Membrane-mediated repulsion between gramicidin pores
我们研究了作为肽/脂质比的函数的抗微生物肽短杆菌肽形成的含有孔的两性离子脂质1，2-二月桂酰-sn-甘油-3-磷脂酰胆碱的高度对齐的多层膜的X射线散射信号。我们能够获得的孔隙流体的结构因子的信息，然后产生的双层的平面中的孔隙之间的相互作用潜力。除了一个硬核的半径接近孔的几何半径，我们发现了一个排斥指数脂质介导的相互作用，衰减长度为2.5 μ m，振幅随孔浓度的增加而减小，与疏水匹配假设一致。在稀体系中，这种相互作用的接触值约为30 k $_B$ T。对于插入由非离子表面活性剂五乙二醇单十二烷基醚形成的双层内的短杆菌肽孔，获得了类似的结果。
2015-04-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Free energy barrier for melittin reorientation from a membrane-bound state to a transmembrane state
蜂毒肽抗微生物肽在磷脂膜孔形成中的重要步骤是肽从表面重新取向成跨膜构象。在这项工作中，我们进行伞形采样模拟计算的平均力（PMF）的蜂毒肽从表面结合状态到跨膜状态的重新定位的潜力，并提供一个分子水平的洞察了解肽和脂质的性质，影响自由能垒的存在。计算肽与脂质（P/L）比为1/128和4/128时的PMF。我们观察到，当P/L比增加时，自由能垒降低。此外，我们研究的合作效应，特别是我们调查的障碍是较小的第二个蜂毒肽的重新定位，鉴于另一个相邻的蜂毒肽已经在跨膜状态。我们观察到，在这种情况下，PMF曲线的势垒确实降低了，从而证实了合作效应的存在。
2013-06-10 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Interface-Driven Peptide Folding: Quantum Computations on Simulated Membrane Surfaces
本研究扩展现有量子计算算法，预测抗菌肽在类似脂质膜的亲水-疏水界面上的最佳构象，无需增加量子比特，展示了量子计算在复杂生物分子过程建模中的潜力。
2024-01-10 physics.bio-ph q-bio.BM quant-ph
A unifying framework for amyloid-mediated membrane damage: The lipid-chaperon hypothesis
在过去的三十年中，研究人员已经强调了在体内形成致病性淀粉样蛋白聚集体的一类蛋白质或多肽所起的作用，包括i）淀粉样蛋白Abeta肽，其已知在阿尔茨海默病中形成老年斑; ii）α-突触核蛋白，其负责帕金森病中的路易体形成;以及iii）IAPP，其是2型糖尿病相关胰岛淀粉样蛋白的蛋白质组分。这些蛋白质被称为内在无序蛋白（IDP），以高度动态构象集合的形式存在。IDP可以部分（错误）折叠成（异常）功能构象，并在与其他胞质伴侣（如蛋白质或脂质膜）相互作用后积累为淀粉样蛋白聚集体。此外，越来越多的报告将淀粉样蛋白的毒性与其对膜完整性的有害影响联系起来。然而，淀粉样蛋白从水环境转移到膜的碳氢化合物核心的分子机制仍然知之甚少。这篇评论首先从历史上的淀粉样蛋白的毒性模型的概述，上下文最近的脂质分子伴侣假说。然后，我们报告的早期分子水平的事件在聚集和离子通道孔形成的Abeta，IAPP，和α-突触核蛋白与模型膜相互作用，强调这些过程的复杂性，由于它们不同的时空分辨率。接下来，我们强调需要结合实验和计算方法，重点是最常用的技术的优点和缺点。最后，最后两章强调了脂质-蛋白质复合物作为离子通道样形成、洗涤剂样形成和纤维形成机制之间的分子开关的关键作用及其在对抗淀粉样疾病中的意义。
2021-12-20 physics.bio-ph
Molecular dynamics studies of interactions between Arg9(nona-arginine) and a DOPC/DOPG(4:1) membrane
众所周知，细胞穿透肽（CPP）的摄取机制取决于实验条件，如肽的浓度，脂质组成，温度等。在这项研究中，我们调查的Arg 9渗透到DOPC/DOPG（4：1）膜的温度依赖性使用分子动力学（MD）模拟在两个不同的温度，T = 310 K和T = 288 K。虽然这是很难确定的温度依赖性，因为只有一个单一的模拟在每个温度下，并没有证据表明Arg 9 s跨膜易位，我们的模拟表明，以下是强烈相关的Arg 9 s的渗透：一些水分子由Arg 9 s协调，Arg 9 s和脂质分子之间的静电能。我们还介绍了Arg 9如何改变膜的弯曲刚度，以及Arg 9之间的集体行为如何增强渗透和膜弯曲。我们的分析可以适用于任何细胞穿透肽（CPPs），以研究它们与各种膜的相互作用，使用MD模拟。
2020-10-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Additional contributions to elastic energy of lipid membranes: Tilt-curvature coupling and curvature gradient
