The Structure of Cholesterol in Lipid Rafts
筏或功能结构域是质膜中的瞬时纳米或介观结构，并且被认为是许多细胞过程如信号转导、粘附、运输和脂质/蛋白质分选所必需的。对这些膜异质性的观察已被证明是具有挑战性的，因为它们被认为是小而短暂的。粗粒度的分子动力学模拟和中子衍射相结合，使用氘标记的胆固醇分子，我们观察到筏状结构，并确定在二元含胆固醇的脂质膜的胆固醇分子的顺序。从粗粒度的计算机模拟，异质膜结构被观察到，其特征在于小，有序域。用中子衍射研究胆固醇分子的横向结构。我们发现对强结合的胆固醇分子在液体无序相，按照伞模型。观察到对应于筏状结构中胆固醇分子有序化的布拉格峰，并通过两种不同的结构进行索引：与胆固醇斑块平衡的交替方向的有序胆固醇对的单斜结构，即，三斜胆固醇双层。
2014-12-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Coupling of Lipid Phase Behavior and Protein Oligomerization in a Lattice Model of Raft Membranes
Ben Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）
研究探讨了脂质相行为与蛋白质寡聚化之间的耦合机制，通过晶格蒙特卡罗模型分析蛋白质-脂质相互作用与蛋白质-蛋白质相互作用的平衡对膜蛋白寡聚化的影响。
2026-05-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
The interplay between membrane viscosity and ligand-binding receptor kinetics in lipid bilayers
本研究通过引入依赖于应变水平的黏度构建脂质双层黏弹性本构模型，揭示了膜黏度与配体结合受体动力学的相互作用，为脂质筏活性及细胞力学信号传导提供了新见解。
2024-09-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
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
Physical aspects of heterogeneities in multi-component lipid membranes
生物膜筏模型的提出改变了传统的基于流体镶嵌模型的生物膜观。在筏模型中，多组分脂双层的动力学不均匀性起着至关重要的作用。本文着重于生物膜和囊泡的侧向相分离，回顾了近十年来相关的研究进展。本文主要介绍了基于物理化学方法的实验工作，以及从软物质物理学角度给出的理论解释。在第一部分中，我们描述了多组分脂双层膜的相行为和构象。在建立了流体膜在周围溶剂存在下的流体力学方程后，我们讨论了畴生长规律和浓度涨落的衰减速率。最后，我们回顾了几种试图将膜筏描述为二维微乳液。
2013-11-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Lipid Segregation on Cylindrically and Spherically Curved Membranes
我们调查如何外部施加的曲率影响脂质分离的两相共存膜。我们表明，弯曲模量对比度的两个阶段和曲率共同作用，产生一个减少的有效线张力。在大部分弯曲的膜上，由于一种类似于II型超导体中形成磁涡旋的机制，形成了多个畴（或筏）的状态。我们确定了这种多畴态发生的判据，然后分别计算了圆柱形和球形弯曲膜上形成的畴的大小。
2013-03-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Mixing small proteins with lipids and cholesterol
本文通过蒙特卡洛模拟研究在DPPC/DOPC/胆固醇三元混合物中加入少量小蛋白质后的相行为，发现蛋白质与饱和脂质的亲和力可诱导液态有序大畴形成，并使其尺寸接近生物脂筏。
2024-11-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Ion channels in critical membranes: clustering, cooperativity, and memory effects
本文提出状态依赖性脂质亲和力统一解释离子通道的聚集、协同性与滞后现象，并通过临界膜模型揭示脂筏驱动的长程相互作用和电流记忆效应。
2024-01-22 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Interplay of curvature-induced micro- and nanodomain structures in multicomponent lipid bilayers
我们讨论了不同的机制，曲率诱导域形成多组分脂膜，并提出了一个理论模型，使我们能够研究域之间的相互作用。该模型表示的膜由两个耦合的单层，其中每个携带一个额外的序参量字段描述当地的脂质组成。每个单层的自发曲率耦合到局部组合物，此外，相对单层上的脂质组合物彼此耦合。利用这个模型，我们在平均场近似下计算了双层膜的相行为。所得的相图令人惊讶地复杂，并揭示了各种相和相变，包括修饰的微区相，其中纳米区沿微区边界排列。我们的研究结果表明，外部膜张力可以用来控制多组分脂质双层中的纳米结构域（可能与脂“筏”相关）的横向组织。
