Супердиффузионные мембраны: Супердиффузионные мембраны Grand Line – фото и описание в каталоге Grand Line на официальном сайте

Содержание

ONDUTIS: Супердиффузионные мембраны Ондутис SA

Гидроизоляционные плёнки Ондутис производятся французской фирмой Onduline SA – одной из крупнейших мировых производителей кровельных и водоустойчивых материалов, основанной в 1944 году. Кровельные листы под торговой маркой ONDULINE имеют всемирную известность и производятся на зводах Onduline SA по всему миру. Там же производятся и плёнки Ондутис. В 2008 году такая фабрика открылась в России в Нижнем Новгороде.

Гидро-ветроизоляционный паропроницаемый материал Ондутис SА — это супердиффузионная мембрана, защищенная с двух сторон нетканым полотном из полимерных волокон. Пленка интенсивно пропускает сквозь себя водяной пар и задерживает воздух и воду. Материал экологически безопасен, обладает высокой разрывной прочностью, не подвержен бактериальному разложению и имеет высокую стойкость к солнечной радиации. Производится в рулонах 150 см х 50 м.

Ондутис SА применяется для защиты теплоизоляции и элементов ограждающих конструкций утепленных стен и кровель от атмосферной влаги, конденсата и холодного воздуха. Пленка укладывается с внешней стороны вплотную к утеплителю с обязательным устройством вентиляционного зазора между пленкой и наружным покрытием для естественного удаления водяного пара из теплоизоляции. Материал также используется в качестве влаго-ветроизоляции стен с наружным утеплением в вентилируемых фасадах многоэтажных зданий.

Особенности гидро-ветроизоляционного паропроницаемого материала Ондутис SА:

диффузия пара
ветрозащита
не разлагается на солнце
влагозащита
сохраняет тепло

Разновидности гидро-ветроизоляционного паропроницаемого материала Ондутис SА:

1) Ондутис SА 130. Применение:

утепленные скатные кровли
вентилируемые фасады
стены с наружным утеплением
кровли из металлического профиля

В одном рулоне: 75 м²/10,7 кг

Технические характеристики Ондутис SА 130:

Вес 1 м2, гр: 140 ± 5%

Ширина, см: 150

Разрывная нагрузка полоски 5 см, Н:

Вдоль – не менее 250
Поперек – не менее 120

Паропроницаемость, г/м2 (24 ч): 2000

Водоупорность, мм вод. ст.: > 1000

Температурный диапазон применения: -40ºС + 80ºС

Эквивалентная толщина диффузии Sd, м: 0,2

Стойкость к УФ облучению, мес: 3,0

2) Ондутис SА 115. Применение:

утеплённые скатные кровли
стены с наружным утеплением
утеплённые каркасные стены
кровля из металлического профиля

В одном рулоне: 75 м²/7,7 кг

Технические характеристики Ондутис SА 115:

Вес 1 м2, гр: 100 ± 5%

Ширина, см: 150

Разрывная нагрузка полоски 5 см, Н:

Вдоль – не менее 190
Поперек – не менее 100

Паропроницаемость, г/м2 (24 ч): 1100

Водоупорность, мм вод.ст.: > 1000

Температурный диапазон применения: -40ºС + 80ºС

Эквивалентная толщина диффузии Sd, м: 0,04

Стойкость к УФ облучению, мес: 2,0

3) Ондутис SА 130 Смарт

— супердиффузионная мембрана, которая пропускает через себя водяной пар, при этом задерживает воздух и воду.

Используется для защиты утеплителя и внутренних элементов стен и кровли от влаги, которая проникает в дом снаружи. Ондутис SA130 СМАРТ монтируется с внешней стороны вплотную к утеплителю. Между плёнкой и наружным покрытием необходим вентиляционный зазор, чтобы пар и влага уходили из утеплителя. Ондутис SA130 СМАРТ также используется для влаго-ветрозащиты стен, утеплённых снаружи и в вентилируемых фасадах многоэтажных домов.

Сохраняет утеплитель и внутренние конструкции сухими;
Уменьшает теплопотери и защитные свойства кровельного пирога;
Препятствует потере массы утеплителя, которое происходит из-за выдувания волокон;
Ондутис SA130 используется как временная кровля до монтажа кровельного материала в течение 1 месяца.

Приставка Смарт указывает на клеящую ленту, которая нанесена на край полотна. Это явный плюс, т.к. при монтаже стыки пленки тщательно проклеятся. И Вы сэкономите на покупке дополнительных клеящих лент.

В одном рулоне: 75 м²/10,7 кг

Технические характеристики Ондутис SА 130 Смарт:

Вес 1 м2, гр: 130 ± 5%

Ширина, см: 150

Разрывная нагрузка полоски 5 см, Н:

Вдоль – не менее 250
Поперек – не менее 110

Паропроницаемость, г/м2 (24 ч): 1000

Водоупорность, мм вод.ст.: > 1000

Температурный диапазон применения: -40ºС + 80ºС

Эквивалентная толщина диффузии Sd, м: 0,02

Стойкость к УФ облучению, мес: 1

2) Ондутис SА 115 Смарт –

супердиффузионная мембрана, пропускает через себя водяной пар и задерживает воздух и воду. Защищает утеплитель и внутренние элементы стен и кровли от влаги, которая проникает в дом снаружи. Ондутис SA115 Смарт защищен с обеих сторон нетканым полотном из полимерных волокон.

Ондутис SA115 Смарт используется также для влаго-ветрозащиты стен, утеплённых снаружи, в вентилируемых фасадах многоэтажных домов.

Сохраняет утеплитель и внутренние конструкции сухими;
Уменьшает теплопотери и защитные свойства кровельного пирога;
Препятствует потере массы утеплителя, которое происходит из-за выдувания волокон;
Ондутис SA115 Смарт используется как временная кровля до монтажа кровельного материала в течение 1 месяца.

В одном рулоне:

75 м²/7,7 кг

Технические характеристики Ондутис SА 115 Смарт:

Вес 1 м2, гр: 100 ± 5%

Ширина, см: 150

Разрывная нагрузка полоски 5 см, Н:

Вдоль – не менее 160
Поперек – не менее 90

Паропроницаемость, г/м2 (24 ч): 1000

Водоупорность, мм вод.ст.: > 1000

Температурный диапазон применения: -40ºС + 80ºС

Эквивалентная толщина диффузии Sd, м: 0,02

Стойкость к УФ облучению, мес: 1,0

4) Ондутис SА 130. Применение:

утепленные скатные кровли
вентилируемые фасады
стены с наружным утеплением
кровли из металлического профиля

В одном рулоне: 75 м²/10,7 кг

Супердиффузионные мембраны Folder

СУПЕРДИФФУЗИОННЫЕ МЕМБРАНЫ FOLDER Light, FOLDER Classic, FOLDER Strong

Назначение: Подкровельные гидроизоляционные мембраны Folder Light, Folder Classic, Folder Strong предназначены для гидроизоляции подкровельных пространств и утепленных стен. Конструктивные особенности и высокие технологии, применяемые при изготовлении мембран Folder, позволяют укладывать их непосредственно на теплоизоляцию или настил без зазора, экономя затраты и время на монтаж.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Материал	Плотность	Паропрони-цаемость за 24 часа при t +23 °C	Водоупорность. Высота водяного столба	UV стабильность	Размер рулона	Площадь
Folder Light	100 г/м2	2500 г/м2	1700 мм	3 месяца	1‚5 м/50 м	75 м2
Folder Classic	110 г/м2	2100 г/м2	2000 мм	3 месяца	1‚5 м/50 м	75 м2
Folder Strong	135 г/м2	2200 г/м2	2000 мм	3 месяца	1‚5 м/50 м	75 м2

Область применения: Мембраны Folder Light, Folder Classic, Folder Strong рекомендуются для любых типов кровельных покрытий.

Данные материалы также можно применять при внешнем утеплении вертикальных стен объекта как гидроизоляционную ветрозащиту.

ВЕТРОИЗОЛЯЦИЯ FOLDER Comfort 90

Назначение: Folder Comfort 90 применяется в зданиях всех типов, в том числе и в деревянных каркасных домах для защиты утеплителя и внутренних элементов стен от конденсата и ветра. Укладывается с внешней стороны утеплителя под наружной облицовкой стены. С наружной стороны имеет гладкую водоотталкивающую поверхность. Внутренняя сторона – с шероховатой антиконденсатной структурой, которая предназначена для удерживания капель конденсата и последующего их ;испарения в воздушном потоке. Защищает от проникновения конденсата в конструкцию и утеплитель из внешней среды, обеспечивая выветривание водяных паров из утеплителя.

Возможна непосредственная укладка на теплоизоляцию
Предназначен для ветрозащиты и гидроизоляции стен и фасадов
Легкий и прочный материал

Материал	Плотность	Паропроницаемость	Прочность на разрыв продольный /поперечный	UV стабильность	Размер рулона	Площадь
Нетканый материал	90 г/м2	1400 г/м² / 24 ч.	180 н/5 см/120 н/5 см	3 месяца	1‚5 м/50 м	75 м2

Гидро-ветроизоляция Folder Facade

Назначение: Folder Facade предназначен для защиты утеплителя и внутренних конструкций с внешней стороны от влаги‚ конденсата и проникновения холодного воздуха. Folder Facade монтируется под наружной облицовкой в вентилируемых каркасных стенах‚ в деревянных‚ кирпичных и бетонных стенах с наружным утеплением‚ а также в вентилируемых фасадах.