脂质双层膜是由两个单分子层脂质组成的柔性薄横向流体膜。在比双层厚度大得多的空间尺度上，膜的弹性由其形状决定，并由经典的Helfrich哈密顿量充分描述。然而，各种局部膜不均匀性可导致脂质相对于膜表面法线倾斜。基于3D物体的经典弹性理论，Hamm和Kozlov [Eur. Phys.J.E3，323（2000）]导出了最一般的能量泛函，考虑了倾斜和弯曲。最近，Terzi和Barnno [J. Chem. Phys. 147，084702（2017）]表明，Hamm和Kozlov的推导是不完整的，因为倾斜-曲率耦合项被遗漏了。然而，由Terzi和Rumno导出的能量泛函似乎是不稳定的，因此对于应用是无效的。在这里，我们推导出一个稳定的弹性能量泛函，表明曲率的平方梯度在这两个作品中都错过了。能量泛函的这种变化是由于更精确地考虑了横向剪切变形项及其对膜稳定性的影响。我们还考虑了预应力项对能量泛函稳定性的影响，并且由于稳定性的要求，我们证明了有效高斯曲率应该被忽略。我们进一步推广的理论，包括拉伸-压缩变形模式，我们提供了几何解释的条款，以前错过了哈姆和科兹洛夫。新术语的物理后果进行了分析的情况下，膜介导的相互作用的两个两亲性肽位于同一单层。我们还提供了董事波动的表达式，比较它与Terzi和Alberno得到的。
2020-10-19 physics.bio-ph
Electrodiffusion of Lipids on Membrane Surfaces
脂质和蛋白质的随机横向移位是膜表面上的普遍过程。当这种横向随机扩散由静电相互作用和膜曲率介导时，可以诱导脂质和蛋白质的局部聚集或组织。虽然测量了脂质在不同组成的膜上的横向扩散速率，并计算了预定蛋白质-膜-脂质系统的静电自由能，但聚集和向静电有利状态演化的过程仍然不确定。在这里，我们提出了一个电扩散模型，基于自由能泛函的变分原理，膜表面的多个物种的带电脂质的自洽横向漂移扩散。有限尺寸的脂质建模，以执行膜表面上的脂质浓度的几何约束。一个表面有限元方法，适当的Laplace-Beltrami算子的偏微分方程（PDE）的模型。我们的模型正确地描述了膜表面脂质的饱和度，并正确地预测了MARCKS肽可以通过其碱性氨基酸残基连续地螯合三个多价的磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（\pip 2）脂质，即使在膜上存在大部分单价磷脂酰丝氨酸（PS）。PDE的溶液也显示了脂质螯合的盐依赖性。
2012-05-24 cond-mat.soft math.AP physics.bio-ph
Free energy analyses of cell-penetrating peptides using the weighted ensemble method
细胞穿透肽（CPP）已被广泛用于药物递送剂;然而，尚未完全了解它们如何跨细胞膜转运。加权包络（WE）方法是一种有效而灵活的路径抽样技术，可以帮助揭示迁移路径和沿着这些路径的自由能垒。在我们的方法中，我们展示了Arg 9（九精氨酸）和Tat如何与DOPC/DOPG（4：1）模型膜相互作用，我们提出了自由能（或潜在的平均力，PMFs）的渗透概况，虽然在目前的模拟中尚未观察到跨膜易位。还尝试并比较了两种不同的脂质分子组合物。我们的方法可以适用于任何CPP与各种模型膜相互作用，它将提供有用的信息，CPP的传输机制。
2021-12-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Anisotropic membrane curvature sensing by amphipathic peptides
本研究通过模拟单个两亲性抗菌肽与屈曲脂质双层的方向依赖性相互作用，揭示了不同肽的各向异性曲率感知特征，并挑战现有疏水插入理论。
2016-09-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Interferon-induced transmembrane protein 3 (IFITM3) and its antiviral activity
包膜病毒感染需要与细胞膜融合以进入病毒基因组，仅在病毒和细胞膜相互作用后发生，允许融合孔形成，病毒通过融合孔进入细胞质。在这里，我们专注于干扰素诱导的跨膜蛋白3（IFITM 3）及其抗病毒活性。预计IFITM 3在中间状态阻断或停止病毒融合，导致病毒繁殖失败。在介绍IFITM 3后，我们描述了广义的脂质膜融合途径，以及它是如何被阻止的，特别是关于IFITM 3，以及关于IFITM 3拓扑结构的当前问题。特别强调IFITM 3的两亲性α-螺旋（AAH）59 V-68 M，这是抗病毒活性所必需的。计算了该肽和其他膜重塑蛋白活性位点肽的疏水性和疏水矩。最后，我们讨论了翻译后修饰和定位的影响，IFITM 3的AAH如何可能阻止病毒融合，以及膜组成的可能后果。
2022-04-06 physics.bio-ph
Folding and insertion thermodynamics of the transmembrane WALP peptide
