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 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
Computation of a Theoretical Membrane Phase Diagram, and the Role of Phase in Lipid Raft-Mediated Protein Organization
脂相异质性在质膜被认为是至关重要的细胞信号的许多方面，但参与膜域，如“脂筏”的物理基础仍然存在争议。在这里，我们考虑一个晶格模型产生的相图，其中包括几个国家提出的相关的细胞膜，包括微乳液-这可能与膜曲率-和伊辛临界行为。使用基于神经网络的机器学习方法，我们计算了这个晶格模型的完整相图。我们在肥大细胞中信号传导起始事件的背景下分析了该相图的选定区域：膜锚定酪氨酸激酶Lyn募集到IgE-FcεRI受体的跨膜簇。我们发现，微乳液和伊辛临界状态下的模型膜系统可以介导大致相等水平的激酶募集（结合能~ -0.6 kBT），而接近三临界点的膜可以介导更强的激酶募集（~ 1.7 kBT）。通过在一个单一的理论框架内比较几个模型的脂质异质性，这项工作指出现有模型之间的可测试的差异。我们还建议作为一个新的可能性的膜结构域的基础上，促进优先分配的信号成分的三临界点。
2018-02-04 physics.bio-ph q-bio.SC
Healthy sweet inhibitor of Plasmodium falciparum aquaglyceroporin
恶性疟原虫水甘油孔蛋白（PfAQP）是疟疾寄生虫质膜中的多功能通道蛋白，导致每年感染超过100万人的最严重形式的疟疾。为了找到一种抑制PfAQP的新方法，我对PfAQP-膜系统的原子模型进行了3微秒以上的计算机实验，并计算了六种渗透物（水、水、甘油、尿素、氨和铵）的化学势分布，这些渗透物可以通过PfAQP的传导孔有效地穿过恶性疟原虫的质膜。该曲线显示，在所有现有的体外数据支持的情况下，在其渗透通道中具有深沟的PfAQP本身的渗透物，强烈抑制PfAQP的转运水、甘油、尿素、氨和铵的功能（IC 50在高纳摩尔的范围内）。这表明，通常被认为是安全的甜味剂，可能是杀死体内疟疾寄生虫而不会引起严重副作用的药物。
2013-05-17 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.SC
Endocytic proteins drive vesicle growth via instability in high membrane tension environment
网格蛋白介导的内吞作用（CME）是通过膜囊泡将货物转运到细胞中的关键途径。它在营养输入、信号转导、神经传递和病原体和载药纳米颗粒的细胞进入中起着不可或缺的作用。由于CME需要质膜的大量局部重塑，膜张力的存在提供了对弯曲的抵抗力，因此，囊泡形成。实验表明，在这样的高张力条件下，肌动蛋白动力学是成功进行CME所必需的。在这项研究中，我们建立在这些开创性的实验研究，提供基本的机制洞察的作用，两个关键的内吞蛋白，即肌动蛋白和BAR蛋白在驱动囊泡形成在高膜张力环境。我们的研究揭示了一种新的肌动蛋白力诱导的“快速通过不稳定性”，触发了一个快速的形状转变，从浅内陷到高度内陷的管状结构。我们发现，BAR蛋白的协会稳定囊泡，并诱导一个温和的不稳定。此外，我们提出了一个新的违反直觉的作用BAR解聚调节囊泡的形状演变。我们表明，BAR蛋白的解离，支持肌动蛋白BAR协同作用，导致相当大的伸长和挤压的囊泡。超越膜的几何形状，我们提出了一个新的压力为基础的观点的发病囊泡断裂和预测的形状和组成分离囊泡。我们提出的管理单元通过过渡和高面内应力作为可能的解释有趣的直接转化的广泛和浅的内陷到分离的囊泡在BAR突变酵母细胞。
2015-02-14 physics.bio-ph q-bio.SC
A model of HIV budding and self-assembly, role of cell membrane
从宿主细胞的质膜出芽是人类免疫缺陷病毒（HIV）生命周期中不可或缺的一步，HIV属于包膜RNA病毒（逆转录病毒）的大家族。与常规包膜病毒不同，逆转录病毒出芽与逆转录病毒蛋白亚基（Gags）在细胞膜上自组装成球形病毒衣壳{ \em同时}发生。在这种独特的出芽和组装机制的引导下，我们研究了逆转录病毒出芽的自由能分布，同时考虑到Gag-Gag吸引能和膜弹性能。我们发现，如果Gag-Gag吸引力很强，萌芽总是进行到完成。在出芽初期，部分出芽衣壳的天顶角$α$随时间增加，为$α\propto t^{1/3}$。然而，当Gag-Gag吸引力较弱时，就会出现部分萌芽的亚稳态。这些部分球形衣壳的天顶角由线性近似的$α_0\simeq(τ^2/κσ)^{1/4}$给出，其中$κ$和$σ$是膜的弯曲模量和表面张力，并且$τ$是与Gag-Gag吸引力的强度成比例的衣壳的线张力。在数值上，我们发现$α_0<0.3π$没有任何近似。使用实验参数，我们表明，艾滋病毒的出芽和组装总是在正常的生物条件下进行完成。另一方面，通过改变Gag-Gag相互作用强度或膜刚度，相对容易在完全出芽和部分出芽之间来回调节。我们的模型与观察包括HIV在内的逆转录病毒部分出芽的实验相当吻合。
2008-03-19 cond-mat.soft q-bio.SC
Phosphatidylserine transport in cell life and death
