优化水通道蛋白的沙漏形状以提升水渗透性
软凝聚态物质
2013-10-17 v1 经典物理
流体动力学
摘要
无处不在的水通道蛋白 (aquaporin) 通道能够引导水分子穿过细胞膜，兼具看似拮抗的高选择性与卓越的渗透性功能。虽然分子细节是执行这些任务的关键，但此类纳米孔中的整体传输效率也受到纳米收缩区与附近体相储库连接处产生的粘性耗散的强烈限制。本文聚焦于这些所谓的入口效应，具体考察水通道蛋白特有的沙漏形状是否源于此类流体动力学耗散的几何最优解。结合有限元计算与解析建模，我们表明具有合适开角度的锥形入口确实能显著提高通道的整体渗透性。此外，发现使渗透性最大化的最佳开角度与在多种水通道蛋白中测得的角度吻合良好。这表明水通道蛋白的沙漏形状可能是自然选择过程朝向最优流体动力学传输的结果。最后，从仿生学角度来看，这些结果为设计具有最优性能的人工纳米孔提供了指导。
引用
@article{arxiv.1310.4309,
title = {Optimizing water permeability through the hourglass shape of aquaporins},
author = {Simon Gravelle and Laurent Joly and François Detcheverry and Christophe Ybert and Cécile Cottin-Bizonne and Lydéric Bocquet},
journal= {arXiv preprint arXiv:1310.4309},
year = {2013}
}
备注
6 pages