Curvature instability in membranes

Abstract
A simple, thermodynamical model was proposed some time ago [1, 2] to describe the physical properties of various systems for which the curvature elastic energy plays an important role. The basis of this model is provided by the notions of effective rigidity and spontaneous curvature. Here we consider the case of bilayer membranes and generalize the model for situations where small adsorbed molecules - a possible source of non-zero spontaneous curvature - can diffuse within the membrane. We show that under certain conditions they destabilize the membrane completely. This « curvature instability » can help to explain certain observed shape transformations of real membranes, such as the echinocytosis of red blood cells.

Résumé
Un modèle thermodynamique simple a été proposé il y a quelques temps [1, 2] pour décrire les propriétés physiques de divers systèmes dans lesquels l'énergie de courbure élastique joue un rôle important. Ce modèle repose sur les notions de rigidité effective et de courbure spontanée. Nous considérons ici le cas de membranes bi-couches et généralisons le modèle pour des situations où de petites molécules adsorbées - une source possible de courbure spontanée non nulle - peuvent diffuser dans la membrane. Nous montrons que dans certaines conditions celles-ci peuvent entièrement destabiliser la membrane. Cette « instabilité de courbure » peut aider à comprendre certains changements de forme observés dans les membranes réelles, tels que l'echinocytose de globules rouges.