Материал	Плотность	Паропроницаемость	Прочность на разрыв продольный /поперечный	UV стабильность	Размер рулона	Площадь
Нетканый материал	95 г/м2	200 г/м² / 24 ч.	190 н/5 см/145 н/5 см	3 месяца	1‚5 м/50 м	75 м2

ОДНОСТОРОННЯЯ КЛЕЙКАЯ ЛЕНТА FOLDER Bond Tape

Односторонняя клейкая лента с несущим слоем из полипропиленового волокна, применяется для:

Склеивания друг с другом мембран семейства Folder
Уплотнение стыков для защиты от воды
Ремонта мембран семейства Folder
Приклеивания мембран семейства Folder к дереву, пластмассам и металлу.

Ширина: 50 мм, длина: 20 м.

Экономичный монтаж

Cнижение затрат на отопление

Долговечность

Простота обустройства мансарды

Удобство и быстрота монтажа

Подходят для обустройства любой кровли

Производителями пленки FOLDER являются польские концерны Marma и Foliarex.

Пленки FOLDER позволяют существенно снизить затраты на отопление, создать в помещении комфортный микроклимат (температуру и влажность воздуха).

Гидроизоляционные и пароизоляционные пленки защищают подкровельное пространство от пыли, копоти, влажности, возникающей вследствие дождя и снега.

Какую супердиффузионную мембрану выбрать?

Содержание

Мембрана супердифузионная: сведения
Предназначение пароизоляционной продукции
Преимущества подкровельной пленки
Что нужно учитывать при выборе материала

Строительство любого объекта должно быть тщательно спланировано. При возведении конструкции, учитывая советы профессионалов, нужно использовать качественный строительный материал. Только так можно построить действительно теплый и уютный дом, в котором будет комфортно зимой и прохладно в летний зной.

Проводя сборку кровельной конструкции, обязательно потребуется мембрана, которая защищает от проникновения влаги. Супердиффузионная пленка сравнительно недавно была представлена потребителям на строительных рынках, но уже смогла получить немалую популярность благодаря своим отменным характеристикам. Для полноценного утепления кровли потребуется качественная мембрана, а как ее правильно выбрать среди многочисленных аналогов, стоит разобраться подробнее.

Читайте также: Монтаж стропил на шатровую крышу

Мембрана супердифузионная: сведения

Мембрана такого типа является качественным гидроизоляционным строительным материалом. Изделие может предусматривать от 2-х до 4-х структур. За основу продукции берется прочный холст нетканого изготовления.

Супердиффузионная пленка выполняет следующие функции:

Утепляет кровлю строения.
Не позволяет проникать во внутренние слои конструкции испарениям.
Защищает строительный объект от влаги и холодных ветров.

Универсальная основа, которой обладает мембрана, позволяет эксплуатировать материал в любых климатических зонах, наличие пленки на длительный период времени увеличивает эксплуатационные характеристики всего строения. Использование подкровельного изделия дает строителям скрыть незначительные упущения, при этом оставив целостность сборки, которые могли иметь место при монтаже.

Предназначение пароизоляционной продукции

Как уже говорилось ранее, мембрана защищает строение от проникновения внутрь влаги и не позволяет наружной попасть в структуру теплоизоляции. Кроме этого, мембрана обладает следующими свойствами:

эффективно отводит скопившуюся влагу, которая образовалась вследствие разных причин;
снижает уровень потери тепла в доме, что позволяет сэкономить денежные средства, которые необходимы для оплаты отопления;
производители установили приемлемую цену на подкровельные пленки, поэтому потребителям не потребуется много денежных средств для их приобретения.

Подводя итог, можно сказать, что если важно сберечь деньги и имеется желание построить действительно теплый дом, в котором будет поддерживаться оптимальная температура и не будет ощущаться сырости, то вопрос о приобретении можно даже не рассматривать. Мембрана, особенно супердиффузионная, нужна при сборке кровли в обязательном порядке.

Преимущества подкровельной пленки

Если мембрана супердиффузионная используется при монтаже кровли, а не традиционные виды строительных материалов, обладающие аналогичными свойствами, то застройщик получит немало весомых преимуществ. Среди самых значимых можно выделить следующие:

одна мембрана способна справиться с объемом работ, которые под силу двум или даже трем традиционным подкровельным пленкам. Их использование позволяет не сооружать зазор для вентиляции, который необходим по техническим правилам возведения объекта;
мембрана супердиффузионная может укладываться на любой вид покрытия, благодаря этому реально в значительной мере увеличить теплоизоляционный слой. В итоге удастся собрать теплоизоляцию, усиленную в несколько раз;
использование материала в значительной степени продлевает эксплуатационные характеристики кровли, так как деревянная основа будет надежно защищена от разрушительного воздействия влаги;
использование такой формы мембран в значительной степени сокращает процесс монтажа, сборка конструкции осуществляется проще и легче.

Что нужно учитывать при выборе материала

Чтобы точно выбрать качественный вид мембраны, следует учитывать советы специалистов. Лучше всего покупать изделие, обладающее тремя слоями. Определить, сколько слоев имеет мембрана, можно таким способом:

край материала потереть, производя действия как при стирке белья;
спустя несколько секунд станет заметно, что изделие расслоится;
если слои будут плохо отделены друг от друга, это укажет на то, что при изготовлении продукции было использовано клеящее вещество, что негативно отобразится на характеристике изделия, или на термический вид обработки;
при нормальном разделении слоев следует подсчитать, сколько их образовалось. Если четко видно 3 слоя, то можно смело покупать изделие. Приобретенная мембрана будет качественной и надежной.

Покупать гидроизоляционную усовершенствованную пленку нужно плотностью не менее 120 г/м кв. Определяется процент плотности ручным способом, ощупывая одновременно два варианта исполнения продукции.

Мембрана для кровли не должна подвергаться ультрафиолетовому воздействию, то есть обладать иметь защиту от них примерно на 3-4 месяца. Паропроницаемость должна быть не менее 1500 г/м кв./в сутки, а гидроизоляционная защита выдерживать примерно 2200 г/м кв.

Читайте также: Срок службы ондулина на крыше

Мембрана продается в рулонах. На каждом рулоне указывается инструкция по эксплуатации с пояснительными рисунками.

На строительных рынках и в магазинах можно выбрать мембрану от разных производителей, разумеется, цена будет немного отличаться. Но в любом случае, какой бы марке ни было отдано предпочтение, качество приобретаемого материала для гидроизоляции нужно проверять в обязательном порядке, учитывая при этом советы.

всё про ремонт и обустройство жилья

На сайте используются современные веб-технологии,
и ваш браузер (программа для просмотра сайтов) их не поддерживает.
Для работы с сайтом обновите ваш браузер или установите
любой из рекомендуемых:

8 800 505 69 80

Главная
Статьи
Как выбрать супердиффузионную мембрану

Супердиффузионные мембраны появились на строительном рынке недавно, поэтому информацию об их свойствах бывает сложно найти. В статье мы рассмотрим виды мембран, изучим их особенности и поможем выбрать подходящую мембрану для изоляции стен и крыши.

Нюансы выбора супердиффузионных мембран

Сначала необходимо определить тип здания (отапливаемое или неотапливаемое, для временного или постоянного проживания) для отапливаемых домов лучше приобрести более эффективную защиту.

Определитесь с ценовой категорией. Для дач и нежилых помещений можно выбрать мембраны подешевле. Желательно, чтобы на край полотна был нанесен липкий слой.

При выборе мембраны необходимо ориентироваться на следующие параметры:

Водоупорность. Основная функция мембраны состоит в защите утеплителя от попадания влаги. В идеале материал должен сохранять свои гидроизолирующие свойства даже в мокром состоянии.

Стойкость к УФ-лучам/атмосферная устойчивость. Этот показатель говорит о том, что материал можно использовать в качестве временной кровли.

Прочность на разрыв. Здесь производители упоминают 2 характеристики – прочность на продольный и поперечный разрыв. Рекомендуемые показатели – от 100 Н/5см и 190 Н/5 см соответственно.

Универсальность применения. Желательно, чтобы мембрану можно было использовать и на стенах, и на кровле. В этом случае будет меньше отходов.

Удобство монтажа. Обратите внимание, как укладывается супердиффузионная мембрана: является ли она одно- или двусторонней, нужно ли делать вентиляционный зазор. Оптимально, если края рулона будут оснащены липкой лентой – это значительно ускорит процесс монтажа.

Виды мембран

Главное отличие мембран от пароизоляционных пленок состоит в их способности пропускать пар, выходящий изнутри помещения, и одновременно задерживать влагу, проникающую снаружи. Мембраны классифицируются по степени паропроницаемости:

Псевдодиффузионные (до 300 г/м 2 в сутки). Это перфорированные пленки, которые нужно укладывать с вентиляционным зазором. Они подходят для обустройства неутепленной кровли из шифера или битумного листа.

Диффузионные (400-1000 г/м 2 в сутки). Укладываются без вентиляционного зазора, защищают от ветра и влаги. Подходят для каркасных стен и вентилируемых фасадов.

Супердиффузионные (от 1000 г/м 2 в сутки). Монтируются непосредственно на утеплитель, подходят для обустройства крыши из металлического профиля либо черепицы.

Разделительные диффузионные. Предназначены для защиты кровельных покрытий, подверженных коррозии (медь, сталь, алюминий, цинк-титановый сплав). Оптимальны для пологих и плоских крыш, кровли сложной формы.

Мембраны Ондутис

Торговая марка Ондутис выпускает две разновидности супердиффузионных мембран, которые отличаются по области применения и степени паропроницаемости:

Сферы использования

Особенности

Паропроницаемость, г/м 2 (24 часа)

Водоупорность, мм рт. ст.

