Collective response of self-organised clusters of mechanosensitive channels
机械敏感通道是由膜张力激活的离子通道。我们研究了细菌机械敏感通道的空间分布对激活（门控）的影响。弹性短程相互作用的基础上，我们将这个物理过程映射到一个类似伊辛的模型，这使我们能够预测集群的通道和集群对它们的门控的影响。我们的结论是，聚合的渠道和随之而来的相互作用，它们之间的导致一个全球性的合作门控行为与潜在的戏剧性后果的细胞。
2011-01-02 physics.bio-ph q-bio.SC
On the role of mechanosensitive binding dynamics in the pattern formation of active surfaces
动物细胞的肌动蛋白皮层是附着在质膜内侧的薄聚合物层。它在细胞和组织尺度上的形状调节和斑图形成中起关键作用，特别是在细胞分裂期间产生收缩环。实验研究表明，皮质是流体状的，但在长时间尺度上具有高度粘性，其力学特性受到主动和被动交联剂分子的敏感调节，这些分子调节主动应力和剪切粘度。在这里，我们使用一个已建立的极小模型的活性表面动力学的细胞皮质补充实验动机的机械敏感性的交联剂结合动力学的功能。进行线性稳定性分析和计算机模拟，我们表明，交联剂mechanosensitivity显着提高了斑图形成的多功能性，并使自组织形成稳定的收缩环。
2022-03-11 physics.bio-ph
Mechanosensitive Channel Activation by Diffusio-Osmotic Force
对于离子通道门控，两种不同构象状态的出现以及它们之间的离散转换是必不可少的，因此对所有生物体都至关重要。我们发现，两个结构元素，通常存在于细菌机械敏感通道，即带电前庭和疏水收缩之间的物理相互作用，创建两个不同的构象状态，开放和关闭，以及它们之间的门控。我们解决了非平衡Stokes Poisson能斯特普朗克方程，扩展到包括一个分子的平均力的潜力，并表明，一个一阶之间的转换的封闭和开放状态自然产生的扩散渗透应力所造成的离子和水的通道内和弹性回复力从膜。我们提出的门控机制可能对广泛的离子通道，以及仿生通道和离子通道靶向治疗是重要的。
2014-03-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Neutron Reflectometry Reveals Conformational Changes in a Mechanosensitive Protein Induced by an Antimicrobial Peptide in Tethered Lipid Bilayers
本研究利用中子反射法首次直接证明抗菌肽pexiganan可诱导机械敏感蛋白MscL的C末端突出部分发生构象变化，突出长度从约46 Å降至约38 Å。
2025-06-20 physics.bio-ph
Physical limits on cellular directional mechanosensing
许多真核细胞能够通过直接测量其膜上的机械应力的微小空间差异来执行定向机械传感。在这里，我们探讨了一个单一的机械敏感通道激活的限制，使用两个状态的双井模型的门控机制。然后，我们专注于定向mechanosensing由一个单一的细胞具有多个mechanosensors的物理限制，并受到剪切流诱导不均匀的膜张力。我们的研究结果表明，在感测的机械刺激方向的准确性不仅随着细胞的大小和暴露的信号，但也增长的细胞与近临界膜预应力。最后，非线性阈值效应的存在，从根本上限制了细胞在低信噪比下有效地执行定向机械感测的能力，被揭露。
2013-06-02 physics.bio-ph q-bio.QM
Cooperative long range protein-protein dynamics in Purple Membrane
我们提出了紫膜（PM）中的长程蛋白质-蛋白质相互作用的实验证据。利用非弹性中子散射测量二维细菌视紫红质（BR）蛋白质晶格中的声学声子谱，定量了蛋白质间的动力学。声子能量约为1毫电子伏的测定。将数据与分析模型进行比较，并确定相邻蛋白质三聚体之间相互作用的有效弹性常数为k=53 N/m。此外，还发现了0.45 meV的类光学激发，并将其归因于相邻BR单体之间的蛋白内动力学。
2011-06-14 physics.bio-ph
A Simple Quantitative Model of Neuromodulation. Part I: Ion Flow Through Neural Ion Channels
本文提出一个结合简化PNP模型与实验校准的离子流模型，预测神经膜电流，与分化人神经细胞数据高度吻合。
2023-09-04 physics.bio-ph
Membrane tubulation by elongated and patchy nanoparticles
随着纳米技术的发展，人们对纳米粒子与生物膜的相互作用越来越感兴趣。如果纳米颗粒和膜之间的粘附相互作用补偿了膜弯曲的成本，则纳米颗粒自发地被生物膜包裹。在过去的几年中，在实验和模拟中已经观察到了球形纳米颗粒在膜小管中的合作包裹。对于球形纳米颗粒，颗粒填充的膜小管的稳定性强烈地依赖于粘附性颗粒-膜相互作用的范围。在这篇文章中，我们通过建模和能量最小化表明，细长和片状的颗粒包裹在膜小管，是高度稳定的所有范围内的颗粒-膜相互作用，相比单独包装的颗粒合作。因此，膜小管中细长或片状颗粒的线性链的协同包裹可以提供诱导膜小管形成或将这些颗粒储存在膜中的有效途径。
2016-09-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Vesicles with internal active filaments: self-organized propulsion controls shape, motility, and dynamical response
本文提出“flexocytes”可变形囊泡模型，通过内部自推进丝的相互作用驱动膜形变，模拟生物细胞运动，并预测其在微图案基底和外部刺激下的动态响应，为软物质机器人构建提供新思路。
