A Continuum Poisson-Boltzmann Model for Membrane Channel Proteins
膜蛋白构成了人类蛋白质组的很大一部分，并作为膜受体、转运蛋白、酶、信号蛋白等执行各种重要功能。膜蛋白的计算研究通常比球状蛋白复杂得多。在这里，我们提出了一个新的连续模型的泊松玻尔兹曼计算的膜通道蛋白。对现有连续介质平板模型的主要改进如下：1）基于显式溶剂分子动力学模拟，对平板模型的位置和厚度进行了微调。2)膜和水区域中高度不同的可达性用两步、两探针网格标记程序来解决，以及3）自动识别水孔隙/通道。新的连续膜模型进行了优化（通过调整膜探头，以及板的厚度和中心），以最好地再现在显式水模拟采样的膜区域中的埋水分子的分布。我们的优化还表明，广泛采用的水探针1.4 μ m的球状蛋白是一个非常合理的默认值膜蛋白模拟。它给出了一个整体的最小数量的不一致之间的连续性和明确表示水分布在膜通道蛋白质，至少在水可访问的孔/通道区域，我们focuson. Finally，我们验证了新的膜模型进行结合亲和力计算的钾通道，我们观察到一个很好的协议与实验结果。
2017-04-21 physics.bio-ph
Water between membranes: Structure and Dynamics
准确描述界面水的结构和动力学对磷脂膜至关重要，因为它决定了它们的功能及其与其他分子的相互作用。在这里，我们认为水被限制在堆叠的膜与水化从穷人到完成，在一些生物系统中观察到。实验表明，当水化水平降低时，水的动力学显著减慢。全原子分子动力学模拟确定三个（内部，水合和外部）区域，在距离膜约1 nm的范围内，其中水分子表现出不同程度的动力学减慢。减慢是水和脂质之间的氢键的稳健性和膜附近的水分子之间的氢键的长寿命的结果。因此，与界面的相互作用引起了水的结构变化，这可以通过计算其中程序来强调。令人惊讶的是，在距离界面~ 2.5 nm处，虽然恢复了体状动力学，但在相同的热力学条件下，水的中程有序度仍然略高于体状。因此，水-膜界面在环境条件下具有比经常调用的1 nm长度尺度传播得更远的结构效应。膜波动涂抹了这种效果宏观上，但通过考虑局部距离和瞬时配置进行的分析是能够揭示它，可能有助于我们理解水在生物膜界面的作用。
2018-11-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Anomalous subdiffusion in living cells: bridging the gap between experiments and realistic models through collaborative challenges
细胞的生命是由高度动态的微观过程控制的。两个值得注意的例子是膜受体的扩散和控制基因表达速率的转录因子的动力学。出现了不同的荧光成像技术来研究分子动力学。其中，荧光相关光谱（FCS）和单粒子跟踪（SPT）已被证明有助于我们了解细胞动力学和功能。对小组委员会和FCS的分析是一项持续不断的工作，尽管进行了几十年的工作，但仍有许多工作要做。在本文中，我们给出了用于分析细胞中的异常扩散的现有技术的快速概述，并提出了一个合作的挑战，以促进国家的最先进的分析算法的发展。我们建议在公开和公平的挑战中向世界各地的竞争对手提供标记（培训）和未标记（评估）的模拟数据。目标是提供基于生物相关指标的统一数据基准，以便比较社区可用的扩散分析软件。
2020-04-02 physics.bio-ph q-bio.QM q-bio.SC
Transport Dynamics of Water Molecules Confined between Lipid Membranes
针对脂质膜间受限水分子的非高斯位移输运特性，提出新输运方程解释分子动力学模拟结果，揭示其动力学源于纵向运动引发的横向扩散系数涨落，并发现不受膜间距影响的界面水区域。
2024-04-18 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Ultrasound vibrations of plant cells membranes: water lift in trees, electrical phenomena
离子流改变植物细胞膜上的电荷密度（电位），导致压缩细胞膜的库仑力和抵消胡克弹性力的不平衡。随着超声波和电磁辐射的产生，将导致膜的振动，直到建立新的平衡。这种振动导致声流，其功率足以使树木中的水上升，其脱气，植物中的cycloses和一些电现象等。这种现象解释了已知的树木中的超声噪声和韧皮部流中颗粒的重新分布的观察结果。已知的监督和植物解剖学的考虑导致在xilem和3倍更大的韧皮部中的声流的频率的估计的顺序为150-200 kHz。所提供的机制的检查可以通过调查植物的声辐射和电磁辐射来进行。关键词：工厂，超声波，声流，液压PACS：43. 25. Nm，43. 38.+ n，43.80。p，82.39.Jn，87.80.Vt
2006-11-14 physics.bio-ph
Membrane tubes with active pumping: water transport, vacuole formation and osmoregulation
受原生动物伸缩泡复合体启发，本文提出一种具有单向离子泵和被动通道的主动膜管模型，通过渗透驱动水流形成大液泡以主动排出细胞内水分，为生物体渗透调节提供了一种可能的最小方法。
2024-09-23 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