Температурный диапазон

Атмосферная стойкость, месяцев

стены с наружным утеплителем

утепленные скатные кровли

утепленные каркасные стены

диффузионная мембрана для дач

внутренний слой закрыт с обеих сторон нетканым полимерным волокном

используется в вентилируемых фасадах многоэтажных домов

от -40ºС до + 80ºС

утепленные скатные кровли

стены с наружным утеплением

крыши из металлического профиля

диффузионная мембрана для жилых домов

при монтаже на кровле требует обустройства вентиляционного зазора

пропускает пар, но задерживает воду и воздух

от -40ºС до + 80ºС

Пометка «Смарт» обозначает, что на край супердиффузионной мембраны нанесен липкий слой. Для установки вам не потребуется докупать монтажную ленту.

При обустройстве любой современной кровли жилого дома важнейшим элементом является защита от влаги. Она неизбежно скапливается под финишным покрытием по двум основным причинам. Во-первых, влага конденсируется за счёт разности температур. Во-вторых, значительное количество парообразной влаги имеется в подкровельном пространстве. Особенно, если это утеплённая жилая мансарда или полуторный этаж.

Какой вред наносит влага

В случаях, когда крыша неутеплённая, конденсат и атмосферная влага неизбежно оседают на внутренней стороне кровельного материала, а также на деревянных элементах стропильного каркаса. В результате сокращается срок службы строительных и отделочных материалов, что приводит к преждевременным ремонтным работам.

Ещё важнее учитывать воздействие влаги, когда крыша делается утеплённой. При обустройстве жилых мансард и полуторных этажей это делается обязательно, так как без теплоизоляции использовать подкровельное пространство в холодное время года будет невозможно. Так вот, в качестве утеплителя для крыш чаще всего применяется минераловатный теплоизолятор, который портится от влаги. Когда она проникает внутрь утеплителя, последний меняет свою структуру, уплотняется, сбивается, из-за чего его теплоизоляционные свойства могут быстро устремиться к нулю.

Отсюда следует вывод, что внутренней части кровли любого жилого дома обязательно нужна весьма эффективная защита от влаги. Ранее для её обустройства использовалась так называемая гидроизоляция. Она достаточно действенно препятствовала проникновению влаги снаружи, однако никак не решала проблему с поступающим паром изнутри.

Что такое супердиффузионная мембрана

В целом, диффузионные мембраны — это многослойные нетканые полотна, которые благодаря своей особой структуре могут защитить кровлю и от наружной влаги, и от внутренней, в виде пара. Реализовано это следующим образом. Мембрана имеет такое устройство, благодаря которому влага может проходить через материал только в одну сторону. Если её правильно расположить при обустройстве кровли, то снаружи влага не проникнет в утеплитель или на деревянные конструкции стропильного каркаса. Как и в случае с обычной гидроизоляцией.

Однако это ещё не все особенности. Помимо защиты снаружи, диффузионная мембрана способна пропускать поступающий изнутри помещений пар. Благодаря этому свойству внутренняя влага не скапливается ни на стропилах, ни на кровельном утеплителе, если такой применялся при обустройстве крыши. Она проникает через поры мембраны на наружную сторону, откуда затем испаряется за счёт имеющегося там вентиляционного зазора.

Что же такое супердиффузионная мембрана, и чем она отличается от других типов этого материала? Такое название мембрана получила благодаря своей пропускной способности, которая измеряется в миллиграммах влаги на квадратный метр площади за сутки. Всего различают три категории диффузионных мембран для обустройства кровли по этой характеристике:

Малодиффузионные (или псевдодиффузионные) — мембраны с пропускной способностью не более 300 мг (на м 2 за сутки).
Среднедиффузионные (или просто — диффузионные) — мембраны с пропускной способностью от 300 мг до 1000 мг.
Супердиффузионные (или высокодиффузионные) — рассматриваемые мембраны с пропускной способностью более 1000 мг на метр квадратный за сутки.

Кроме пропускной способности диффузионные мембраны для кровли различаются по плотности — от 90 до 170 г/м 2 . По этому параметру материал подбирается в зависимости от того, какой кровельный материал используется в каждом конкретном случае.

Чтобы повысить эффективность утеплителя должны применяться гидро и пароизоляционные пленки. На строительном рынке широко представлены пленки для полов, стен, кровли. При покупке пленки следует учитывать температуру воздуха в помещениях и паропроницаемость материалов.

Какую мембрану выбрать для дома?

Это покрытие с многослойной структурой позволяет регулировать паропроницаемость в кровельной, фасадной конструкции. Применяется в качестве гидроизоляции и ветрозащиты мансарды, перекрытий, чердачных помещений, полов, стен.

В компании Azimyt вам будут предложены гидроизоляционные пленки для пола, для кровли и супердиффузионные мембраны лучших производителей. Среди них — Ютафол 90 и 110 с армированным полиэтиленом, Ютавек 115 на полипропиленовой основе, Strotex Basic и др. Они различаются плотностью, горючестью, стойкостью к УФ лучам и способностью отталкивать влагу. Защищают также от пыли, плесени, грязи.

С чем совместима супердиффузионная мембрана и какую выбрать теплоизоляцию?

Мембраны Ютавек, Strotex — производят ведущие мировые концерны, поэтому качество, супердиффузионной мембраны Ютавек 115 цена и технические характеристики на высоте. Наша компания заключила прямой договор с производителями, в результате чего определен низкий уровень стоимости фирменных строительных материалов.

Свойства супердиффузионных мембран:

• Прочность
• Высокая паропроницаемость
• Ветрозащита
• Гидроизоляция
• Стойкость к ультрафиолету
• Отсутствие коррозии, гниения, бактерий
• Долгий срок эксплуатации

Современная супердиффузионная мембрана Ютавек 115 легко сочетается с каменной ватой Парок Экстра и любыми другими видами утеплителей.

Индивидуальный Предприниматель Жариков Павел Владимирович

Свидетельство о государственной регистрации № 192227328

Выдано Администрацией Заводского района г.Минска 04.03.2014 г.

Р/с BY81BLBB30130192227328001001, код банка BLBBBY2X
в ЦБУ № 521 ОАО «Белинвестбанк», г. Минск, ул. Филатова,12

Адрес магазина — г. Минск, р-он Уручье, ул. Скорины, 50.

Супердиффузионные и диффузионные мембраны

Особенности супердиффузионных и диффузионных мембран:

Позволяют монтировать кровлю более легкую по весу.

Укладываются непосредственно на теплоизоляционный материал.

Паропроницаемость больше 1400 г/м2 х 24 ч.

Повышенная водонепроницаемость (2000 мм.вд.ст и более)

Материалы можно укреплять вплотную к утеплительному материалу

Повышенная сопротивляемость воздействию ультрафиолетовых лучей.

Увеличивается период эксплуатации кровли.

Создается здоровый климат внутри помещения.

Благодаря небольшому весу и хорошим гидроизоляционным свойствам мембрана может применяться в любых климатических зонах и укладывается при любых погодных условиях (и при отрицательных температурах) без потери свойств.

Можно применять при внешнем утеплении вертикальных стен дома.

Долговечность составляет более 50 лет.

Возможность проводить монтажные работы в любых погодных условиях.

Супердиффузионные мембраны нужно применять с кровельными материалами, обратная сторона

которых не боится влаги — это керамическая, цементно-песчаная, битумная черепица и металлочерепица с алюмоцинковым покрытием.

Отличие диффузионных мембран от супердиффузионных заключается в том, что работать они могут лишь при наличии двух вентилируемых зазоров: верхнего и нижнего -между утеплителем и мембраной, размеры зазоров равны 50-60 мм.

Не используются с металлочерепицами, если они не имеют алюминиевого покрытия, и волнистыми битумными листами — еврошифером.

Как у любого пористого фильтра, возможно загрязнение пор и снижение паропроницаемости. При повышенной запыленности воздуха пыль из вентиляционного зазора могут притягиваться к мембране и закрывать поры, снижая паропроницаемость.

Мембрана супердиффузионная: применение, разновидности, особенности монтажа

Мембрана супердиффузионная имеет плотный барьерный слой, обеспечивающий устойчивость к механическим воздействиям. Этот стройматериал не пропускает влагу и выдерживает перепады температур. Диффузные мембраны отличаются по составу, весу, толщине, функциональным возможностям. Особой популярностью пользуются гидроизоляционные. Они практичны, долговечны и удобны в эксплуатации. Вне зависимости от типа, материал монтируют в конструкцию крыши. Мембрана диффузионная применяется в кровельных системах также ее используют в качестве напольного или настенного покрытия.

Общая информация о товаре
Виды диффузионных мембран
Особенности монтажа

Общая информация о товаре

Гидроизоляционные кровельные мембраны нужны для того, чтобы сохранить свойства настила. Продукция выпускается в виде рулонов. Она пропускает воздух, но препятствует проникновению влаги в помещение. Супердиффузионные мембраны не допускают попадания осадков внутрь дома. Эти материалы — хорошие гидроизоляторы, более того, они выдерживают тяжелые механические воздействия и не деформируются, если дует сильный ветер.

Основные преимущества:

прочность;
надежность;
легкость монтажа;
экологичность;
долговечность.

Стандартные изоляторы, главным образом не пропускают пар. Недостаток обычного гидроизолятора в том, что он накапливает влагу в определённом месте. Если грамотно смонтировать его, жидкость будет стекать через специальные каналы. Что касается диффузионных, они предотвращают скапливания влаги в определенном месте (это их основное отличие). Производители заверяют, что стройматериал сделан из нескольких барьерных слоев. Благодаря им, капли воды быстро стекают, в дальнейшем выветриваются.