2015-11-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hydrodynamic collective effects of active proteins in biological membranes
已知形成生物膜的脂质双层在亚微米尺度上表现为粘性2D流体;通常它们含有大量活性蛋白质内含物。最近，它已被显示[Proc.Nat.Acad. Sci. USA 112，E3639（2015）]，这类活性蛋白质应诱导非热波动脂质流动，导致生物膜中被动内含物的扩散增强和趋化性样漂移。在这里，这样的效果进行了详细的分析和数值研究。重点讨论了蛋白质在脂筏中的聚集情况。我们表明，被动粒子往往成为吸引主动筏，并积累在他们里面。
2016-08-24 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
Transient Nanoscopic Phase Separation in Biological Lipid Membranes Resolved by Planar Plasmonic Antennas
鞘脂，胆固醇和某些蛋白质的纳米级膜组件，也称为脂筏，在促进广泛的重要细胞功能方面发挥着至关重要的作用。而在活细胞膜脂筏已被假定为具有纳米尺度和高度瞬态，在多组分脂质双层中存在类似类型的动态纳米域已被质疑。在这里，我们进行荧光相关光谱与不同的纳米间隙大小的平面等离子体天线阵列，以评估动态纳米级组织的模拟生物膜。我们的方法利用纳米天线提供的高度增强和受限的激发光以及它们出色的平面性，以微秒时间分辨率研究小至10 nm的膜区域。我们的扩散数据是一致的，在液体有序和液体无序的微观相的多组分脂质双层的瞬态纳米域的共存。这些纳米畴的特征停留时间在30和150 μs之间，尺寸约为10 nm，从扩散数据推断。因此，虽然微尺度相分离发生在模拟膜，纳米级域也共存，这表明这些瞬态组件可能是类似于那些发生在活细胞中，在筏稳定蛋白的情况下，准备是短暂的。重要的是，我们的工作强调了光子纳米天线的高潜力，以询问原生生物膜的纳米级异质性与超时空分辨率。
2017-11-21 physics.bio-ph physics.optics
Near-critical fluctuations and cytoskeleton-assisted phase separation lead to subdiffusion in cell membranes
我们通过对双组分脂质膜进行蒙特卡罗模拟，研究了细胞膜微观异质性和异常亚扩散之间的关系。我们发现，近临界波动的膜导致瞬态亚扩散，而膜-细胞骨架相互作用强烈影响相分离，增强亚扩散，并最终导致跳扩散的脂质。因此，我们提出了一个最小的现实模型膜筏显示微观相分离和亚扩散的功能。
2010-11-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Lateral phase separation in mixtures of lipids and cholesterol systems
为了理解生物膜中的“筏”，我们提出了饱和和不饱和脂质混合物以及脂质-胆固醇混合物的唯象模型。我们认为简单的本地组合物和内部的膜结构之间的耦合，和它们的液体和“凝胶”膜相之间的过渡的影响。假设的凝胶转变温度的饱和脂质的不饱和脂质的存在下移动，和胆固醇作为一个外部字段上的链熔融转变，得到各种相图。饱和/不饱和脂质和脂质/胆固醇的二元混合物的相图与实验半定量一致。我们的研究结果也适用于区域的脂质/脂质/胆固醇系统的三元相图。
2004-02-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Computational studies of biomembrane systems: Theoretical considerations, simulation models, and applications
本章总结了几种方法相结合的理论，模拟和实验，旨在更好地理解的现象，在脂质双层和膜蛋白系统，涵盖的主题，如脂筏，膜介导的相互作用，跨膜蛋白之间的吸引力，并聚集在生物膜导致大型超结构，如绿色植物的捕光复合物。经过一般性的概述，理论的考虑和连续理论的脂膜，我们介绍了不同的选择模拟生物膜系统，解决的问题，如：什么可以从通用模型？什么时候超越它们才是有利的呢？系统粗粒化和准原子粗粒化模型在保证一定化学特性方面有什么优点和挑战？
2014-12-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
A lattice model of ternary mixtures of lipids and cholesterol with tunable domain sizes
