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
Depletion Capture and Rayleigh--Onsager Dynamics in Receptor-Mediated Endocytosis
Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院理论物理研究所);Zhejiang Key Laboratory of Soft Matter Biomedical Materials, Wenzhou Institute, University of Chinese Academy of Sciences(温州研究院,中国科学院大学,浙江省软物质生物医用材料重点实验室)
研究受体介导内吞作用中配体和受体靠近的初始驱动力问题,基于昂萨格变分原理开发连续介质模型,纳入多种因素,通过动力学相图预测相关参数,为细胞摄取提供变分基础,对多领域有重要意义。
2026-11-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
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
Collective charge excitations along cell membranes
与细胞膜的外表面和内表面相邻的抗衡离子的薄层的显著部分形成准二维(2D)移动电荷层。集体电荷密度振荡,被称为等离子体振子模式,在这些二维带电系统的反离子预测在本文件中。这是基于该系统对快速电场波动的自洽响应的计算。膜通道可能会使用这些激发进行快速通信的可能性,并提出实验来揭示这种激发的存在。
2004-11-18 q-bio.SC
Synaptic Channel Modeling for DMC: Neurotransmitter Uptake and Spillover in the Tripartite Synapse
在扩散分子通信(DMC)中,信息通过扩散分子来传输。突触信号,作为这种范式的自然实现,包括功能组件,一旦理解,可以促进合成DMC系统的发展。然而,为了释放这种潜力,需要基于生物物理学原理对突触通信通道进行彻底的理解。由于突触传递也严重依赖于非神经细胞,这种理解需要考虑所谓的三重突触。在本文中,我们开发了一个全面的通道模型的三方突触,包括一个三维的,有限大小的空间模型的突触间隙,分子摄取在突触前神经元和神经胶质细胞,可逆结合到单个受体在突触后神经元,和溢出的突触外空间。基于这个模型,我们推导出解析时域表达式的通道脉冲响应(CIR)的突触DMC系统和突触前神经元和神经胶质细胞,分别采取的分子数量。这些表达式提供了洞察宏观物理通道参数的CIR和再摄取率的衰减速率的影响,并揭示了化学反应动力学和通道几何形状诱导的突触信号传输的基本限制。与实验和模拟研究相比,我们的模型适应现实参数,产生了合理的结果,并且我们提供了基于粒子的计算机模拟的结果,以进一步验证分析模型。建议的全面通道模型承认广泛的突触配置,使其适合于调查的许多实际相关的问题,如神经胶质细胞的摄取和溢出信号传输的影响,在三方突触。
2020-11-25 cs.IT math.IT q-bio.SC
Time in the cell: a plausible role for the plasma membrane
所有细胞都必须保持时间,以持续执行重要的生物功能。为此,在复杂的细胞环境中,各种亚秒级事件的耦合和相互关联,如蛋白质折叠或翻译速率,不能简单地由这些现象的固有化学性质的偶然收敛引起,而是可能通过细胞范围的起搏机制同步。脂质膜的皮秒振动可能在这种机制中发挥作用。
2012-09-30 q-bio.CB q-bio.SC
Ion transport through cell membrane channels
我们讨论了离子通过细胞膜通道运输的各种模型。最近的实验数据表明,离子通道的大小与离子的大小相比较,并且只有少数离子可以同时在任何单个通道中。因此,在这样的通道中的离子转运的理论描述应该考虑离子之间和离子与通道蛋白之间的相互作用。基于泊松-能斯特-普朗克方程的宏观连续模型不能满足这一点。微观布朗动力学和分子动力学提供了更真实的离子输运描述。人们还应该考虑到通道结构的动态特性。文献中尚未解决这一问题
2007-06-05 q-bio.SC
Quantitative description of ion transport via plasma membrane of yeast and small cells
通过质膜离子运输的建模需要识别和定量的了解所涉及的过程。酵母细胞的主要离子转运系统(Pma1,Ena1,TOK1,Nha1,Trk1,Trk2,非选择性阳离子电导)的简要表征和确定每个典型细胞的每个转运蛋白的分子的确切数量使我们能够预测相应的离子流。本文对酵母细胞和几种动物细胞的离子转运进行了比较。强调了细胞体积与表面比的重要性。细胞壁和脂筏的作用进行了讨论,在所需的增加测量的空间和时间分辨率。结论是制定在酵母细胞中的离子运输的具体特点。基于这些假设,本文提出了未来研究的可能方向。
2016-01-16 physics.bio-ph 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
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