-Blodgett (LB) technique has emerged as a bottom-up route to create nanostructured ultrathin films. Patterns consisting of parallel stripes, ∼100 to 200 nm in width, were generated via the LB deposition of mixed monolayers of 1,2-dilauroyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DLPC), and 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) onto silicon and mica substrates. To expand the functionality of these patterns, 1-palmitoyl-2-(16-(S-methyldithio)hexadecanoyl)-sn-glycero-3-phosphocholine (DSDPPC) and 1-lauroyl-2-(12-(S-methyldithio)dodecanoyl)-sn-glycero-3-phosphocholine (DSDLPC) were used to prepare chemically heterogeneous films. These phospholipid analogues have a methyldisulfide group attached to one of the alkyl chain ends. An extensive study of the phase structure of Langmuir, Langmuir-Shaefer and LB films of DSDPPC and DSDLPC and their mixtures with DPPC or DLPC is presented in this thesis. Limited control over the regularity and feature size of the DPPC/DLPC stripe pattern was achieved by varying the lipid composition, deposition pressure, and substrate withdrawal speed. A higher percentage of condensed versus fluid lipid, slower deposition speed, and lower surface pressure create more continuous and wider stripes. The addition of a lineactant, cholesterol, to the DPPC/DLPC 1:1 (mol/mol) mixture allowed the formation of parallel stripes at higher surface pressure. The gel-to-liquid crystalline transition temperature of DSDPPC was determined to be 44.5 ± 1.5 °C versus 41.5 ± 0.3 °C for DPPC by DSC and turbidity measurements. The pressure-area isotherm of DSDPPC is similar to that of DPPC. The monolayer undergoes a liquid expanded-to-condensed (LE-C) phase transition at a surface pressure slightly higher than that of DPPC (6 mN m-1 vs. 4 mN m-1). Like DLPC, DSDLPC remains in the LE phase until the film collapse. The disulfide-modified lipids exist in a more expanded state throughout the monolayer compression and exhibit lower collapse pressures than the unmodified phospholipids. The domain morphologies of DPPC and DSDPPC at the air/water interface were compared using Brewster Angle Microscopy. DPPC forms a homogeneous monolayer at a surface pressure (π) > 10 mN m-1, while flower-like domains exist in the DSDPPC monolayers until π ∼ 30 mN m-1. Solid-supported DSDPPC films were prepared and characterized using various surface analysis techniques. The parallel stripe pattern previously obtained with mixtures of DPPC/DLPC was reproduced using DSDPPC/DLPC or DPPC/DSDLPC mixtures resulting in chemically-differentiated patterns. The average stripe width varied from 150 to 500 nm, depending on the lipid composition and deposition pressure. The disulfide group of the analogues was exploited to (i) form self-assembled monolayers of phospholipids on gold and (ii) demonstrate the selective metallization of the disulfide-terminated areas of the stripe patterns. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) confirmed that the monolayer-bound disulfides react with Au vapor to form a gold-thiolate species. Thermally evaporated Au, Ag and Cu exhibit preferential absorption onto the modified lipids only at submonolayer coverages.