我们对生物膜中筏结构域的物理性质的理解，以及对其形成机制的一些见解，都源于对简单模型系统的原子模拟，特别是由饱和和不饱和脂质以及胆固醇（Chol）组成的三元混合物。为了探索这种系统在大空间尺度上的性质，我们在这里提出了一个简单的三元混合晶格模型，涉及到少量的最近邻相互作用项。具有不同组成的混合物的蒙特卡罗模拟显示出良好的协议与实验和原子模拟观测跨多个尺度，从局部分布的脂质的相图的系统。该模型的简单性使我们能够识别组件之间的不同交互所扮演的角色，以及它们之间的相互作用。重要的是，通过改变模型参数之一的值，我们可以调整的液体有序域的大小，从而模拟表现出宏观相分离和I型混合物与纳米级域的II型混合物。II型混合物模拟结果与实验确定的含有饱和DPPC/不饱和DOPC/Chol的混合物的相图拟合良好。当可调参数改变时，我们得到DPPC/DOPC/Chol的I型版本，即，不显示热力学相变的混合物，但如果使用局部测量来区分不同状态，则可以拟合到相同的相图。我们的模型结果表明，短程包装可能是一个关键的调节器的稳定性和大小分布的生物筏。
2023-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Bending rigidities and interdomain forces in membranes with coexisting lipid domains
为了精确地定量与共存的液体有序（Lo）和液体无序（Ld）域的异质脂质膜之间的基本相互作用，我们进行了详细的渗透应力SAXS实验，通过利用在筏模仿脂质多层膜的域对齐。执行蒙特卡罗（MC）为基础的分析，使我们能够确定与高可靠性的幅度和功能的依赖域间的力，同时弯曲弹性模量。与以前的方法相比，这种方法使我们能够在基本水平上考虑熵波动排斥，而不必求助于粗略合理的平均场等可加性假设。我们详细的Hamaker系数计算表明，在范德华吸引力共存的Lo和Ld阶段只有很小的差异。与此相反，排斥水化和波动的相互作用显着不同，后者占主导地位的整体排斥在Ld阶段。因此，在多层膜中，类似结构域的排列似乎起源于水合作用和波动排斥。
2015-04-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Chain ordering of phospholipids in membranes containing cholesterol: What matters?
胆固醇（CHOL）驱动脂质分离，因此是形成脂筏的关键因素，随后是细胞的能力，例如，使蛋白质选择性聚集。脂质分离是由胆固醇对饱和脂质的亲和力驱动的，这与胆固醇对单个磷脂（PL）酰基链进行排序的能力直接相关。在这项工作中，分子动力学模拟的DPPC（二棕榈酰磷脂酰胆碱，饱和脂质）和DLiPC（二棕榈酰磷脂酰胆碱，不饱和脂质）与胆固醇的混合物被用来阐明胆固醇有序效应的潜在机制。为此目的，所有的光致发光的贡献，经历了PL分子，记录为PL的酰基链顺序的函数。这涉及PL-PL、PL-胆固醇相互作用、PL与水的相互作用以及小叶间相互作用。这种系统的分析允许一个解开饱和和不饱和脂质的差异，在不同的相互作用因素。事实证明，胆固醇对链有序的影响不仅源于与PL的直接相互作用，而且还间接存在于其他能量贡献中。此外，分析揭示了熵的贡献，有关的酰基链的自由度的相关性。
2021-03-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Domain formation in membranes with quenched protein obstacles: Lateral heterogeneity and the connection to universality classes
我们表明，在膜的横向流动性淬灭蛋白质障碍属于普遍性类的二维随机场伊辛模型。这类的主要特点是没有相变：没有临界点，宏观畴的形成不会发生。相反，只有一个阶段。该相是高度不均匀的，具有由微畴组成的结构。因此，淬灭蛋白质障碍物的存在提供了一种机制，以稳定平衡的脂筏。二维无规场伊辛普适性的关键是障碍物是随机分布的，并且对脂质物种之一具有优选的亲和力。当这些条件不满足时，标准伊辛普适性或稀释伊辛普适性适用。在这些情况下，临界点确实存在，标志着宏观分层的开始。
2010-11-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Membrane lateral structure: The influence of immobilized particles on domain size
在模型膜的实验中，很容易观察到不同脂质组成的大域的形成。然而，在完整细胞的膜中没有观察到这样的相分离。相反，在这些系统中，预计会出现一种称为脂筏的小的瞬时不均匀结构。解释小结构域的众多尝试之一是指膜与其周围环境的耦合，这导致一些膜分子的固定。然后，这些固定的分子充当剩余的移动分子的静态障碍物。我们提出了详细的分子动力学模拟证明，这确实可以占小域。这证实了以前基于简化模型的Monte Carlo研究。此外，通过直接比较使用分子动力学得到的域结构的伊辛模型的蒙特卡罗模拟，我们表明，在障碍物的存在下，域的形成是显着不敏感的分子相互作用的细节。
2012-06-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Planar Optical Nanoantennas Resolve Cholesterol-Dependent Nanoscale Heterogeneities in the Plasma Membrane of Living Cells
