The drag of a filament moving in a supported spherical bilayer
The drag of a filament moving in a supported spherical bilayer
复制标题
在支撑的球形双层中移动的细丝的阻力
DOI：
10.1017/jfm.2023.1036
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发表时间：
2024
影响因子：
3.7
通讯作者：
Nazockdast, Ehssan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shi, Wenzheng;Moradi, Moslem;Nazockdast, Ehssan
细胞膜的许多重要功能都是由蛋白质和嵌入其中的生物聚合物的自组织实现的。蛋白质动力学部分取决于其阻力。这些蛋白质中的大量可以聚集形成细丝。蛋白质-膜相互作用的体外研究通常涉及使用包被有脂质双层的刚性珠作为细胞膜的模型。出于这一动机，我们使用细长体理论来计算嵌入在支持双层膜的外层中的单个丝状蛋白质的平移和旋转阻力，并在外部被牛顿流体包围。我们首先考虑的制度，这两个层是强烈耦合通过他们的瓣叶间摩擦。我们发现，垂直和旋转方向的阻力系数沿着平行方向与细丝长度成线性关系，与细丝长度成二次关系。这些发现解释使用缩放参数和分析周围的移动灯丝的速度场。然后，我们提出并讨论了质量之间的差异的阻力的细丝移动在一个自由悬挂的双层和支持膜作为膜的小叶间摩擦的函数。最后，我们简要地讨论了如何将这些发现可以用于实验，以确定膜流变学。总之，我们提出了一种配方，允许计算膜特性（其曲率，粘度和小叶间摩擦）的影响，和外部和内部的三维流体的深度和粘度上的阻力的棒状/丝状蛋白质，所有在一个统一的理论框架。
Many of the cell membrane's vital functions are achieved by the self-organization of the proteins and biopolymers embedded in it. The protein dynamics is in part determined by its drag. A large number of these proteins can polymerize to form filaments. In vitro studies of protein–membrane interactions often involve using rigid beads coated with lipid bilayers, as a model for the cell membrane. Motivated by this, we use slender-body theory to compute the translational and rotational resistance of a single filamentous protein embedded in the outer layer of a supported bilayer membrane and surrounded on the exterior by a Newtonian fluid. We first consider the regime where the two layers are strongly coupled through their inter-leaflet friction. We find that the drag along the parallel direction grows linearly with the filament's length and quadratically with the length for the perpendicular and rotational drag coefficients. These findings are explained using scaling arguments and by analysing the velocity fields around the moving filament. We then present and discuss the qualitative differences between the drag of a filament moving in a freely suspended bilayer and a supported membrane as a function of the membrane's inter-leaflet friction. Finally, we briefly discuss how these findings can be used in experiments to determine membrane rheology. In summary, we present a formulation that allows computation of the effects of membrane properties (its curvature, viscosity and inter-leaflet friction), and the exterior and interior three-dimensional fluids’ depth and viscosity on the drag of a rod-like/filamentous protein, all in a unified theoretical framework.
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