Супердиффузионная конструкция предотвращает застой воды. Чтобы она проявила все свои функции, нужно правильно смонтировать. Структуру продукции сравнивает с капиллярным насосом, имеющим несколько прослоек. В составе материала присутствует ткань с ворсинками. Она предназначена для сбора капель. Жидкость поступает к участкам с перфорацией. Если неправильно смонтировать материал, металл подвергнется коррозии. Во избежание такой проблемы нужно применять тот изолятор, который имеет полипропиленовую основу.

Виды диффузионных мембран

При выборе материала нужно учитывать уровень паропроницаемости. Существует два вида конструкций:

низкопроницаемые;
высокопроницаемые.

Низкопаропроницаемый материал включает в себя несколько слоев и сетку. Товар такого типа проводит водяной пар, если выпадает большое количество осадков. Другие разновидности имеют высокий уровень пропускной способности. Они быстро проводят влагу и предотвращают конденсацию.

Материалы с высокой паропроницаемостью востребованы на отечественном рынке. Благодаря им, утепляющий слой выполняет все свои функции, в дальнейшем не деформируется. В строительстве могут быть использованы паропроницаемые пленки с большими мембранами. Цель их применения — обеспечить изоляцию конструкций из металла. Диффузионные конструкции разделительные тоже пользуются спросом. Они обеспечивают вентиляцию на кровле, сделанную из разных материалов. Помимо паропроницаемости надо учитывать устойчивость к температурным перепадам.

Материалы отличаются не только по составу и плотности, но также по весу. Чем больше масса, тем лучше функции. При выборе мембраны нужно учитывать то, насколько она устойчива к водяному давлению. Чаще всего выбирают классы W1-W3. Стандартная пленка, предназначенная для гидроизоляции, выгорает на солнце. Диффузионная мембрана устойчива к любой непогоде. Материал отечественные фирмы Технониколь выдерживает контакт с прямыми солнечными лучами до 90 дней.

Особенности монтажа

Вне зависимости от типа мембрана требует качественного монтажа. Таким образом, она защитит слой утеплителя и конструкции, находящиеся внутри кровельного материала. Основная цель использования мембраны — защита слоя утепления. Материал располагают рядом с вентиляционными отверстиями, трубами. Стоит учитывать, что он может соприкасаться с другими сторонними деталями. Рекомендуется сделать дополнительную изоляцию.

Супердиффузионная мембрана может быть использована в качестве напольной поверхности. Чтобы материал сохранил свойства в этом случае, следует монтировать его в помещении с нормальной влажностью. Если планируется разместить на полу, требуется сделать вспомогательную подложку. Помимо вышеперечисленных свойств, диффузионная пленка предназначена для облицовки фасадов. Ее монтируют на фасадной части дома, сочетая с теплоизолирующими материалами. При отделке может быть использована вагонка, когда необходимо плотно закреплять пленку к наружной части изоляции. Рекомендуется монтировать конструкцию, когда на дворе сухая погода, параллельно — фиксировать теплоизолятор.

Супердиффузионное движение доменов C2, нацеленных на мембрану

Abstract

Домены, нацеленные на мембрану, играют решающую роль в привлечении сигнальных молекул к плазматической мембране. Для большинства периферических белков белок-мембранное взаимодействие носит временный характер. Было замечено, что после отделения белков от мембраны они снова связываются после коротких перемещений в объеме раствора. Такие мембранные скачки могут иметь большое значение для эффективности реакций на мембранах. Мы изучаем диффузию доменов C2, нацеленных на мембрану, с использованием отслеживания одиночных молекул в поддерживаемых липидных бислоях. Усредненное по ансамблю среднеквадратичное смещение (MSD) демонстрирует супердиффузионное поведение. Однако традиционный усредненный по времени анализ MSD отдельных траекторий остается линейным и не выявляет супердиффузию. Наши наблюдения объясняются в терминах объемных экскурсий, которые вводят скачки с распределением тяжелого хвоста. Эти прыжки позволяют белкам исследовать большие площади за короткое время. Показано, что экспериментальные результаты согласуются с аналитическими моделями объемной диффузии и численным моделированием.

Введение

Множество сигнальных белков рекрутируются на специфические клеточные мембраны через домены, связывающие фосфолипиды ^1,2 . Эти молекулы прикрепляются к поверхности специфических липидных мембран и подвергаются двумерной диффузии в поисках мишени. Как только цель обнаружена, многие белки либо активируют, либо подавляют нижестоящий сигнальный путь для различных физиологических и патологических процессов. Примеры мембранно-направленных доменов включают гомологию плекстрина (PH) ³ и C2 ⁴ , которые были идентифицированы в сотнях сигнальных молекул человека, а также в таких разнообразных эукариотических видах, как грибы и мухи ⁵ . Домены PH специфически связываются с фосфоинозитидами, в то время как домены C2 связываются с различными мембранами, а часть доменов C2 связывается с мембранами только в присутствии кальция и играет ключевую роль в сигнальных путях. Ассоциация с липидными мембранами часто происходит в ответ на различные внеклеточные и внутриклеточные стимулы, но обычно пребывание на поверхности мембраны носит лишь временный характер. Временная природа периферических белково-мембранных взаимодействий обеспечивает жесткую временную регуляцию передачи сигнала. Кроме того, диссоциация мембран также имеет большое значение для поиска целевого субстрата, но этот процесс менее изучен.

Недавно Knight и Falke наблюдали диссоциацию доменов PH из поддерживаемых бислоев с последующим быстрым повторным связыванием с поверхностью после короткого пребывания в объеме раствора ⁶ . Они предположили, что процесс прыжка может быть важен при поиске молекул-мишеней в эукариотических клетках. Впоследствии Ясуи и др. обнаружили, что молекулы PTEN (гомолог фосфатазы и тензина) прыгают вдоль плазматической мембраны живых клеток из-за диссоциации с последующим повторным связыванием ⁷ . PTEN является важным белком, который подавляет развитие рака, где он предотвращает слишком быстрый рост и деление клеток путем дефосфорилирования фосфоинозитидных субстратов на плазматической мембране. Сродство PTEN-мембраны регулируется доменом C2 и усиливается электростатическими взаимодействиями ^7,8,9 . Таким образом, ожидается, что наблюдаемый скачок домена C2 на плазматической мембране изменит динамику поиска фосфолипидного субстрата.

Прямым следствием перескока через мембрану является то, что молекула остается в непосредственной близости в течение короткого времени, а затем перескакивает в место, которое находится дальше, чем ожидалось при двумерной диффузии. Следовательно, процесс поиска позволяет исследовать большие площади, и молекула может обходить диффузионные барьеры, которые могут присутствовать в мембране. Однако перескакивание происходит за счет того, что поиск становится менее исчерпывающим. Мы можем задаться вопросом, как такие длинные скачки влияют на динамику доменов, нацеленных на мембрану, и как это движение отличается от более простой двумерной диффузии. Такое потенциально сложное поведение может привести к аномальной диффузии доменов, нацеленных на мембрану, что может изменить результат процессов поиска и последовательных молекулярных реакций.

Аномальная диффузия широко распространена при движении молекул в биологических системах ^10,11,12,13 . В общем, частица проявляет аномальную диффузию, когда среднеквадратичное смещение (СКО) масштабируется по степенному закону с показателем степени α ≠ 1

, где K _α — обобщенный коэффициент диффузии в см ² /с ^а . При α < 1 процесс субдиффузионный, при α > 1 – сверхдиффузионный. Субдиффузия в цитоплазме ^14,15,16 , ядра ¹⁷ и плазматической мембраны ^18,19,20 живых клеток вызывается скученностью ^21,22 и сложными взаимодействиями с цитоскелетом и макромолекулярными комплексами, среди прочего. Точно так же субдиффузия может иметь место в модельных мембранах из-за эффектов скучивания и упаковки ^23,24 . Возникновение супердиффузионных процессов в биомолекулярных системах встречается гораздо реже. Архетипический режим супердиффузионного движения обусловлен активными цитоплазматическими потоками и транспортом, опосредованным молекулярными моторами, требующими расхода энергии АТФ ^25,26,27 .

С теоретической точки зрения существует три основных механизма, которые могут вызвать супердиффузию ²⁸ . Это может быть вызвано корреляциями в случайном блуждании, например, в фракционном броуновском движении с индексом Херста H > 1/2, постоянными направленными движениями (блужданиями Леви) и длинными прыжками (полетами Леви) ^29,30 . Активный биологический транспорт можно смоделировать как ходьбу Леви ²⁷ . Процессы объемной диффузии, которые можно описать как полеты Леви, наблюдались для временной адсорбции на твердой поверхности, когда молекулы демонстрируют прерывистое поведение, чередуя периоды иммобилизации на границе раздела твердое тело-жидкость и периоды диффузии в объемной жидкости ^31,32 .

В этой статье мы сообщаем об экспериментальном наблюдении супердиффузионного транспорта доменов С2, нацеленных на мембрану, на поддерживаемых липидных бислоях. Измерения диффузии доменов, нацеленных на мембрану, выполняются путем отслеживания отдельных частиц и сравниваются как с аналитической теорией, так и с численным моделированием. В отличие от активного цитоплазматического транспорта, супердиффузия на модельных мембранах не требует энергии. Наши данные убедительно свидетельствуют о том, что супердиффузия вызвана объемно-опосредованной диффузией, а именно, молекулы диссоциируют от мембраны и совершают трехмерные случайные блуждания, пока снова не достигнут мембраны и реадсорбируются в новом месте, как показано на рис. 1. Интересно, что движение доменов, нацеленных на мембрану, демонстрирует слабое нарушение эргодичности, явление, которое недавно привлекло значительное внимание в клеточных средах и других сложных системах ^{10,12,33,34,35} . Эргодическая гипотеза, фундаментальная для статистической механики, утверждает, что средние значения по ансамблю и средние значения отдельных траекторий за долгое время эквивалентны. Нарушение эргодичности сильно влияет на динамику отдельных молекул, которая может сильно отличаться от статистики ансамбля ¹⁰ . При традиционном способе получения МСД квадраты смещений усредняются по большому ансамблю молекул за время t с начала измерения, т. е. среднее значение по ансамблю. В качестве альтернативы можно выполнить усреднение по всем смещениям за время отставания Δ одной траектории, т. е. временное усреднение. Для эргодических систем оба средних сходятся к одному и тому же значению. Однако слабое нарушение эргодичности может иметь место как следствие кинетики со степенной статистикой в плазматической мембране ^36,37 и в цитоплазме живых клеток ^16,38, а также в неорганических сложных системах, таких как квантовые точки ^39,40 и модели стеклянных динамиков ³³ .