大多数完整膜蛋白的锚由跨越脂质双层的一个或多个螺旋组成。WALP肽，GWW（LA）$_n$（L）WWA，是研究蛋白质插入和折叠以及膜中螺旋-螺旋缔合的基础的常见模型螺旋。它的结构特性已在大量的实验和模拟研究中得到阐明。在这种结合粗粒度和原子模拟研究中，我们探索了单个WALP肽的热力学，重点是在水膜界面上的插入，以及在水和膜中的折叠。表征肽插入膜中的平均力的势在肽和三个力场之间显示出定性相似的行为。然而，Martini力场表现出明显的第二个最小值的吸附界面状态，这甚至可能成为全球最低-在对比原子模拟和替代PLUM力场。尽管这两个粗粒度模型再现了单个氨基酸侧链插入的自由能，但它们都低估了完整肽的相应值（与原子模拟相比），暗示了超出残基水平的合作物理学。WALP在两种环境中的折叠表明，螺旋结构是最稳定的结构，但相对稳定性和链长依赖性不同。
2015-08-28 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Translocation of a single Arg9 peptide across a DOPC/DOPG(4:1) model membrane using the weighted ensemble method
很难在短时间尺度内观察到细胞穿透肽（CPP）的自发易位（例如，几百ns），因为通常CPP的移位所需的时间是大约几分钟。在这项工作中，我们报告了一个自发移位的单一精氨酸$_9$（R9）通过DOPC/DOPG（4：1）模型膜在几十纳秒的规模内使用加权系综（WE）方法。我们确定了水分子和Arg $_9$的方向如何在易位中发挥作用。我们还展示了脂质分子如何与Arg $_9$一起转运。此外，我们目前的自由能分布的跨膜易位使用伞采样，并表明，一个单一的精氨酸$_9$易位是积极不利的。我们希望，我们的方法可以帮助研究相互作用的CPP与各种模型膜内MD模拟方法。
2023-01-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Protective Effect of Trehalose Sugar on Amyloid-Membrane Interactions using BLM Electrophysiology
本研究针对阿尔茨海默病中淀粉样β肽损伤神经元膜的问题，采用AFM和BLM电生理学技术，证实天然海藻糖可减少Aβ1-42诱导的跨膜离子泄漏，有效保护模型脂质膜，为AD预防提供了新的潜在策略。
2024-05-16 physics.bio-ph
Increased Concentration of Polyvalent Phospholipids in the Adsorption Domain of a Charged Protein
我们研究了一个带电荷的蛋白质吸附到带相反电荷的膜，由移动磷脂的不同价态，使用一个pathetical-pathetical的方法。采用两块模型，一个块对应于膜上受蛋白质影响的区域，称为吸附域，另一个块对应于膜上未受影响的剩余部分。我们计算了蛋白质诱导的脂质重排的吸附域所产生的静电相互作用的系统和混合熵的脂质之间的相互作用。相等的电化学电位的脂质在两个块中产生的各种脂质馏分之间的关系在吸附域的表达式，表示一个敏感的依赖性的脂质馏分上的价。这种表达是两块图的结果，但不依赖于蛋白质-膜相互作用的进一步细节。我们随后使用泊松-玻尔兹曼理论计算了脂质组分本身。我们检查了脂质富集的依赖性，即，吸附域内外的脂质部分之间的比率，对各种参数，如离子强度和脂质价。在生理条件下，脂质化合价约为（-3）至（-4）时发现最大富集。我们的结果是在定性协议与最近的实验研究之间的相互作用的肽具有一个域的基本残基和膜含有一小部分的多价磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP 2）。这项研究提供了理论支持的建议，蛋白质吸附到膜上通过集群的碱性残基可以螯合PIP 2和其他多价脂质。
2004-03-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Novel Nongenomic Signaling by Glucocorticoid May Involve Changes to Liver Membrane Order in Rainbow Trout
应激诱导的糖皮质激素升高是脊椎动物中高度保守的反应。这促进了应激适应，并且作用模式涉及细胞内糖皮质激素受体的激活，导致靶基因表达的调节。然而，这种基因组效应是缓慢作用的，因此，糖皮质激素在对应激的快速反应中的作用尚不清楚。在这里，我们表明，应激水平的皮质醇，主要的糖皮质激素在硬骨鱼，迅速流化虹鳟〈动物〉<动物>（虹鳟鱼mykiss）肝质膜在体外。这涉及到的类固醇纳入脂质结构域，皮质醇耦合到膜不可渗透的肽部分，不影响膜秩序。研究证实，皮质醇，而不是性类固醇，增加肝质膜流动性。原子力显微镜显示皮质醇介导的变化，膜表面形貌和粘弹性确认膜秩序的变化。用应激水平的皮质醇处理鳟鱼肝细胞导致细胞信号转导通路的调节，包括10分钟内推定的PKA、PKC和AKT底物蛋白的磷酸化状态。皮质醇存在下蛋白激酶的磷酸化与苯甲醇（一种已知的膜流化剂）的磷酸化一致。我们的研究结果表明，生物物理的质膜特性的变化，引发应激诱导的糖皮质激素升高，作为一种非特异性的应激反应，并可能迅速调节急性应激信号通路。
2017-04-26 physics.bio-ph q-bio.CB
