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流感病毒和冠状病毒的细胞表面结合与内化 被引量:4
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作者 鲍美美 杨恺 元冰 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第20期178-188,共11页
病毒是一种在活细胞内寄生并以复制方式增殖的非细胞型生物.不同病毒侵入细胞的方式不同,但大都需要通过结合至细胞表面特定的受体蛋白或脂质结构来实现细胞内化,从而启动入侵程序和感染宿主细胞.因此揭示病毒结合和内化侵入细胞的具体... 病毒是一种在活细胞内寄生并以复制方式增殖的非细胞型生物.不同病毒侵入细胞的方式不同,但大都需要通过结合至细胞表面特定的受体蛋白或脂质结构来实现细胞内化,从而启动入侵程序和感染宿主细胞.因此揭示病毒结合和内化侵入细胞的具体过程及机制有助于从源头上开发靶向药物或疫苗.本文以流感病毒和冠状病毒为例,首先介绍了流感病毒的结构,其与细胞膜上特定种类蛋白或脂质结构的结合方式,其完成细胞内吞的途径及诱导其内化的细胞因子种类,以及侵入细胞后的作用过程,继而对冠状病毒尤其针对目前仍在全球范围内肆意传播的新型冠状病毒(SARS-CoV-2),扼要阐述了其结构特点、与细胞受体血管紧张素转化酶ACE2的结合及实现细胞内化的研究进展. 展开更多
关键词 流感病毒 新型冠状病毒 细胞内化 网格蛋白介导内吞
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蜂毒肽与二元脂膜相互作用过程的单分子运动行为 被引量:1
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作者 徐成 林召 +1 位作者 杨恺 元冰 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期251-262,共12页
蜂毒肽等抗菌肽可通过破坏细菌的细胞膜而直接杀灭细菌,因此它的杀菌功能具有高效、广谱和不易产生耐药性等特点,并被认为有望能从根本上解决目前正严重威胁人类健康的抗生素耐药性问题.然而,抗菌肽通过增强细胞膜的通透性来实现杀菌的... 蜂毒肽等抗菌肽可通过破坏细菌的细胞膜而直接杀灭细菌,因此它的杀菌功能具有高效、广谱和不易产生耐药性等特点,并被认为有望能从根本上解决目前正严重威胁人类健康的抗生素耐药性问题.然而,抗菌肽通过增强细胞膜的通透性来实现杀菌的分子机制至今尚不清楚.本文结合单分子荧光追踪技术和分子动力学模拟,从单分子运动的角度对蜂毒肽与二元脂质细胞膜的界面相互作用过程进行了研究.结果表明,相较于其他大多数脂分子而言、部分脂分子在膜内的扩散速率会由于蜂毒肽的吸附、聚集、插膜成孔等扰动行为发生显著降低;而蜂毒肽倾向于作用在多组分脂膜相畴的边界处,干扰并降低脂膜相分离的程度,进而降低相边界对脂质分子扩散运动的限制.本工作阐明了蜂毒肽的膜作用活性对脂分子运动行为和脂膜相行为的影响、以及三者之间的关联.这些结果对于从单分子运动行为的角度来探索抗菌肽生物活性的分子机制和开发新型抗菌药物具有重要的指导意义. 展开更多
关键词 蜂毒肽 细胞膜 单分子追踪 分子动力学模拟 单分子运动行为
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蜂毒肽与单组分脂膜相互作用的单分子研究 被引量:1
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作者 王康 徐成 +2 位作者 吴晋锋 杨恺 元冰 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第17期351-362,共12页
近年来,单分子追踪技术的出现和发展为研究细胞膜界面生物学过程提供了一条新的途径,然而细胞膜内生物分子运动的异质性特征使得从大量分子轨迹中区分和分离不同的分子运动模式变得非常困难,迫切需要发展简单易行的分析方法.本文以蜂毒... 近年来,单分子追踪技术的出现和发展为研究细胞膜界面生物学过程提供了一条新的途径,然而细胞膜内生物分子运动的异质性特征使得从大量分子轨迹中区分和分离不同的分子运动模式变得非常困难,迫切需要发展简单易行的分析方法.本文以蜂毒肽和单组分平板支撑脂膜的相互作用体系为例,发展了一种利用单分子运动位移标准差的频数分布来区分和分离不同运动模式脂分子的数据分析方法,提供了比传统基于位移或回旋半径频数分布的分析方法更高的准确度和更多的定量信息.利用该方法成功分离得到了脂分子在平板膜内的快慢两种运动状态,并发现其分布情况部分相符于脂分子在上下叶的位置分布;在不同浓度蜂毒肽的表面吸附或跨膜成孔作用的影响下,这两部分脂分子的运动受到了不同的干扰.本文针对生物膜体系内分子运动的复杂异质性特征发展了一种实现分子运动模式分离的数据分析方法,并利用此方法获得了蜂毒肽破膜成孔的不同阶段对脂膜上下叶的不同影响.该方法的开发将对利用单分子追踪技术研究生物体系动力学过程有重要帮助. 展开更多
关键词 单分子追踪 分子动力学 蜂毒肽 细胞膜
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Tail-structure regulated phase behaviors of a lipid bilayer
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作者 李文文 林召 +1 位作者 元冰 杨恺 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第12期547-555,共9页
Lateral heterogeneity of a cell membrane,including the formation of lipid raft-like clusters and the inter-leaflet coupling of specific phase domains,is crucial for cellular functions such as membrane trafficking and ... Lateral heterogeneity of a cell membrane,including the formation of lipid raft-like clusters and the inter-leaflet coupling of specific phase domains,is crucial for cellular functions such as membrane trafficking and transmembrane signaling.However,the wide diversity in lipid species and the consequent complexity in lipid-lipid interplays hinder our understanding of the underlying mechanism.In this work,with coarse-grained molecular dynamics simulations,the