膜表面脂质的电扩散

脂质和蛋白质的随机横向易位是膜表面的普遍过程。当这种横向随机扩散受到静电相互作用和膜曲率介导时，可诱导脂质和蛋白质的局部聚集或组织化。尽管已测量了不同组成膜上脂质的横向扩散速率，并可计算预定蛋白质-膜-脂质系统的静电自由能，但聚集过程及向静电有利状态的演化仍未确定。本文基于自由能泛函的变分原理，提出一个电扩散模型，用于描述膜表面多种带电脂质的自洽横向漂移-扩散。模型中考虑了脂质的有限尺寸，以施加膜表面脂质浓度的几何约束。我们开发了一种曲面有限元方法，以适配模型偏微分方程（PDEs）中的Laplace-Beltrami算子。该模型恰当地描述了膜表面脂质的饱和现象，并正确预测了MARCKS肽可通过其碱性氨基酸残基持续螯合三个多价磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（\pip2）脂质，即使膜中存在大量单价磷脂酰丝氨酸（PS）。偏微分方程的解还显示了脂质螯合的盐依赖性。