Рисунок 1

Схема процесса диффузии.

Молекула чередует фазы двумерной и трехмерной диффузии. Диффузия в трехмерном объеме происходит намного быстрее, чем диффузия в липидном бислое, и поэтому наблюдается только эффективный двумерный процесс без потери связности траекторий. Экскурсии в балк выглядят как длинные скачки на двумерных траекториях.

Полноразмерное изображение

Результаты

Диффузия белков, нацеленных на мембрану, на поддерживаемых липидных бислоях

Мы отследили движение C2A-домена, нацеленного на мембрану, из синаптотагмина 7 ⁴¹ , меченного Atto-565, на липиде на подложке бислой, состоящий из фосфатидилхолина (ФХ) и фосфатидилсерина (ФС) в соотношении 3:1. Липидный бислой был собран на чистом покровном стекле ⁶ . Визуализация была сделана в самодельном микроскопе полного внутреннего отражения (TIRF) при непрерывном освещении со скоростью 20 кадров/с. Поверхностная плотность поддерживалась достаточно низкой, чтобы можно было точно отслеживать траектории и назначать соединения даже после прыжков длиной в микрометр. Флуоресцентная визуализация показала, что поверхностная плотность составляла 0,017 ± 0,005 мкм ^-2 (среднее значение ± стандартное отклонение). Внезапное появление флуоресцентных молекул в поле TIRF также дало оценку скорости адсорбции k _на . Подсчитывая количество прибывающих, мы измерили K _на = (2 ± 1) × 10 ^-4 S ^-1 мкМ ^–2.

На рис. 2а показан пример траекторий, полученных в 10-секундном окне, наложенных на последний кадр. Часто в траекториях частиц наблюдаются длинные скачки, как это видно в примерах на рис. 2б,в. Эти скачки указывают на то, что молекулы C2A отрываются от поверхности и вновь поглощаются после кратковременных экскурсий в объем жидкости. Движение в объеме намного быстрее, чем диффузия на вязкой мембране, поэтому для всех практических целей ожидается, что скачки будут происходить мгновенно. Для домена С2А коэффициент диффузии в липидном бислое D _s порядка 2 мкм ² /с, но в жидкости коэффициент диффузии D _b оценивается в 100 раз выше 42 0909 420909. Как следствие, когда молекула совершает прыжок через объем, иногда ее можно наблюдать с пониженной интенсивностью как в старом, так и в новом местоположении в одном и том же кадре изображения, как показано на рис. 2b. Учитывая измеренное k _на , вероятность того, что мы неверно интерпретируем новую молекулу, поглощаемую из объема, как скачок в пределах 100 мс и радиусом 3 мкм от молекулы, покинувшей поверхность, составляет всего 6 × 10 ⁻⁴ .

Рисунок 2

Отслеживание отдельных частиц доменов, нацеленных на мембрану.

( a ) Индивидуальные траектории C2A-Atto565, собранные в течение 10-секундного временного окна. На изображении наблюдаются три подвижные траектории вместе с одной неподвижной частицей, которая отслеживается, но не включена в анализ. Последний кадр накладывается на траектории. Исходные данные показаны в дополнительном видео S1. Масштабная линейка 2 мкм. ( b ) Область интереса (ROI) вокруг местоположения скачка микрометра, который происходит на самой нижней траектории, отмеченной буквой b. Показаны три кадра, соответствующие до, во время и после прыжка. Масштабная линейка 0,5 мкм. ( c ) Область интереса вокруг места прыжка, отмеченного буквой c. Масштабная линейка 1 мкм.

Изображение в полный размер

Для изучения влияния константы диссоциации мы также использовали конструкцию C2A, слитую с немембранно-взаимодействующей глутатион-S-трансферазой (GST), которая имеет сильную тенденцию к димеризации (рис. 3а). . Димер GST-C2A образует два независимых взаимодействия с мембраной и, следовательно, будет иметь более медленную скорость диссоциации, чем мономер C2A, что обеспечивает хорошее сравнение для проверки наших предсказаний супердиффузии. Кроме того, димер GST-C2A имеет более высокий коэффициент вязкостного сопротивления и, в свою очередь, его коэффициент диффузии на поверхности мембраны снижен почти вдвое9.0009 43 . Аналогичным образом, как и для молекул C2A, мы оценили K _на = (1,0 ± 0,3) × 10 ^-4 S ^-1 мкм ^–2.

Рисунок 3

Анализ аномальной диффузии мембрано-направленного домена C2A (мономер) и димера, образующего GST-C2A.

( a ) Схема мономера C2A и димера GST-C2A, используемых в этом исследовании. ( b ) СКО, усредненное по ансамблю 〈 р ² ( т )〉. На вставке показано масштабирование данных, так что они представлены с той же временной осью, что и усредненное по времени СКО, для сравнения. ( c ) СКО, усредненное по времени, как функция времени запаздывания Δ. Усредненные по времени СКО отдельных траекторий сильно различаются, поэтому СКО отдельных траекторий также усредняются по ансамблю. ( d , e ) Распределение смещений для Δ = 100 мс. Общее количество водоизмещений составляет 207 000 и 56 000 для C2A и GST-C2A соответственно. Сплошные линии показывают подгонку к уравнению (4) и к отдельным компонентам пропагатора, т.е. гауссовой части [(1 − ω)/2πσ ²] Exp ( – R ²/2σ ²) и часть пропагатора Cauchy ωγ/2π ( R ²+γ ²) ^3/2. Отсечка на 2,6 мкм возникает из-за того, что траектории не соединяются, когда имеют место прыжки на большее расстояние, чем это расстояние. Этот порог установлен для того, чтобы избежать риска неправильного соединения частиц.

Изображение полного размера

Мы собрали 14 000 мобильных траекторий C2A и 3600 GST-C2A. Неподвижные флуорофоры, которые не проявляли явного диффузионного движения, исключались из анализа. Среднее по ансамблю СКО 〈 r ² ( t )〉 мономеров C2A и образующий димер GST-C2A показаны на рис. 3б. Для вычисления усредненного по ансамблю СКО используется одно смещение от каждой траектории. На рисунке видно отклонение от линейного СКО, демонстрирующее супердиффузионное поведение. Далее, начало супердиффузии для GST-C2A происходит на более позднем этапе.

СКО, усредненное по времени, часто используется при анализе индивидуальных траекторий. На протяжении всей этой рукописи мы будем обозначать среднее значение наблюдаемой по ансамблю скобками 〈⋅〉, а среднее время – чертой сверху.-. Для траектории с N точки времени,

, где τ – временной интервал между последовательными измерениями и n = Δ/τ. Этот подход особенно полезен, когда доступно ограниченное количество траекторий, как это обычно происходит в исследованиях одиночных молекул. На рис. 3в показано усредненное по времени СКО после его дополнительного усреднения по всем траекториям. GST-C2A демонстрирует ожидаемую более медленную скорость диффузии, чем C2A, исходя из наклона MSD. Как упоминалось выше, для эргодических процессов временное и ансамблевое средние совпадают на длинном временном пределе . Однако для молекул C2A эргодическая гипотеза не работает. В отличие от усредненного по ансамблю СКО, усредненное по времени СКО является линейным по времени запаздывания

Таким образом, наблюдатель, анализирующий средние значения по времени, придет к вводящему в заблуждение выводу, что поведение диффузии не является аномальным.

Распределение перемещений P ( r ) при Δ = 100 мс показано на рис. 3г,д для C2A и GST-C2A соответственно. Распределение имеет два различных характерных режима: центральная часть до расстояния r ≈ 1,5 мкм и длинный хвост. Это поведение можно понять из свойств масштабирования объемно-опосредованной диффузии, как обсуждалось Бычуком и О’Шонесси 9.0009 44 . Как только молекула отделяется от поверхности, она совершает трехмерное случайное блуждание, пока не вернется. В асимптотическом пределе первое распределение времени возвращения масштабируется как ψ(τ) ~ τ ^−1,5 . Для любого заданного времени возврата поверхностное расстояние между точками диссоциации и возврата имеет гауссово распределение. Следовательно, распределение длин прыжков имеет вид, как показано на рис. 3d,e для больших расстояний.

Теоретическая функция плотности вероятности длины прыжка может быть найдена с помощью метода изображения ⁴⁵ . Расстояние первого возвращения на поверхность определяется двумерным распределением Коши. На малых временах вероятность того, что частица совершит более одного прыжка, мала. Если пренебречь расстоянием, пройденным поверхностной диффузией за промежутки времени, в течение которых частица совершает объемное движение, то движение на каждом коротком промежутке происходит либо за счет поверхностной диффузии, либо за счет скачка. Тогда мы можем аппроксимировать распределение перемещений за короткие промежутки времени на

где ω — вероятность того, что частица совершит прыжок в течение заданного времени, а поверхностная диффузия даст σ ² = 2 D _s t . A least-square fitting of the distribution of displacements (Fig. 3d,e) to this propagator yields D _s = 1.7 μm ² /s for C2A monomers and D _s = 1,0 мкм ² /с для димеров GST-C2A. Установлено, что параметр γ составляет 0,24 мкм и 0,12 мкм для C2A и GST-C2A соответственно.