2019-11-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Cooperative transitions involving hydrophobic polyelectrolytes
疏水聚电解质（HPE）可以溶解双层膜，形成胶束或可逆地聚集作为pH值的函数。我们发现，这些合作的过渡发生两个或更多的构象状态之间的竞争，可以解释的莫诺-怀曼- Changeux（MWC）理论，最初制定的变构相互作用的框架内。在这里，我们专注于pH依赖性的不稳定和渗透的双层膜的HPE。我们制定的一般条件，导致急剧的构象转变，涉及简单的大分子介导的分子配体的浓度变化。这开辟了从医学到可转换材料开发的潜在应用。
2023-01-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Lipid bilayer mediates ion-channel cooperativity in a model of hair-cell mechanotransduction
内耳中的机械电转导是听觉和平衡感的生物物理过程。参与这一过程的关键参与者是机械敏感离子通道。它们位于毛细胞的静纤毛中，并通过专门的分子弹簧的张力打开，尖端链接，连接相邻的静纤毛。当通道打开时，尖端链接放松，降低发束刚度。这种门控顺应性使毛细胞对小刺激特别敏感。门控顺应性的经典解释是单个通道的构象重排直接缩短了尖端连接。然而，为了使基于这种机制的理论模型与实验数据相一致，需要对通道进行不切实际的大的结构改变。实验证据表明，每个尖端链接是一个二聚体分子，平均与其下端的两个通道相关。它还表明，脂质双层调节通道门控，虽然目前还不清楚如何。在这里，我们设计和分析的mechanotransduction模型，其中每个尖端链接连接到两个通道，膜内移动。它们的状态和位置通过膜介导的弹性力耦合，所述弹性力由通道的疏水核心和脂质双层之间的相互作用产生。这种耦合引起通道的协同打开和关闭。该模型再现的毛细胞mechanotransduction的主要特性，只使用现实的参数约束的实验证据。这项工作提供了一个深入了解膜介导的离子通道协同性可以在感觉生理学中发挥的基本作用。
2017-12-22 physics.bio-ph q-bio.BM 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
Rate equations for a Na+ channel gating master equation during the action potential within a neural membrane
神经膜中的动作电位由Na+和K+通道离子电流产生，所述离子电流可以从电流方程和激活变量m和n以及Na+失活变量h的速率方程计算。假设Na+通道具有三个激活传感器，并且激活和失活是协同过程，当第一失活状态的占据概率小并且其余失活状态贡献于总失活状态时，描述通道门控的十二状态主方程可以简化为五状态系统的动力学方程。在独立激活传感器的情况下，失活速率通常取决于激活变量m（t）以及正向失活转变速率。然而，当m（t）具有比h（t）更快的时间常数时，失活速率可以通过电压依赖性函数来近似，因此，动作电位期间主方程的解可以通过m和h的Hodgkin-Huxley速率方程的解来近似。
2017-11-07 physics.bio-ph
Role of shape in particle-lipid membrane interactions: from surfing to full engulfment
本研究利用巨型单层囊泡和棒状粒子实验系统，揭示了粒子形状、曲率、取向、膜张力与粘附强度如何共同决定吞噬路径从滑行到完全包裹的转变，并发现棒状团簇的协同包裹行为。
2023-12-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Molecular behavior of DNA in a cell-sized compartment coated by lipids
研究了长DNA分子在细胞大小的有限空间中的行为。我们制备了被磷脂覆盖的油包水液滴，其模仿细胞的内部空间，随后用未折叠的螺旋和折叠的小球构象封装DNA分子。显微镜观察发现，卷曲DNA在膜表面的吸附依赖于囊泡空间的大小。球状DNA在膜上吸附后表现出细胞大小依赖性的展开转变。此外，当DNA与两相膜表面相互作用时，DNA根据其构象选择性地吸附在膜相，例如有序相或无序相。我们讨论了这些趋势的机制，考虑DNA的自由能与多胺在溶液中。该模型的自由能与实验数据吻合较好。DNA和多胺与膜表面的协同作用导致分子系统在小空间中的尺寸依赖行为。这些发现可能有助于更好地理解细胞内分子事件和反应的物理机制。
2015-04-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Periodic spiking by a pair of ionic channels
神经元细胞呈现涉及大量不同离子通道的局部电压尖峰的周期性序列。一个相关的问题是，这是否是一个合作的效果，或者它也可能是一个固有的属性的个别渠道。在这里，我们使用一个朗之万制定的一对钠和钾离子通道的随机动力学。这两个通道是简单的门控孔隙模型，其中最小自由度集合遵循标准统计物理学。整个系统是完全自主的，没有任何外部能量输入，除了跨膜的不同离子浓度的化学能。结果表明，一对独特的不同离子通道可以维持膜电位周期性尖峰。尖峰是由于膜电位、离子流和每个通道结构的内部部分（门）的动力学之间的相互作用。尖峰涉及一系列的动力学步骤是更相关的Na离子的泄漏。缺失尖峰事件是由特定模型部件的功能改变引起的。与时间相关的尖峰结构与实验数据是可比的。
2018-04-16 physics.bio-ph
Perfect adaptation in eukaryotic gradient sensing using cooperative allosteric binding
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
研究提出通过变构因子调控受体结合状态，实现细胞在不同浓度下对化学梯度的精准感知，并发现适应速度与感知精度存在权衡关系。
2025-08-29 physics.bio-ph q-bio.CB
