细胞兴奋性如何受膜的热力学状态控制
摘要：生物膜的热力学（TD）性质对生物系统起着重要作用。已经有人提出，例如非线性脉冲如动作电位（APs）只有在膜状态接近TD转变时才能存在。本文研究了两个膜性质 - 可兴奋性和AP速度 - 在生物系统的广泛条件下（温度（T），3D压力（p）和pH依赖性）的情况。基于这些数据，我们预测了膜转变位置的参数范围（生长温度以下15-35摄氏度，pH 7以下1-3个pH单位，约为800大气压）并提出了相应的相图。后者解释了：(i) AP速度随T，p和pH的变化。 (ii) 非线性可兴奋性丧失的存在和起源（“神经阻断”，麻醉）。 (iii) 触发AP的参数变化的类型和数量。最后，我们尝试 quantitatively比较2D脂质模型膜与生物系统的TD行为。模型膜的转变温度与pH和p的典型偏移与细胞生理测量（可兴奋性和传导速度）获得的值非常接近。总的来说，这些结果强烈表明，控制生物系统可兴奋性的不是特定分子，而是准2D膜界面的TD性质。所提出的方法可以扩展到其他量（表面电势，钙离子浓度等），并且可以做出明确可验证的预测，例如，在可兴奋细胞中存在于指定参数范围内的转变。
作者：Christian Fillafer, Anne Paeger, Matthias F. Schneider
论文ID：1905.06541
分类：Biological Physics
分类简称：physics.bio-ph
提交时间：2020-07-16