effect of lipid tail structures on the phase behavior of a model ternary lipid membrane was systematically explored.A serial of 27 lipid membrane systems consisting of saturated,unsaturated lipids,and cholesterol(Chol)molecules,at a fixed molar ratio of 4:4:2 while varying in lipid structures including tail length,unsaturation degree,and/or position of unsaturated atoms,were constructed.These structural factors were found to exert sophisticated influences on packing states of the constituent molecules,especially Chol,in a bilayer,and modulate the complicated entropy-enthalpy competition of the membrane system accordingly.Specifically,an appropriate difference in effective tail length and distinct feature of the tail ends between the saturated and unsaturated lipid compositions promised an enhanced phase separation of the membrane into the Chol-rich Lo and Chol-poor Ld phase domains,with a full inter-leaflet coupling of each domain.Our results provide insights into the lipid organizations and segregations of the cellular plasma membrane. 展开更多
关键词 molecular dynamic simulation lipid bilayers phase separation inter-leaflet coupling
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Silicon quantum dots delivered phthalocyanine for fluorescence guided photodynamic therapy of tumor
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作者 刘娇娇 常琪 +3 位作者 鲍美美 元冰 杨恺 马余强 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第9期471-477,共7页
Imaging-guided cancer therapy provides a simultaneous tumor imaging and treatment, which helps to eliminate the excessive toxicity to the healthy tissues. For this purpose, multifunctional probes capable of both imagi... Imaging-guided cancer therapy provides a simultaneous tumor imaging and treatment, which helps to eliminate the excessive toxicity to the healthy tissues. For this purpose, multifunctional probes capable of both imaging and curing are needed. In this work, we synthesize water-soluble silicon quantum dots(Si QDs) smaller than 5 nm. Such Si QDs are used for delivering the hydrophobic drug phthalocyanine(Pc). The as-prepared Si/Pc nanocomposite particles show efficient transmembrane delivery into cells and feasible biocompatibility. Moreover, these composite particles emit dualchannel fluorescence signals even after cellular internalization and demonstrate robust photostability in the Si channel.More interestingly, the Si/Pc composite particles show efficient photodynamic therapy effects against tumors both in vitro and in vivo. 展开更多
关键词 silicon quantum dot drug delivery photodynamic therapy
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带电多孔二氧化硅纳米颗粒在硫醇/磷脂混合双层膜上的非特异性吸附 被引量:3
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作者 陆乃彦 元冰 杨恺 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第17期528-532,共5页
制备了表面带阴/阳离子的多孔二氧化硅纳米颗粒,通过QCM-D研究了颗粒在不同pH值环境下与磷脂膜的非特异性吸附情况.结果表明,NH2-MSN在4—8的pH值范围内与磷脂膜相互吸引,而COOH-MSN由于与磷脂膜的电性始终保持一致而无法发生吸附现象.... 制备了表面带阴/阳离子的多孔二氧化硅纳米颗粒,通过QCM-D研究了颗粒在不同pH值环境下与磷脂膜的非特异性吸附情况.结果表明,NH2-MSN在4—8的pH值范围内与磷脂膜相互吸引,而COOH-MSN由于与磷脂膜的电性始终保持一致而无法发生吸附现象.本研究能够帮助理解和预测纳米颗粒与细胞膜间的相互作用,为药物输运提供载体,有助于多孔二氧化硅纳米颗粒在药物输运体系中的应用. 展开更多
关键词 多孔二氧化硅纳米颗粒 磷脂膜 非特异性吸附 QCM—D
原文传递