Распределение перемещений для более длительных времен включает в себя как случайное число скачков, каждый из которых имеет распределение Коши, так и броуновское движение на поверхности. Чечкин и др. получил полное решение для распространителя массовой диффузии ⁴⁶ . Для случая, когда D _s = 0 и без учета поправок на большие расстояния, распределение смещений дается пропагатором Коши в соответствии с аргументами масштабирования ⁴⁴ ,

Когда частицы также диффундируют по поверхности, т.е. D _s ≠ 0, плотность вероятности смещений определяется сверткой уравнения (5) с нормальным распределением. Несмотря на то, что полное решение для больших времен сложно, хвост этого распределения для больших расстояний по-прежнему масштабируется как P ( r ) ~ r ⁻³ . Из-за этого асимптотического поведения точное распределение имеет свойства, аналогичные распределению Коши.

Численное моделирование: диффузия при наличии объемных отклонений

Для проверки модели поверхностной диффузии при наличии объемных отклонений мы анализируем численное моделирование процесса, изображенного на рис. 1. Молекулы совершают двумерное случайное блуждание , но в случайные моменты времени они прыгают из-за гипотетического массового отклонения. Времена пребывания на поверхности предполагаются независимыми и одинаково распределенными экспоненциальными случайными величинами, а скачки моделируются в соответствии с временем первого возвращения на поверхность при простой диффузии в трехмерной среде. Эти симуляции анализируются так же, как и экспериментальные наблюдения за движением доменов C2, нацеленных на мембрану, на поддерживаемых мембранах. Было смоделировано 500 реализаций вне решетки с коэффициентом поверхностной диффузии D _с = 0,5 и коэффициентом диссоциации k = 0,1. Выбранные параметры не предназначены для захвата реальных свойств белка, а просто для проверки теоретических предсказаний без влияния экспериментального шума. Смещения для двумерной диффузии берутся из распределения Гаусса с дисперсией, а времена возврата от объемных отклонений берутся из распределения ⁴⁵ . Затем расстояния прыжков получаются из распределения Гаусса с дисперсией .

Распределение перемещений P ( r ) для численного моделирования показано на рис. 4а. Как и ожидалось, есть два режима: центральная гауссова часть из-за двумерной диффузии на мембране между массовыми экскурсиями и тяжелый хвост, который возникает из-за поведения объемных экскурсий на большие расстояния. Распределения для коротких времен снова могут быть смоделированы с помощью пропагатора, который включает вклад гауссовой поверхностной диффузии и распределения Коши из-за объемных отклонений. Подгонкой к уравнению (4) находим D _S = 0,50 ± 0,05 (значение, используемое в моделировании, составляет D _S = 0,5) и γ ₀ = 0,75.

Рисунок 4

Численное моделирование полетов Леви.

Было выполнено 500 реализаций, в которых частица чередует двумерные случайные блуждания и прыжки, опосредованные объемом. ( a ) Плотность вероятности смещения трассера. Плотность хорошо описывается теоретической моделью, включающей гауссову центральную часть и пропагатор Коши вида . ( b ) Среднее по ансамблю СКО 〈 r ² ( t )〉 как функция времени. Среднее по ансамблю СКО вычисляется из расстояния, пройденного трассером за время t от начала реализации. ( c ) Среднее по времени СКО усредняется по всем реализациям и строится в зависимости от времени запаздывания Δ.

Изображение в натуральную величину

Анализ МСД

Динамика частицы с пропагатором Коши представляет особый интерес, поскольку теоретическая дисперсия смещений расходится,

На практике отклонение второго момента означает, что существует немалая вероятность возникновения чрезвычайно длинных скачков, и это явление имеет прямое влияние на измеренное СКО. На рис. 4b показано усредненное по ансамблю СКО, рассчитанное на основе численного моделирования. СКО увеличивается сверхлинейно, т. е. с использованием уравнения (1) мы имеем α > 1, что означает, что процесс является супердиффузионным.

Давайте теперь проанализируем неожиданное поведение СКО, начиная с усредненной по времени СКО отдельных траекторий. Мы можем показать, что среднее по времени СКО линейно по времени запаздывания для любого случайного блуждания с независимыми приращениями U _I = R _{I +1} – R _I, так что U ₇₁₂₂₉. = 0, когда i ≠ j . Из определения усредненного по времени СКО (уравнение (2)) ⁴⁷ ,

, где мы использовали аппроксимацию t ≫ Δ, мы опустили член, поскольку он в среднем равен нулю, и снова мы использовали параметр n = Δ/τ. Таким образом, мы видим, что для симметричных случайных блужданий с независимыми приращениями усредненное по времени СКО является линейным, как показано на рисунках 3c и 4c.

Хотя усредненное по времени СКО для отдельных траекторий является линейным, усредненное по ансамблю СКО 〈 r ² ( t )〉 таковым не является. Мы можем понять супердиффузионное поведение, предположив, что можем определить движение в терминах двух независимых процессов r ( t ) = b ( t ) + y ( t ), где b ( t ) — двумерное броуновское движение, а y ( t ) — двумерный броуновский процесс определяется уравнением (5). Тогда MSD равно 〈 r ² 〉 = 〈 b ² 〉 + 〈 y ² 〉. Первый член линейен во времени, а второй член имеет супердиффузионный характер ^44,46,48 .

Обсуждение

Результаты, представленные в этой статье, связаны с объемно-опосредованными скачками. Теорема Полиа утверждает, что случайное блуждание в одном измерении вернется в начало координат с вероятностью один ⁴⁹ . Однако мы можем спросить, насколько вероятно, что частица, отделившаяся от поверхности, вновь ассоциируется в течение заданного времени измерения. Мы можем оценить эту вероятность по распределению времени первого прохождения в одном измерении ⁴⁵ . Будем для простоты считать, что молекула диссоциирует от поверхности, когда достигает высоты z ₀ = 10 нм. Затем, используя общий коэффициент диффузии D _b = 100 мкм ² /с, мы находим, что вероятность не вернуться на поверхность менее чем за 50 мс составляет всего 0,0025. Это означает, что подавляющее большинство молекул, диссоциирующих с поверхности, возвращаются за очень короткое время. В общем случае вероятность невозврата за время τ равна .

Пропагатор для поверхностной диффузии при наличии объемных скачков (уравнение (4)) зависит от коэффициента поверхностной диффузии D _s и параметр γ, отражающий переход между поверхностной и объемной фазами. А именно, γ ~ a /τ _des , где τ _des — среднее время десорбции, а a — размерный фактор. Объемно-опосредованная диффузия, таким образом, предсказывает γ _димер < γ _{мономер}, что согласуется со значениями, которые мы находим для C2A и GST-C2A.

Поверхностное движение этих доменов, нацеленных на мембрану, хорошо описывается полетами Леви, случайным блужданием, при котором ступенчатые смещения имеют распределение с тяжелым хвостом. Тяжелый хвост возникает из-за диссоциации молекул от мембраны, которые затем совершают трехмерное случайное блуждание, пока снова не достигнут поверхности в другом месте. Процесс включает первый возврат на поверхность и сходится к степенному закону в соответствии с теоремой Спарре-Андерсена ⁴⁵ . Этот тип динамики полета Леви принципиально отличается от прогулок Леви, вызванных молекулярными моторами в цитоплазме, потому что периоды активного движения требуют затрат энергии, обычно в форме гидролиза АТФ, в то время как объемные экскурсии происходят спонтанно.

Одним из наиболее интересных и диагностических эффектов наблюдаемой статистики объемной диффузии является то, что усредненное по ансамблю СКО демонстрирует супердиффузионное поведение, тогда как временное среднее предполагает нормальную диффузию. Это неэргодическое поведение похоже на случайные блуждания в непрерывном времени (CTRW), где распределение времени пребывания между шагами имеет распределение вероятностей с тяжелыми хвостами. Также в CTRW и 〈 r ² ( t )〉 ~ t ^α , хотя CTRW является субдиффузионным с α < 1. процесс ⁵⁰ .

На сегодняшний день различные группы исследователей наблюдали нормальную диффузию мембранных белков в поддерживаемых липидных бислоях, что, по-видимому, противоречит нашим выводам ^51,52,53,54 . Причин такого очевидного несоответствия несколько. Отслеживание отдельных частиц в липидных бислоях часто фокусируется на усредненном по времени MSD, которое не показывает какой-либо нелинейности во времени запаздывания. Таким образом, было бы разумно сделать вывод, что диффузия не является аномальной. Кроме того, известно, что аномальная диффузия в поддерживаемых бислоях развивается в результате упаковки и скученности. Эти механизмы моделируются дробным уравнением Ланжевена, которое носит эргодический характер, с аномалиями, которые проявляются в средних значениях по времени. Ранее также сообщалось, что распределение смещений имеет гауссовский характер. Здесь мы сообщаем о движении связанных с поверхностью мембранных доменов, которые демонстрируют десорбцию с мембраны в течение экспериментального времени наблюдения. Предыдущие работы, посвященные доменам, нацеленным на мембрану, таким как C2, обычно ограничивались короткими смещениями, чтобы исключить влияние длинных объемных скачков в измерениях диффузии ^43,54 . Поведение транс- и интегральных мембранных белков или липидов очень отличается, потому что барьер свободной энергии для высвобождения из мембраны слишком высок, чтобы его можно было наблюдать в рамках экспериментальных наблюдений ^51,52,53 .