The relationship between the structural transitions of DMPG membranes and the melting process, and their interaction with water
本研究提出一种理论，通过两种可熔化膜几何形状的共存与协同平衡，解释DMPG膜熔化转变中的多峰热容曲线，并揭示水作为膜组成部分的作用。
2025-09-26 physics.bio-ph
A theoretical framework for the assessment of water fraction-dependent longitudinal decay rates and magnetisation transfer in membrane lipid phantoms
本文提出基于分子动力学的理论框架，通过扰相梯度回波 MRI 定量提取水合水分数和脂质-水磁化交换率，准确预测水分数依赖的 R1 并揭示不同脂质体组成的 MR 参数差异。
2024-08-30 physics.bio-ph physics.med-ph
Hydration Mimicry by Membrane Ion Channels
如果这些蛋白质通道提供了类似于水溶液水合环境的环境，那么离子通过生物膜可能很容易从水中通过离子特异性膜蛋白。事实上，本体水溶液是离子渗透过程的重要参考条件。评估这种水化模拟的观点取决于理解水化结构和水中金属离子的自由能，以提供膜通道环境的比较。为了完善这些考虑，我们审查本地水合结构的离子在散装水，和分子准化学理论，提供水合自由能。在这个过程中，我们注意到一些目前的观点离子结合膜通道，并提出新的物理化学计算和实验，可能会进一步澄清水化模拟的观点。
2019-12-09 physics.bio-ph physics.chem-ph
Water-phospholipid interactions at the interface of lipid membranes: comparison of different force fields
水-磷脂相互作用对生物膜的动力学、稳定性和功能具有重要意义，并与脂双层界面上的许多生物过程密切相关。各种力场，如联合原子Berger力场、Kukol和Poger的两个改进版本，以及最近发展的全原子Slipid力场，都可以用来模拟脂双层的结构，它们的结构预测与实验数据符合得很好。在这项工作中，我们表明，尽管在结构预测的脂双层的相似性，有观察到的差异，形成氢键和水和磷脂基团之间的相互作用能量分布在脂双层/水界面，当四个力场二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）磷脂采用分子动力学模拟。特别是，与Berger及其两个改进的力场相比，Slipid力场在水和磷脂之间产生更多的氢键，并且对于它们各自的酰基尾部上的两个羧基，产生更对称的相互作用能量分布。这些差异主要归因于不同的界面水分布和使用不同力场在DPPC脂质的界面水和氧原子之间形成氢键的能力。这些结果将有助于理解水在脂双层/水界面的行为及其与磷脂的相互作用，并为脂双层模拟中力场的合理选择提供指导。
2018-01-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Ice Formation in Model Biological Membranes in the Presence of Cryoprotectors
在低温保护剂二甲基亚砜和甘油存在下，用小角X射线散射和广角X射线散射研究了模型生物膜中冰的形成。选择了DPPC、DMPC、DSPC三种磷脂膜作为研究较好的模型生物膜。使用特殊的低温恒温器将样品从14.1C冷却到-55.4C。WAXS只在磷脂/水二元体系和磷脂/低温保护剂/水三元体系中检测到溶剂过量时的结冰现象。在二元磷脂/水系统中的冰形成导致膜重复距离突然减小Δ-d，即所谓的冰诱导的膜间空间脱水。随着低温保护剂浓度的增加，Δ d值减小。冰的形成不影响膜结构（delta-d = 0）的冷冻保护剂摩尔分数高于0.05。
2001-08-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Phase separation and near-critical fluctuations in two-component lipid membranes: Monte Carlo simulations on experimentally relevant scales
通过基于格子的蒙特卡罗模拟，我们使用DMPC/DSPC脂质混合物作为模型系统，在微米量级的实验相关空间尺度和秒级的时间间隔上研究了双组分脂膜的性质。我们的大规模模拟，使我们能够获得重要的结果，以前没有报道在模拟研究的脂膜。我们发现，在一定范围内的脂质组合物，从流体相到流体-凝胶相共存的相变通过近临界波动进行，而对于其他脂质组合物，这种相变具有准突变的字符。在近临界波动的存在下，观察到脂质分子的瞬态亚扩散。这些功能的系统是稳定的，在我们的模拟中使用的脂质相互作用参数的扰动。线张力表征脂质域中的流体-凝胶共存区域被发现是在pN范围内。当接近临界点时，线张力、流体-凝胶空间涨落的反相关长度以及相应的膜的反序参量磁化率消失。所有这些结果与最近的实验结果模型脂膜。我们的域粗化动力学的分析后，突然淬火的膜的流体-凝胶共存区域揭示了脂质的横向扩散在流体-凝胶相分离过程中起着重要的作用。
2011-02-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Molecular interfacial rheology: Lipid membrane shear viscosity