本综述梳理了磷脂酰丝氨酸（PS）的非囊泡转运、跨膜翻转及质膜纳米簇集的最新研究，探讨了相关蛋白协作、PS分布异常致病及PS在病毒感染中的作用，为理解PS调控细胞生死的机制提供参考。
2023-11-09 q-bio.SC
Coat stiffening can explain invagination of clathrin-coated membranes
Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）；Heidelberg University（海德堡大学）
本研究针对网格蛋白介导内吞的物理机制不明的问题，结合多组高分辨率成像数据与协同曲率模型确定内陷共识路径，提出包被硬化是内陷核心机制，并预测两个决定内陷路径的长度尺度。
2024-09-19 cond-mat.soft q-bio.SC
Stability Analysis of a Bulk-Surface Reaction Model for Membrane-Protein Clustering
蛋白质在质膜上的聚集对于许多细胞过程如细胞黏附、内吞作用、纤维状构象和囊泡运输至关重要。蛋白质聚集体或簇在PM表面上的横向扩散在控制其非均匀表面分布中起着重要作用。然而，蛋白质聚集体的表面分布的稳定性行为仍然知之甚少。因此，了解的空间模式，可以出现在PM上只通过蛋白质相互作用，横向扩散，和反馈是一个重要的一步，对背后的蛋白质聚集在细胞表面的机制的完整描述。在这项工作中，我们调查的图案形成的反应扩散模型，描述了配体-受体复合物的系统的动力学。胞质溶胶中的纯扩散配体可以结合PM中的受体，并且所得的配体-受体复合物不仅横向扩散，而且还可以形成导致不同寡聚体的簇。最后，最大的寡聚体在正反馈中从胞质溶胶中募集配体。从方法论的角度来看，我们提供的扩散驱动的不稳定性的蛋白质聚集体的图灵机制的基础上的理论估计。我们的主要结果是一个阈值现象，其中一个足够高的招聘配体促进新的单体成分的输入，从而驱动形成一个单一的补丁空间异质稳态。
2019-08-14 math.AP q-bio.SC
Molecular Brightness analysis of GPCR oligomerization in the presence of spatial heterogeneity
测量质膜蛋白的寡聚化具有生物物理和生物医学意义。这对于GPCR尤其如此，GPCR是一个大家族的蛋白质，代表了超过三分之一的FDA批准药物的靶标。在过去的三十年里，荧光显微镜一直是解决这一问题的主要方法。然而，尽管有大量的研究和方法，但对大多数全球项目完成报告而言，其结果仍然存在很大争议，这可能是由于所采用的具体方法种类繁多。
2019-07-25 physics.data-an q-bio.CB q-bio.QM
Active Force Dynamics in Red Blood Cells Under Non-Invasive Optical Tweezers
Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；Instituto de Investigación Sanitaria Hospital Doce de Octubre（马德里十二月十二日医院卫生研究所）；Universidad Francisco de Vitoria（弗朗西斯科德维多利亚大学）
该研究利用非侵入式光学镊子技术，揭示红细胞在不同化学处理下的机械动态特性，通过膜力波动分析区分代谢与结构状态，为活细胞主动力学研究提供新方法。
2025-12-15 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.CB
A new model of filtration and macromolecules transport across capillary walls
University of Trento（特伦托大学）
本文提出一个新模型，通过耦合流体和传输方程，研究毛细血管壁的过滤和大分子运输过程，揭示了毛细血管壁结构对压力分布的影响。
2013-08-09 cs.NA math.NA q-bio.QM
A promising approach for the real-time quantification of cytosolic protein-protein interactions in living cells
近年来，基于细胞的分析已被频繁地用于分子相互作用分析。基于细胞的分析补充了传统的生物化学和生物物理方法，因为它们允许在生理相关条件下进行分子相互作用分析、作用模式研究甚至药物筛选过程。在大多数细胞测定中，生物分子通常被标记以实现特异性。为了克服与基于标记的测定相关的一些缺点，我们最近引入了基于细胞的分子色谱法作为生物传感器，用于分析涉及活细胞中天然膜受体的特定分子相互作用。在这里，我们将该测定扩展到胞质蛋白质相互作用。首先，我们通过将一个胞质相互作用伴侣拴在质膜上来创建仿生膜受体。然后，人工构建体在活细胞的胞质溶胶内连贯地排列成二维图案。由于molographic传感器，相干排列的蛋白质与其内源性相互作用伙伴之间的特定相互作用变得实时可见，而无需使用荧光标记。这种方法被证明是基于细胞的molography的一个重要扩展，因为它扩展了可以通过molography分析的活细胞胞质溶胶中的相互作用的范围。
2020-11-26 q-bio.QM q-bio.SC