Durant les dernières décennies, la technique Langmuir-Blodgett (LB) s’est beaucoup développée dans l’approche « bottom-up » pour la création de couches ultra minces nanostructurées. Des patrons constitués de stries parallèles d’environ 100 à 200 nm de largeur ont été générés avec la technique de déposition LB de monocouches mixtes de 1,2-dilauroyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (DLPC) et de 1,2-dipalmitoyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (DPPC) sur des substrats de silicium et de mica. Afin d’amplifier la fonctionnalité de ces patrons, la 1-palmitoyl-2-(16-(S-methyldithio)hexadécanoyl)-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (DSDPPC) et la 1-lauroyl-2-(12-(S-methyldithio)dodédecanoyl)-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (DSDLPC) ont été employées pour la préparation de monocouches chimiquement hétérogènes. Ces analogues de phospholipide possèdent un groupement fonctionnel méthyldisulfide qui est attaché à la fin de l’une des chaînes alkyles. Une étude exhaustive sur la structure de la phase des monocouches Langmuir, Langmuir-Schaefer (LS) et LB de la DSDPPC et de la DSDLPC et leurs différents mélanges avec la DPPC ou la DLPC est présentée dans cette thèse. Tout d’abord, un contrôle limité de la périodicité et de la taille des motifs des stries parallèles de DPPC/DLPC a été obtenu en variant la composition lipidique, la pression de surface et la vitesse de déposition. Dans un mélange binaire de fraction molaire plus grande de lipide condensé que de lipide étendu, une vitesse de déposition plus lente et une plus basse pression de surface ont généré des stries plus continues et larges. L’addition d’un tensioactif, le cholestérol, au mélange binaire équimolaire de la DPPC/DLPC a permis la formation de stries parallèles à de plus hautes pressions de surface. La caractérisation des propriétés physiques des analogues de phospholipides a été nécessaire. La température de transition de phase de la DSDPPC de 44.5 ± 1.5 °C comparativement à 41.5 ± 0.3 °C pour la DPPC. L’isotherme de la DSDPPC est semblable à celui de la DPPC. La monocouche subit une transition de phase liquide-étendue-à-condensée (LE-C) à une pression de surface légèrement supérieure à celle de la DPPC (6 mN m-1 vs. 4 mN m-1) Tout comme la DLPC, la DSDLPC demeure dans la phase LE jusqu’à la rupture de la monocouche. Ces analogues de phospholipide existent dans un état plus étendu tout au long de la compression de la monocouche et montrent des pressions de surface de rupture plus basses que les phospholipides non-modifiés. La morphologie des domaines de monocouches Langmuir de la DPPC et de la DSDPPC à l’interface eau/air a été comparée par la microscopie à angle de Brewster (BAM). La DPPC forme une monocouche homogène à une pression de surface (π) > 10 mN/m, alors que des domaines en forme de fleurs sont formés dans la monocouche de DSDPPC jusqu’à une π ~ 30 mN m-1. La caractérisation de monocouches sur substrat solide a permis de démontrer que le patron de stries parallèles préalablement obtenu avec la DPPC/DLPC était reproduit en utilisant des mélanges de la DSDPPC/DLPC ou de la DPPC/DSDLPC donnant ainsi lieu à des patrons chimiquement hétérogènes. En général, pour obtenir le même état de phase que la DPPC, la monocouche de DSDPPC doit être comprimée à de plus hautes pressions de surface. Le groupement disulfide de ces analogues de phospholipide a été exploité, afin de (i) former des monocouches auto-assemblées sur l’or et de (ii) démontrer la métallisation sélective des terminaisons fonctionnalisées des stries. La spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X (XPS) a confirmé que la monocouche modifiée réagit avec la vapeur d’or pour former des thiolates d’or. L’adsorption de l’Au, de l’Ag et du Cu thermiquement évaporé démontre une adsorption préférentielle de la vapeur de métal sur la phase fonctionnalisée de disulfide seulement à des recouvrements sub-monocouche. / In the past two decades, the Langmuir-Blodgett (LB) technique has emerged as a bottom-up route to create nanostructured ultrathin films. Patterns consisting of parallel stripes, ∼100 to 200 nm in width, were generated via the LB deposition of mixed monolayers of 1,2-dilauroyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DLPC), and 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) onto silicon and mica substrates. To expand the functionality of these patterns, 1-palmitoyl-2-(16-(S-methyldithio)hexadecanoyl)-sn-glycero-3-phosphocholine (DSDPPC) and 1-lauroyl-2-(12-(S-methyldithio)dodecanoyl)-sn-glycero-3-phosphocholine (DSDLPC) were used to prepare chemically heterogeneous films. These phospholipid analogues have a methyldisulfide group attached to one of the alkyl