McKetta Department of Chemical Engineering, University of Texas（德克萨斯大学麦基塔化学工程系）
该研究开发了分子界面流变学方法，通过平衡态分子动力学模拟结合Mori-Zwanzig形式理论，从脂质膜的横向速度自相关函数中提取波矢相关的剪切粘度，结果经非平衡模拟验证，适用于表征嵌入三维介质的界面系统流变特性。
2026-09-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
DMSO-Induced Dehydration of DPPC Membranes Studied by X-ray Diffraction, Small-Angle Neutron Scattering, and Calorimetry
用X射线衍射和小角中子散射研究了二甲基亚砜（DMSO）对1，2-二棕榈酰-sn-甘油-3-磷脂酰胆碱（DPPC）膜厚度、多层膜重复距离和相变的影响。采用差示扫描量热法（DSC）研究了DPPC /DMSO /水三元体系和DMSO /水二元体系中水的冻结和冰的融化过程。所应用的方法证明了膜结构在DMSO摩尔分数（X_dmso）的三个子区域中的差异：第一子区域为0.0至0.3，第二子区域为0.3至0.8，第三子区域为0.9至1.0。在T = 20 C时膜间溶剂的厚度从X_dmso =0.0时的14.4 +/-1.8 A降低到X_dmso =0.1时的7.8 +/-1.8 A。数据用于确定在DMSO存在下膜间隙中游离水分子的数量。0.0 < X_dmso < 0.3的结果在DMSO诱导的膜间隙脱水的框架下解释。
2001-08-12 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Sans Study of the Unilamellar DMPC Vesicles. the Fluctuation Model of Lipid Bilayer
在分离形状因子模型的基础上，分析了多分散单层DMPC囊泡群体的参数。基于双分子层涨落模型，模拟了中子在膜上的散射长度密度。水分子的S型分布函数描述了囊泡的水化过程。在小角光谱仪SANS-1，PSI（瑞士）获得的实验数据的拟合结果是：平均囊泡半径272埃，半径的多分散性27%，膜厚度50.6埃，烃链区域的厚度21.4埃，每个脂质分子定位的水分子数13，和DMPC表面积59。计算得到的水分子在双层膜上的分布函数直接解释了水分子容易穿透脂膜的原因。
2004-12-08 physics.bio-ph physics.chem-ph
Au Nanoparticles in Lipid Bilayers: a Comparison between Atomistic and Coarse Grained Models
带电的，配体保护的金属纳米粒子和模型脂质膜之间的相互作用的计算研究最近已解决在原子和粗粒度的水平。在这里，我们比较了三个版本的粗粒度马提尼力场在描述纳米粒子膜相互作用的性能。这三个粗粒度的模型在处理长程静电相互作用和水的极化率方面有所不同。NP-膜相互作用包括从亚稳态NP-膜复合物（其中NP仅部分嵌入膜中）到NP锚定到两个膜小叶的构型的转变。所有这三个粗粒度的模型提供了一个描述的亚稳态NP-膜复合物是一致的，使用原子力场。对于锚定跃迁，极化水Martini正确地描述了跃迁的分子机制和能量学。相反，标准版本的Martini模型低估了锚定的自由能势垒，并且没有完全捕获过渡过程中涉及的膜变形。
2017-03-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Towards a quantum approach to cell membrane electrodynamics
生命介质的最终活性成分，膜、离子和分子，都处于纳米水平。因此，它们的相互作用需要量子处理。行动A的特征，与“量子对象”：离子，自由基，水分子.活介质的A ~= 14.10-34 J·s或A ~= 2 h。因此，制定一个现实的“经典”膜电动力学理论是完全不可能的。然后，在隧道效应的作用下，可以确保钠离子的转移（与哈特曼？的机制）具体的通道和离子转移。
2009-02-17 physics.bio-ph
Unitary response of solvatochromic dye to pulse excitation in lipid and cell membranes
在空气-水界面处的脂质单分子层中存在声脉冲传播是众所周知的。这些脉冲由脂质膜的热力学状态控制。然而，声脉冲在细胞内和细胞间通讯中的作用仍然是一个有争议的问题。在这里，我们使用的染料二4-ANEPPDHQ，这是已知的是敏感的物理状态和跨膜电位的膜，为了深入了解压缩波在基于脂质的膜界面。将染料掺入到由磷脂酰丝氨酸或磷脂酰胆碱在空气-水界面制成的脂质单层中。当单分子膜的状态从液体膨胀（LE）到液体凝聚（LC）相时，检测到发射光谱的显著蓝移。在使用本体溶剂二甲基亚砜（DMSO）的实验中，二-4-ANEPPDHQ的这种转变敏感性被概括。在溶剂结晶时，发射光谱也经历蓝移。在脂质单层的压缩脉冲，一个显着的荧光响应时，只观察到在主要的过渡制度。这些波的光学特征，在符号和幅度方面，是相同的二-4-ANEPPDHQ在神经元和可兴奋的植物细胞的动作电位过程中的反应。这些发现证实了动作电位是在细胞膜中传播的非线性状态变化的建议。
2022-11-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