光学纳米天线可以有效地将光限制在纳米级热点，从而在生物相关条件下实现单分子检测灵敏度。这种突破衍射极限的创新方法提供了一个多功能平台，用于研究活细胞膜中单个生物分子的动力学及其分配到胆固醇依赖性脂质纳米结构域中。在这里，我们提出了光学纳米天线阵列与可访问的表面热点研究的特征扩散动力学的磷酸乙醇胺（PE）和鞘磷脂（SM）在纳米级的活细胞质膜。对不同间隙尺寸的纳米天线进行的荧光猝发分析和荧光相关光谱表明，与PE不同，SM被瞬时捕获在直径为10 nm的富含胆固醇的纳米结构域中，特征时间约为100 μs。胆固醇的去除导致SM的自由扩散，与纳米畴的分散一致。我们的研究结果是一致的存在高度瞬态和波动的纳米级组件富含胆固醇和鞘脂在活细胞膜，也被称为脂筏。鞘脂分配到脂筏的定量数据是至关重要的，以了解在纳米级的活细胞膜上的瞬时分子复合物的时空异质组织。所提出的技术是完全生物相容的，因此为生物物理学和活细胞研究提供了各种机会，以揭示仍然隐藏在共焦衍射限制测量中的细节。
2017-11-17 physics.bio-ph physics.optics
Micron-sized domains in quasi single-component giant vesicles
巨单层囊泡（GUV），是一个方便的工具，研究膜结合过程，使用光学显微镜。越来越多的研究强调了这些模型膜在解决膜生物物理学和细胞生物学问题时的潜力。其中，相变和域的形成，动力学和稳定性的筏状混合物可能是一些最深入的研究。在此过程中，许多研究团队依赖于GUV制备和处理的标准协议，包括使用糖溶液。在这里，我们证明，按照这样的标准方法可以导致异常形成的微米级结构域的GUV生长从只有一个单一的磷脂。膜的异质性可视化的一小部分（0.1摩尔%）的荧光脂质染料的装置。对于二棕榈酰磷脂酰胆碱GUV，检测到不同类型的膜异质性。首先，在冷却时观察到出乎意料的微米级染料耗尽域的形成。这些域成核约10 K以上的脂质的主要相变温度，TM。此外，在GUV进一步冷却至TM附近时，检测到域周围的条纹状染料富集结构。当使用另外两种脂质时，也观察到准单组分GUV中的微米级结构域。而条纹结构与脂质的相变有关，染料排除域似乎是由葡萄糖中存在的微量杂质引起的。在毫摩尔脂质浓度下用nm大小的脂质体补充葡萄糖溶液抑制了微米大小的结构域的形成，推测是通过提供杂质与过量的脂质体膜的竞争性结合。很可能这些痕量杂质会显著改变脂质相图，并导致报告的相图之间存在差异。
2018-06-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Spiralling molecular structures and chiral selectivity in model membranes
针对模型膜致密脂质结构域的面内分子取向细节不明问题，采用相位分辨和频产生显微镜技术解析混合手性磷脂单层膜的三维分子结构，发现其呈螺旋介观堆积且结构域生长具强对映选择性，可为同手性演化及对映选择性药物设计提供启示。
2023-12-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Measuring the mechanical properties of asymmetric membranes in computer simulations -- new methods and insights
本研究提出一种测量非对称膜弹性参数的新模拟方法，可获取标准模拟无法得到的自发曲率等参数，揭示了膜密度接近转变密度时的相分离与密度-曲率耦合机制及其细胞过程意义。
2025-05-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Lipid bilayer fluidity and degree of order regulates small EVs adsorption on model cell membrane
本研究利用三阴性乳腺癌来源sEVs与合成脂质双层模型，通过时间分辨原子力显微镜揭示细胞膜流动性与有序度对sEVs吸附与融合的调控作用，强调膜生物物理特性在摄取中的关键地位。
2023-07-27 physics.bio-ph q-bio.BM
Protein-protein interaction networks can be highly sensitive to the membrane phase transition
提出蒙特卡洛模拟框架研究膜相变临界点附近结构域大小变化对PPI网络的影响，发现网络结果对临界行为扰动高度敏感。
2025-10-30 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Rotational mobility in spherical membranes: The interplay between Saffman-Delbrück length and inclusion size
本文将Saffman-Delbrück理论推广到球形膜，半解析计算有限尺寸刚性球冠内含物的旋转迁移率，揭示其与SD长度和内含物尺寸的关系。
2025-01-09 physics.bio-ph physics.flu-dyn