Каковы биологические последствия поверхностной супердиффузии для белков периферических мембран? Процессы поиска широко распространены в клеточной биологии, и можно предположить, что эволюция оптимизировала параметры поиска. Для сигнальных молекул, доставляемых к плазматической мембране во время специфического стимула, молекулы-мишени часто не хватает в море других липидов и белков. Таким образом, мы можем себе представить, что если молекула не находит свою цель за заданное время, становится более эффективным начать поиск в другом месте. Но уместно ли тогда предположить, что полеты Леви обеспечивают оптимальный поиск разреженных целей по сравнению с броуновским движением? Было показано, что для одномерных прерывистых процессов, которые переключаются между фазами броуновского движения и баллистического перемещения, процесс поиска значительно эффективнее, когда время перемещения распределено по степенному закону, что приводит к блужданию Леви ⁵⁵ . Примечательно, что при использовании динамики Леви поиск менее чувствителен к целевой плотности ⁵⁵ . В общем случае оптимальная стратегия зависит от среднего расстояния до цели от начальной точки ⁵⁶ . Однако слепой поиск внутри живой клетки сильно отличается от поиска в беспрепятственной среде. Несколько аспектов создают дополнительные сложности, особенно в плазматической мембране ¹³ . Экспериментальные измерения показывают, что плазматическая мембрана разделена таким образом, что белки и липиды имеют тенденцию временно ограничиваться небольшими областями ⁵⁷ . Кроме того, мембранные белки обычно проявляют субдиффузию с антиперсистентными приращениями, когда молекулы дрейфуют к местам, которые они посещали в прошлом. Хотя такое субдиффузионное поведение обеспечивает возможность тщательного и компактного поиска, это определенно не оптимальная ситуация для поиска разреженных целей. Супердиффузионный полет Леви обеспечивает механизм преодоления эффектов антипостоянного коррелированного субдиффузионного движения. Таким образом, мы ожидаем, что динамика полета Леви часто будет превосходить броуновский поиск.

Препятствие диффузии мембранных молекул имеет два разных источника, оба из которых вызывают антипостоянные корреляции в случайном блуждании. С одной стороны, препятствия могут создаваться неподвижными трансмембранными белками, которые воздействуют на все липиды и мембранные белки. С другой стороны, более серьезная обструкция может быть вызвана компонентами цитоскелета, которые могут не находиться в прямом контакте с плазматической мембраной ⁵⁸ . Эффект этих барьеров неодинаков для всех мембранных белков. Белки, имеющие большие внутриклеточные комплексы, блокируются намного эффективнее, чем небольшие молекулы. В тех случаях, когда большая сигнальная молекула прикрепляется к мембране через домены, связывающие фосфолипиды, объемные экскурсии позволяют исследовать большие области. В противном случае молекула долгое время оставалась бы ограниченной внутри сформированных цитоскелетом загонов, даже если в этой области не было обнаружено никакой субстратной мишени.

Таким образом, мы наблюдали неэргодическое сверхдиффузионное движение пептидных доменов, нацеленных на мембрану, в липидных бислоях на подложке. Движение хорошо описывается полетами Леви с прыжками, которые имеют распределение тяжелого хвоста. Длинные скачки вызваны экскурсией в объем жидкости. После диссоциации от мембраны молекулы диффундируют в трех измерениях, пока снова не достигают мембраны и не связываются в новом месте. Диффузия в объеме жидкости происходит намного быстрее, чем диффузия в мембране, поэтому мы не учитываем время задержки между диссоциацией и реадсорбцией. Поверхностные расстояния, преодолеваемые прыжками, имеют распределение Коши, которое отвечает за тяжелый хвост в сверхдиффузионных полетах Леви. Модельные мембраны представляют собой элегантную систему для изучения эффекта сверхдиффузионных полетов Леви, поскольку они не подвергаются взаимодействиям с другими компонентами клетки, которые могли бы скрыть экспериментальное наблюдение. Однако прыжки наблюдались уже на поверхности живых клеток ⁷, и мы предполагаем, что эти процессы имеют широкое физиологическое значение в поверхностной диффузии сигнальных молекул.

Методы

Буфер для визуализации

Визуализация и промывка на этапах подготовки выполнялись в буфере для визуализации, состоящем из 50 мМ HEPES, 75 мМ NaCl, 1 мМ MgCl ₂ , 2 мМ трис(2-карбоксиэтил)фосфон ), 200 мкМ CaCl ₂ . CaCl ₂ необходим для связывания домена C2 с восстановленной мембраной.

Получение фосфолипидных везикул

Фосфолипиды были приобретены у Avanti Polar Lipids (Alabaster, AL). Суспендированный в хлороформе 18:1 (Δ9-цис) ФХ (ДОФХ) и 18:1 ФС (ДОФС) смешивали в соотношении 3:1. Смесь фосфолипидов сушили в вакууме в течение ночи и ресуспендировали в буфере для визуализации до конечной концентрации 3 мМ с последующей обработкой зонда ультразвуком с образованием однослойных везикул (SUV).

Приготовление покровных стекол и липидных бислоев на подложке

Стеклянные покровные стекла очищали ультразвуком в растворе детергента с последующим замачиванием в 1М КОН. Покровные стекла обильно промывали в воде Milli-Q и высушивали потоком газообразного азота. Затем покровные стекла обрабатывали кислородной плазмой. Сразу после очистки плазмой к покровному стеклу приклеивали перфузионную камеру (CoverWell, Grace Bio-Labs, модель PC8R-1.0). Для осаждения липидных бислоев в перфузионную камеру вводили раствор внедорожников (1,5 мМ липидов), состоящий из фосфатидилхолина (ФХ) и фосфатидилсерина (ФС) в соотношении 3:1 в 0,5 М NaCl и буфере для визуализации. в течение часа при температуре 4 °C. Охлаждение сводит к минимуму окисление липидов. Затем поверхность несколько раз промывали буфером для визуализации перед добавлением образца белка.

Экспрессия и очистка C2A и GST-C2A

Экспрессионную плазмиду, содержащую ген слитого белка домена C2A GST-ybbR-Synaptotagmin 7 (Syt7), трансформировали в компетентные клетки E. coli BL21-CodonPlus(DE3). Сегмент ybbR предоставляет сайт для катализируемого Sfp мечения флуорофора ⁵⁹ . Клетки выращивали при 37 °C до OD ₆₀₀, равной 0,6, а затем индуцировали экспрессию белка с помощью 0,5 мМ IPTG при комнатной температуре в течение 6 часов. Собранные клетки лизировали при 18 000 фунтов/дюйм ² в микрофлюидизаторе в буфере, содержащем 50 мМ Трис, рН 7,5, 400 мМ NaCl, и центрифугировали при 17 000 об/мин в роторе Sorval SS-34. Осветленный лизат наносили на 5-мл колонку GSTrap FF (GE Healthcare LifeSciences, Питтсбург, Пенсильвания) с последующим градиентным элюированием 50 мМ Трис, рН 8,0, 100 мМ NaCl и 10 мМ глутатиона. Фракции, содержащие белок, объединяли и разбавляли для снижения концентрации соли до уровня менее 0,1 М перед загрузкой на колонку HiTrap Q HP (GE Healthcare LifeSciences, Питтсбург, Пенсильвания) и элюированием линейным градиентом до 1 М NaCl в 25 мМ Трис, pH 8,5, 20% (об./об.) глицерина и 0,02% (вес./об.) NaN ₃ . Часть конструкции подвергали расщеплению тромбином, а затем разделяли с использованием колонки для гель-фильтрации Superdex 200 (GE Healthcare LifeSciences, Питтсбург, Пенсильвания), уравновешенной 50 мМ Трис, рН 7,5 и 100 мМ NaCl, с получением конструкции ybbr-Syt7 C2A.

Маркировка белков

20 мМ CoASH (New England Biolabs, Ипсвич, Массачусетс) в 400 мМ триса, рН 7,5 смешивали с 20 мМ малеимида ATTO-565 (ATTO-TEC, Зиген, Германия) в диметилформамиде и инкубировали при 30°С. C в течение ночи с образованием ATTO-565 CoA, затем гасили 10-кратным разведением в 5 мМ DTT, 10 мМ Трис, pH 7,5. 10 мкМ GST-ybbr-Syt7 C2A и ybbr-Syt7 C2A метили ATTO-565 с помощью SFP-синтазы (4′-фосфопантетеинилтрансферазы). Каждая реакция содержала 50 мМ Трис 7,5, 10 мМ MgCl 9.0037 2 , 40 мМ NaCl, 20 мкМ ATTO-565 CoA и 1 мкМ SFP-синтазы. Реакции инкубировали при комнатной температуре в течение 30 минут, затем помещали на ночь при 4°С. Образцы диализовали против 1 л 50 мМ HEPES, pH 7,0, 75 мМ NaCl, 4 мМ MgCl ₂ и 5% глицерина в течение ночи при 4 °C, затем концентрировали до 10 мкМ.

Визуализация

Белки добавляли к буферу для визуализации до конечной концентрации 75 пМ. Затем перфузионную камеру заполнили раствором, и после короткого инкубационного периода в 10 минут мы начали визуализацию. Использовано 9 перфузионных камер.мм в диаметре и 0,9 мм в глубину, объем ≈60 мкл. Визуализацию проводили без замены раствора, так что белок всегда присутствовал в нерасфасованном растворе, а поверхностная концентрация могла достигать стационарного состояния.

