离子通道中的电压传感：生物器件的介观模拟

电压门控离子通道的电信号传导依赖于电压传感器（VS）的功能，该传感器在电压门控 K+ 通道中由 S1-S4 结构域表征。本文中，我们使用基于 VS 电荷、线性介电质和整体运动的模拟，研究了 VS 滑动螺旋模型的某些能量学方面。采用边界元方法求解电压钳边界条件下的模型静电学。计算了静电构型能的统计力学后果，以深入了解滑动螺旋机制并预测实验测量的系综性质，如外加电压位移的门控电荷。针对两种交替的 S4 构型，即 \alpha 螺旋和 3(10) 螺旋，研究了这些后果和系综性质。发现两种形式的 VS 都具有固有的静电稳定性。最大电荷位移受几何形状限制，具体而言即 S4 电荷与反电荷在弱介电质区域重叠的运动范围。与 3(10) 螺旋传感器相比，\alpha 螺旋传感器的电荷位移对电压的响应更陡峭。这种差异源于静电能景观中约 0.1 eV 量级的差异。作为将这些 VS 模型整合到全通道模型中的一步，我们在系统的哈密顿量中加入了一个假想的外部负载，并分析了 VS 的能量输入/输出关系。