基于无监督学习方法的细胞膜内单分子扩散运动分析:胆固醇对模型膜和活细胞膜流动性的不同影响
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作者 谭金鹏 张婉婷 +4 位作者 徐成 卢雪梅 朱文圣 杨恺 元冰 《物理学报》 SCIE EI CAS 2024年第18期278-288,共11页
单分子运动追踪是研究软物质体系尤其是生命体系动力学过程和分子相互作用的重要方法,但如何理解生命体系中单分子运动行为的复杂性仍是一个巨大的挑战.针对这一问题,本工作提出了一种可对单分子轨迹进行高效识别和分类的、基于无监督... 单分子运动追踪是研究软物质体系尤其是生命体系动力学过程和分子相互作用的重要方法,但如何理解生命体系中单分子运动行为的复杂性仍是一个巨大的挑战.针对这一问题,本工作提出了一种可对单分子轨迹进行高效识别和分类的、基于无监督学习的“两步归类法”:首先利用熵约束最小二乘法对扩散轨迹的受限程度进行区分,继而通过统计检验将非受限轨迹划分为亚扩散、正常扩散和超扩散等不同运动模式类型.利用该方法,本工作解析了DOPC模型细胞膜和活细胞膜内的单分子扩散运动特征,揭示了胆固醇成分对二者的差异影响.结果显示:模型膜和活细胞膜均包含多种不同的扩散模式;在DOPC模型膜体系中,胆固醇成分会阻碍膜内的分子扩散运动,且阻碍程度与胆固醇含量正相关;在活细胞体系中,分子运动速率显著低于模型膜体系,并且,胆固醇的去除会进一步减慢分子扩散速率.本研究有助于从单分子运动角度深入理解生物分子运动行为的复杂性及其对体系环境的依赖性. 展开更多
关键词 单分子运动 无监督学习 模型细胞膜 胆固醇
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Residue-Specialized Membrane Poration Kinetics of Melittin and Its Variants: Insight from Mechanistic Landscapes
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作者 邓智雄 李景亮 +1 位作者 元冰 杨恺 《Communications in Theoretical Physics》 SCIE CAS CSCD 2019年第7期887-902,共16页
Pore-forming peptides have promising potentials for biomedical uses due to their ability to permeabilize cell membranes.However,to molecularly engineer them for practical applications is still blocked by the poor unde... Pore-forming peptides have promising potentials for biomedical uses due to their ability to permeabilize cell membranes.However,to molecularly engineer them for practical applications is still blocked by the poor understanding of the specific roles of individual residues in peptides’activity.Herein,using an advanced computational approach that combines Coarse-Grained molecular dynamics and well-tempered metadynamics,the membrane activities of melittin,a representative pore-forming peptide,and its gain-of-function variants,are characterized from the kinetics and thermodynamics perspectives.Unbiased simulations elucidate the molecular details of peptide-induced membrane poration;during which,some vital intermediate states,including the aggregation and U-shape configuration formation of peptides in the membrane,are observed and further applied as collective variables to construct the multi-dimensional free energy landscapes of the peptide-membrane interactions.Such a combination of kinetic and thermodynamic descriptions of the interaction process provides crucial information of residue-specialized contribution in chain conformation and consequently membrane perforation ability of the peptide.It is found that residues at the kink part(e.g.Thr)determine the chain flexibility and U-shape bending of the peptide,while residues near the C-terminus(e.g.Arg and Lys)are responsible for recruiting neighboring peptides for inter-molecular cooperation;the probable reaction pathway and the poration efficiency are consequently regulated.These results are helpful for a comprehensive understanding of the complicated molecular mechanism of pore-forming peptides and pave the way to rationally design and/or engineer the peptides for practical applications. 展开更多
关键词 PORE-FORMING peptide LIPID MEMBRANE MELITTIN molecular dynamics simulations free energy landscape
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