Membrane Mechanics of Endocytosis in Cells with Turgor
内吞作用是细胞将细胞外膜和物质内化的一个重要过程。在具有膨压的细胞中，压力对抗膜变形，并且增加必须由内吞机制产生的力的量。为了确定这个力，并计算膜的形状，我们使用物理理论来模拟压力下的弹性表面。假设包被的膜是高度刚性的，并优先弯曲的内吞部位的实验配置文件的准确拟合。肌动蛋白机械所需的力在变形开始时达到峰值，这表明一旦内陷开始，内吞就不太可能在完成之前停止。外壳蛋白不降低起始力，但可能通过它们诱导的曲率影响该过程。在各向同性曲率诱导剂的存在下，拉动内陷的尖端可以触发在内陷的基部处形成颈部。因此，可能不需要肌动蛋白直接收缩颈部，而它的牵拉作用是必不可少的。最后，该理论表明，各向异性曲率效应器稳定膜内陷，因此新月形BAR结构域蛋白（如Rvs167）的丢失可能引发膜断裂。
2015-09-02 physics.bio-ph q-bio.SC
Models of dynamic extraction of lipid tethers from cell membranes
当与完整的膜受体结合的配体被拉动时，膜和下面的细胞骨架可以在膜从细胞骨架脱层或配体从受体分离之前变形。如果膜从细胞骨架脱层，它可能会被进一步挤压并形成膜系链。我们开发了一个现象学模型，这个过程假设变形服从胡克定律的临界力，在该临界力下，细胞膜局部脱离细胞骨架和膜系链的形式。我们计算系绳形成的概率，并表明，它们只能在一个中间范围内的力加载速率和拉速度被挤出。计算配体脱离时产生的平均系链长度，以及产生最长系链的力加载速率和牵拉速度。
2010-02-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Binding equilibrium and kinetics of membrane-anchored receptors and ligands in cell adhesion: insights from computational model systems and theory
细胞膜的粘附是由膜锚定受体和配体蛋白的结合介导的。在这篇文章中，我们回顾了最近的结果，从模拟和理论，导致新的见解，这些蛋白质的结合平衡和动力学是如何影响的膜和膜锚定和分子特性的蛋白质。模拟和理论都表明，结合平衡常数K2D和锚定的受体和配体在其“二维”（2D）的膜环境中的开和关速率常数强烈依赖于膜粗糙度从热激发的形状波动的纳米尺度。通过模拟证实的最新理论提供了K2D与缺乏膜锚并且在三维（3D）中自由扩散的受体和配体的可溶性变体的结合常数K3D之间的一般关系。
2016-06-14 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.SC
Dynamics of particle uptake at cell membranes
受体介导的内吞作用要求粘附能克服质膜的变形能。由此产生的驱动力是平衡的耗散力，导致确定性的动力学方程。虽然自由膜的形状对张力膜和松散膜不起重要作用，但在中间状态下，它导致重要的能量势垒。在这里，我们表明，这种障碍是类似的，但不同于有效的线张力，并提出了一个简单的解析近似，然后，我们探讨了丰富的动态摄取不同形状的粒子，并提出相应的动态状态图。我们还扩展了我们的模型，包括随机波动，这有利于吸收，并导致相应的变化的相图。
2019-10-25 cond-mat.soft q-bio.SC
Cytoskeleton mediated effective elastic properties of model red blood cell membranes
人红细胞的质膜由附着在下面的细胞骨架聚合物的规则网络上的脂质双层组成。我们在一个动态的粗粒度的水平上对这个系统进行建模，将双层视为一个弹性片，将细胞骨架网络视为一系列幻影熵弹簧。与之前的模拟工作相比，我们明确地解释了细胞骨架网络的动力学，通过蛋白质锚的运动将细胞骨架连接到双层，并通过单个细胞骨架丝的断裂和重新连接。在一个简单的平均场渗流模型的上下文中解释了模拟结果，并与红细胞波动幅度的实验测量结果进行了比较。
2008-06-24 cond-mat.soft q-bio.SC
Membrane Thickness Sensitivity of Avian Prestin: Implications
本文提出鸟类 prestin 虽无膜面积变化，但可通过膜蛋白剪切变形的构象转变实现运动功能，从而解释其膜厚度敏感性。
2023-07-05 physics.bio-ph q-bio.SC
Coagulation model for ion channels in the lipid membranes
一个二维（2D）模型的开发来描述斑点图案（域）的脂质膜的结果，从凝结的离子通道的增长。假设离子通道在被激活时可以凝结，例如神经递质可以充当脂质基质中的一些离子通道的表面活性物质，或者激活可以导致离子通道的极性增加，这由于布朗扩散运动而引起它们的凝结过程。结果表明，离子通道的电畴半径rD与时间成rD~ time ^0. 4的比例关系，电畴半径在较长时间内的减慢和随后的饱和与实验定性一致。
2018-06-21 physics.bio-ph q-bio.SC
Spatiotemporal dynamics of ionic reorganization near biological membrane interfaces
本研究通过理论和模拟揭示跨膜局域化离子泵产生长程电场，其传播速度远超扩散，对生物信号传导具有重要意义。