chain ends. An extensive study of the phase structure of Langmuir, Langmuir-Shaefer and LB films of DSDPPC and DSDLPC and their mixtures with DPPC or DLPC is presented in this thesis. Limited control over the regularity and feature size of the DPPC/DLPC stripe pattern was achieved by varying the lipid composition, deposition pressure, and substrate withdrawal speed. A higher percentage of condensed versus fluid lipid, slower deposition speed, and lower surface pressure create more continuous and wider stripes. The addition of a lineactant, cholesterol, to the DPPC/DLPC 1:1 (mol/mol) mixture allowed the formation of parallel stripes at higher surface pressure. The gel-to-liquid crystalline transition temperature of DSDPPC was determined to be 44.5 ± 1.5 °C versus 41.5 ± 0.3 °C for DPPC by DSC and turbidity measurements. The pressure-area isotherm of DSDPPC is similar to that of DPPC. The monolayer undergoes a liquid expanded-to-condensed (LE-C) phase transition at a surface pressure slightly higher than that of DPPC (6 mN m-1 vs. 4 mN m-1). Like DLPC, DSDLPC remains in the LE phase until the film collapse. The disulfide-modified lipids exist in a more expanded state throughout the monolayer compression and exhibit lower collapse pressures than the unmodified phospholipids. The domain morphologies of DPPC and DSDPPC at the air/water interface were compared using Brewster Angle Microscopy. DPPC forms a homogeneous monolayer at a surface pressure (π) > 10 mN m-1, while flower-like domains exist in the DSDPPC monolayers until π ∼ 30 mN m-1. Solid-supported DSDPPC films were prepared and characterized using various surface analysis techniques. The parallel stripe pattern previously obtained with mixtures of DPPC/DLPC was reproduced using DSDPPC/DLPC or DPPC/DSDLPC mixtures resulting in chemically-differentiated patterns. The average stripe width varied from 150 to 500 nm, depending on the lipid composition and deposition pressure. The disulfide group of the analogues was exploited to (i) form self-assembled monolayers of phospholipids on gold and (ii) demonstrate the selective metallization of the disulfide-terminated areas of the stripe patterns. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) confirmed that the monolayer-bound disulfides react with Au vapor to form a gold-thiolate species. Thermally evaporated Au, Ag and Cu exhibit preferential absorption onto the modified lipids only at submonolayer coverages.

Η υπέρταση είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που αυξάνει τα καρδιαγγειακά επεισόδια τα οποία ευθύνονται περίπου για το ήμισυ των θανατηφόρων επεισοδίων στους ενήλικους. To σύστημα ρενίνης-αγγειοτασίνης-αλδοστερόνης (ΣΡΑΑ) διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στην παθοφυσιολογία των καρδιαγγειακών νόσων. Η αναστολή του ΣΡΑΑ σε παθολογικές καταστάσεις μπορεί να πραγματοποιηθεί με αναστολή του ενζύμου της ρενίνης ή παρεμπόδιση της σύνδεσης της ΑΙΙ με τους υποδοχείς ΑΤ1. Έχει διατυπωθεί η υπόθεση ότι τα αμφοτερικά μόρια για να αλληλεπιδράσουν με τον υποδοχέα θα πρέπει πρώτα να εισδύσουν σε κατάλληλη τοπογραφική θέση στις βιολογικές μεμβράνες και μετά με διάχυση να προσεγγίσουν το ενεργό κέντρο όπου όταν προσδεθούν με μία σειρά αντιδράσεων θα εξασκήσουν τη βιολογική τους δράση. Για την κατανόηση του ρόλου των μεμβρανών στο σύστημα ΣΡΑΑ μελετήθηκαν οι αλληλεπιδράσεις της αλισκιρένης (αναστολέας ρενίνης) και ολμεσαρτάνης (ανταγωνιστής αγγειοτασίνης ΙΙ) σε μοντέλα διπλοστιβάδων διπαλμιτικής φωσφατιδυλοχολίνης με ή χωρίς χοληστερόλη. Οι μελέτες διεξήχθησαν κάνοντας χρήση Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (υγρής και στερεής κατάστασης), Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης, Φασματοσκοπίας Raman και Περίθλασης Ακτίνων-Χ. Σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων με άλλες σαρτάνες που μελετήθηκαν κάνοντας χρήση τις ίδιες τεχνικές απόδειξαν ότι όλα τα φάρμακα του ΣΡΑΑ εντοπίζονται στην ενδιάμεση φάση όπου εξασκούν διαφορετικές υδρόφιλες και λιπόφιλες αλληλεπιδράσεις. Επομένως το κάθε φάρμακο αποτυπώνει τη δική του σφραγίδα μέσα στις λιπιδικές διπλοστιβάδες. Αυτή η μοναδικότητα στις αλληλεπιδράσεις κάθε φαρμάκου με τις λιπιδικές διπλοστιβάδες ίσως να σχετίζεται και με τη μοναδικότητα του στο φαρμακευτικό του προφίλ. Ένα άλλο ενδιαφέρον αποτέλεσμα που προέκυψε από τις μελέτες είναι ότι η ολμεσαρτάνη σε μεθανολικό διάλυμα τόσο σε χαμηλή θερμοκρασία όσο και σε θερμοκρασία δωματίου δεν είναι σταθερή και μετατρέπεται στο αιθερικό της παράγωγο το οποίο ταυτοποιήθηκε φασματοσκοπικά. Στις ίδιες συνθήκες δεν παρατηρήθηκε εστεροποίηση. / Hypertension is one of the major risk factors responsible for the increase of half of the cardiovascular episodes in the adults. The system of Renin-Angiotensin-Aldosterone (RAAS) plays a determinative role in the pathophysiology of cardiovascular diseases. In a pathological state the aim is to block the generation of Angiotensin II through inhibition of rennin or angiotensin converting enzymes or its action on AT1 receptor. It has been hypothesized that amphiphilic molecules in order to exert their action on the receptor site, they have first to enter into the lipidic core of the lipid bilayers and then diffuse towards the active site. Thus, if this mechanism is applied, the lipidic part of the membrane bilayers appears to play an important role in the membrane action. To comprehend on the membrane:drug interactions we have studied the effects of olmesartan and aliskiren using dipalmitoylphosphatidylcholine bilayers with or without cholesterol. Various physical chemical methodologies such as liquid and solid state NMR , x-ray diffraction, Raman spectroscopy and Differential Scanning Calorimetry have been applied. The comparative results with other SARTANs showed that all drugs of the RAAS system act on the polar group and upper part of the alkyl chain, but exert different interactions. Thus, each drug is characterized by its own fingerprint in terms of its interactions and this may explain its unique pharmacological profile. Another, intriguing result derived from this thesis dissertation is the observation that olmesartan in methanolic solution is converted to its ether analogue. This isolated product was unambiguously structurally elucidated using a combination of LC-MS and 2D NMR spectroscopy.

In the first part of the thesis, the molecular structure and electronic properties of phospholipids at the single molecule level and also for a monolayer structure are investigated via ab initio calculations under different degrees of hydration. The focus of the study is on phosphatidylcholines, in particular dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC), which are the most abundant phospholipids in biological membranes. Upon hydration, the phospholipid shape into a sickle-like structure. The hydration dramatically alters the surface potential, dipole and quadrupole moments of the lipids, and probably guides the interactions of the lipids with other molecules and the communication between cells. The vibrational spectrum of DPPC and DPPC-water complexes are completely assigned and it is shown that water hydrating the lipid head groups enables efficient energy transfer across membrane leaflets on sub-picosecond time scales. Moreover, the vibrational modes and lifetimes of pure and hydrated DPPC lipids, at human body temperature, are estimated by performing ab initio molecular dynamics simulations. The vibrational modes of the water molecules close to the head group of DPPC are active in the frequency range between 0.5 - 55 THz, with a peak at 2.80 THz in the energy spectrum. The computed lifetimes for the high-frequency modes agree well with recent data measured at room temperature, where high-order phonon scattering is not negligible. The structure and auto-ionization of water at the water-phospholipid interface are investigated by ab initio molecular dynamics and ab initio Monte Carlo simulations using local density approximation and generalized gradient approximation for the exchange-correlation energy functional. Depending on the lipid head group, strongly enhanced ionization is observed, leading to dissociation of several water molecules into H+ and OH- per lipid. The results can shed light on the phenomena of the high proton conductivity along membranes that has been reported experimentally. In the second part of the thesis, Monte Carlo simulations of the lipid bilayer, on the basis of a coarse grained model, are performed to gain insight into the mechanical properties of planar lipid bilayers. By using a rescaling method, the Poisson's ratio is calculated for different phases. Additional information on the bending rigidity, determined from height fluctuations on the basis of the Helfrich Hamiltonian, allows for calculation of the Young's modulus for each phase. In addition, the free energy barrier for lipid flip-flop process in the fluid and gel phases are estimated. The main rate-limiting step to complete a flip-flop process is related to a free energy barrier that has to be crossed in order to reach the center of the bilayer. The free energy cost for performing a lipid flip-flop in the gel phase is found to be five times greater than in the fluid phase, demonstrating the rarity of such events in the gel phase. Moreover, an energy barrier is estimated for formation of transient water pores that often precedes lipid translocation events and accounts for the rate-limiting step of these pore-associated lipid translocation processes.