2024-07-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Electromediated formation of DNA complexes with cell membranes and its consequences for gene delivery
电穿孔是诱导真核细胞和组织摄取治疗药物和DNA的物理方法。电介导的膜透化质粒DNA背后的现象已被证明是显着更复杂的比那些小分子。小分子通过扩散穿过透化膜，而质粒DNA首先与细胞表面的电透化部分相互作用，形成局部聚集体。这个过程的动力学仍然知之甚少，因为直接观测仅限于秒级。在这里，细胞在质粒DNA的存在下进行电透化，并以2 ms的时间分辨率进行监测。这使我们能够表明，在第一次脉冲应用期间，质粒复合物或聚集体开始在细胞膜上的不同位点形成。FRAP的测量表明，这些网站的位置是显着的固定在进一步的脉冲的应用。提出了一个理论模型来解释不同的相互作用位点的出现，DNA的数量增加，也导致他们的不动性的尝试性解释电介导的基因传递的成功。
2011-02-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Mechanobiology predicts raft formations triggered by ligand-receptor activity across the cell membrane
不同类型的配体结合受体聚集在细胞膜增厚的岛上，即脂筏，是实验观察到的现象。虽然其对细胞反应的影响进行了深入研究，但在配体结合过程中涉及活性受体和周围脂质膜的机械过程和多物理学之间的耦合作用尚未被理解。具体而言，这项工作的重点是G蛋白偶联受体（GPCR），它通过化学信号通路调节特定的细胞过程，涉及细胞内环境中由活性GPCR产生的环腺苷酸（cAMP）及其流出之间的协同平衡，由多药耐药蛋白（MRP）转运蛋白介导。本文发展了一个多物理方法之间的相互作用的基础上的能量，多尺度的几何变化和物质平衡的物种，即活跃的GPCR和MRP，包括扩散和动力学的结合和解除结合。由于所获得的能量取决于运动学和物种密度的变化，质量和线性动量的平衡被耦合并支配细胞膜的时空演化。机械生物学涉及重塑和改变的脂质排序的细胞膜允许预测动力学的转运蛋白和活性受体-在协议与实验观察到的cAMP水平-以及后者如何触发筏形成和簇在这些网站上。在目前关于严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）的科学辩论中，并基于脂筏通常作为病毒进入端口的确定事实，人们认为，解释机械生物学方面强耦合的方法甚至有助于更好地理解膜介导的现象，如COVID-19病毒-细胞相互作用。
2020-05-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Stochastic Dynamics of Electrical Membrane with Voltage-Dependent Ion Channel Fluctuations
建立了Hodgkin-Huxley（HH）电化学膜系统的布朗棘轮随机理论。该系统的特征在于一个连续变量$Q_m(t)$，代表移动膜电荷密度，和一个离散变量$K_t$代表离子通道构象动力学。当多个导电离子有一个共同的反转电位时，得到一个能斯特-普朗克-奈奎斯特-约翰逊平衡。细致平衡产生了以前未知的通道转换速率和膜电容之间的关系，绕过Eyring型显式处理的门控电荷动力学。从分子结构的角度来看，膜电荷$Q_m$是一个更自然的动态变量比潜在的$V_m$ ;我们的形式主义对待$Q_m$依赖的构象转变速率$λ_{ij}$作为内在参数。因此，原则上，$λ_{ij}$与$V_m$是实验方案依赖性的，例如，不同于电压或电荷箝位测量。对于恒定的膜电容每单位面积$C_m$和忽略膜电位引起的门控电荷，$V_m=Q_m/C_m$，HH的形式主义恢复。两种类型的离子的存在下，具有不同的通道和反转电位，引起一个非平衡稳态与正熵产生$e_p$。对于快速波动的通道，获得了$e_p$的表达式。
2014-04-06 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Min-oscillations in Escherichia coli induced by interactions of membrane-bound proteins
在分裂过程中，细胞正确地确定分裂位点是至关重要的。大肠杆菌在中间分裂，产生两个大小相等的子细胞。选择中心作为正确的分裂位点部分是通过Min蛋白实现的。它们在两个细胞极之间振荡，从而防止在这些位置分裂。在这里，这些振荡的现象学描述，在细胞膜上的蛋白质之间的横向相互作用发挥了关键作用。动态方程的解决方案进行了比较，实验结果。特别是，振荡的时间周期被测量为细胞长度的函数，并发现与理论预测是兼容的。
2005-04-13 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Surface-guided computing to analyze subcellular morphology and membrane-associated signals in 3D
本文提出u-Unwrap3D框架，通过双向映射将复杂三维细胞表面及膜信号转换为低维表示，实现表面引导计算，用于定量分析Septin招募、肌动蛋白富集和皱褶运动等细胞过程。
2023-04-12 eess.IV physics.bio-ph q-bio.CB