Все изображения были получены с использованием объективного флуоресцентного микроскопа полного внутреннего отражения (TIRFM). Микроскоп был собран на базе корпуса Olympus IX71 ^18,36 с лазерной линией 561 нм в качестве источника возбуждения. Использовалась камера с электронным умножением с зарядовой связью (EMCCD) с задней подсветкой (Andor iXon DU-888) с жидкостным охлаждением до -85 ° C и электронным усилением 300. Чтобы поддерживать постоянную фокусировку в течение всего времени визуализации, мы использовали систему автофокусировки (CRISP, Applied Scientific Instrumentation, Eugene, OR) в сочетании с пьезоэлектрическим столиком (Z-100, Mad City Labs, Madison, WI). Видео были получены с частотой кадров 20 кадров/с.

Обработка изображений и отслеживание отдельных частиц

Изображения были получены с помощью программного обеспечения Andor IQ 2.3 и сохранены в виде 16-битных файлов TIFF. Затем изображения были отфильтрованы с использованием ядра Гаусса со стандартным отклонением 1,0 пикселя в ImageJ. Отслеживание отдельных частиц Atto-C2 и Atto-GST-C2 выполняли в MATLAB с использованием алгоритма U-track, разработанного Jaqaman et al. ⁶⁰ под тщательным ручным контролем обнаружения и отслеживания.

Дополнительная информация

Как цитировать эту статью : Campagnola, G. et al. Супердиффузионное движение доменов C2, нацеленных на мембрану. Науч. Респ. 5 , 17721; doi: 10.1038/srep17721 (2015).

Ссылки

Hurley, J. H. Мембраносвязывающие домены. Биохим. Биофиз. Acta 1761, 805–811 (2006).
КАС Статья Google ученый
Леммон, Массачусетс. Распознавание мембран фосфолипидсвязывающими доменами. Нац. Преподобный Мол. Клеточная биол. 9, 99–111 (2008).
КАС Статья Google ученый
Леммон, М. и Фергюсон, К. Сигнально-зависимое нацеливание на мембрану с помощью доменов гомологии плекстрина (PH). Биохим. Дж. 350, 1–18 (2000).
КАС Статья Google ученый
Чо, В. и Стахелин, Р. В. Связывание с мембраной и субклеточное нацеливание на домены C2. Биохим. Биофиз. Акта 1761 г., 838–849 гг.(2006).
КАС Статья Google ученый
Летуник И., Доеркс Т. и Борк П. SMART 7: последние обновления ресурса аннотаций белковых доменов. Нуклеиновые Кислоты Res. 40, Д302–Д305 (2012). http://smart.embl-heidelberg.de/.
КАС Статья Google ученый
Найт, Дж. Д. и Фальке, Дж. Дж. Исследования флуоресценции одной молекулы домена PH: новый взгляд на реакцию стыковки мембран. Биофиз. Дж. 96, 566–582 (2009).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Yasui, M., Matsuoka, S. & Ueda, M. Прыжки PTEN на клеточной мембране регулируются с помощью положительно заряженного домена C2. PLoS-компьютер. биол. 10, e1003817 (2014).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Герике А., Мансон М. и Росс А. Х. Регулирование фосфатазы PTEN. Ген 374, 1–9(2006).
КАС Статья Google ученый
Дас, С., Диксон, Дж. Э. и Чо, В. Механизм связывания с мембраной и активации PTEN. проц. Натл. акад. науч. США. 100, 7491–7496 (2003).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Баркай Э., Гарини Ю. и Метцлер Р. Странная кинетика одиночных молекул в живых клетках. физ. Сегодня 65, 29–35 (2012).
КАС Статья Google ученый
Хёфлинг Ф. и Франош Т. Аномальный транспорт в переполненном мире биологических клеток. Респ. прог. физ. 76, 046602 (2013).
ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet Статья Google ученый
Метцлер Р. , Джеон Дж.-Х., Черствый А.Г. и Баркай Э. Модели аномальной диффузии и их свойства: нестационарность, неэргодичность и старение к столетию отслеживания одиночных частиц. физ. хим. хим. физ. 16, 24128–24164 (2014).
КАС Статья Google ученый
Крапф, Д. Механизмы, лежащие в основе аномальной диффузии в плазматической мембране. Курс. Верхний. член 75, 167–207 (2015).
Артикул Google ученый
Golding, I. & Cox, E.C. Физическая природа бактериальной цитоплазмы. физ. Преподобный Летт. 96, 098102 (2006).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Толич-Норреликке И.М., Мунтяну Э.-Л., Тон Г., Оддершеде Л. и Берг-Соренсен К. Аномальная диффузия в живых дрожжевых клетках. физ. Преподобный Летт. 93, 078102 (2004).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Чон, Дж. -Х. и другие. In vivo аномальная диффузия и слабое эргодичное разрушение липидных гранул. физ. Преподобный Летт. 106, 048103 (2011).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Бронштейн И. и др. Транзиторная аномальная диффузия теломер в ядрах клеток млекопитающих. физ. Преподобный Летт. 103, 018102 (2009).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Вейгель А.В., Тамкун М.М. и Крапф Д. Количественная оценка динамических взаимодействий между ямками, покрытыми клатрином, и грузовыми молекулами. проц. Натл. акад. науч. США. 110, E4591–E4600 (2013).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Heinemann, F., Vogel, S.K. & Schwille, P. Боковая мембранная диффузия, модулируемая минимальной актиновой корой. Биофиз. Журнал 104, 1465–1475 (2013).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Торрено-Пина, Дж. А. и др. Усиленные взаимодействия рецептор-клатрин, индуцированные опосредованным N-гликаном мембранным микропаттерном. проц. Натл. акад. науч. США. 111, 11037–11042 (2014).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Бэнкс, Д. С. и Фрадин, К. Аномальная диффузия белков из-за скопления молекул. Биофиз. Журнал 89, 2960–2971 (2005).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Шимански, Дж. и Вайс, М. Выяснение происхождения аномальной диффузии в скученных жидкостях. физ. Преподобный Летт. 103, 038102 (2009).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Хортон, М. Р., Хёфлинг, Ф., Рэдлер, Дж. О. и Франош, Т. Развитие аномальной диффузии среди краудирующих белков. Мягкая материя 6, 2648–2656 (2010).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Jeon, J. -H., Monne, H.M.-S., Javanainen, M. & Metzler, R. Аномальная диффузия фосфолипидов и холестерина в липидном бислое и ее происхождение. физ. Преподобный Летт. 109, 188103 (2012).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Bursac, P. et al. Динамика цитоскелета: колебания внутри сети. Биохим. Биофиз. Рез. Комм. 355, 324–330 (2007).
КАС Статья Google ученый
Кахана А., Кенан Г., Фейнгольд М., Эльбаум М. и Гранек Р. Активный транспорт в неупорядоченных сетях микротрубочек: обобщенная модель случайных скоростей. физ. Ред. Е 78, 051912 (2008 г.).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Бруно, Л., Леви, В., Брунштейн, М. и Деспозито, М. Переход к супердиффузионному поведению во внутриклеточном транспорте на основе актина, опосредованном молекулярными моторами. физ. Ред. Е 80, 011912 (2009 г.).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Акимото, Т. Реакция распределения на смещения в детерминированной супердиффузии. физ. Преподобный Летт. 108, 164101 (2012).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Шлезингер, М. Ф. и Клафтер, Дж. Прогулки Леви против полетов Леви. В Стэнли, Х. Э. и Островски, Н. (ред.) О росте и форме: фрактальные и нефрактальные закономерности в физике. 279–283 (Спрингер, 1986).
Клафтер Дж., Шлезингер М.Ф. и Зумофен Г. За пределами броуновского движения. физ. Сегодня 49, 33–39 (1996).
Артикул Google ученый
Скауг, М. Дж., Мабри, Дж. и Шварц, Д. К. Прерывистый молекулярный скачок на границе твердое тело-жидкость. физ. Преподобный Летт. 110, 256101 (2013).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Yu, C. , Guan, J., Chen, K., Bae, S.C. & Granick, S. Наблюдение одной молекулы за длинными скачками в адсорбции полимера. ACS Nano 7, 9735–9742 (2013).
КАС Статья Google ученый
Бушо, Ж.-П. Нарушение и старение слабой эргодичности в неупорядоченных системах. J. Physique I 2, 1705–1713 (1992).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Бел, Г. и Баркаи, Э. Слабое нарушение эргодичности при случайном блуждании в непрерывном времени. физ. Преподобный Летт. 94, 240602 (2005).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Крапф, Д. Неэргодичность в наноразмерных электродах. физ. хим. хим. физ. 15, 459–465 (2013).
КАС Статья Google ученый
Weigel, A.V., Simon, B., Tamkun, M.M. & Krapf, D. Эргодические и неэргодические процессы сосуществуют в плазматической мембране, наблюдаемые при отслеживании одиночных молекул. проц. Натл. акад. науч. США. 108, 6438–6443 (2011).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Manzo, C. et al. Слабое нарушение эргодичности движения рецепторов в живых клетках, обусловленное случайной диффузией. физ. Ред. X 5, 011021 (2015).
Google ученый
Tabei, S.A. et al. Внутриклеточный транспорт гранул инсулина представляет собой подчиненное случайное блуждание. проц. Натл. акад. науч. США. 110, 4911–4916 (2013).
ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet Статья Google ученый
Brokmann, X. et al. Статистическое старение и неэргодичность флуоресценции одиночных нанокристаллов. физ. Преподобный Летт. 90, 120601 (2003).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Стефани Ф. Д., Хугенбум Дж. П. и Баркай Э. За пределами квантовых скачков: мигающие наноразмерные излучатели света. физ. Сегодня 62, 34–39(2009).
КАС Статья Google ученый
Sugita, S., Shin, O.-H., Han, W., Lao, Y. & Südhof, T.C. Синаптотагмины образуют иерархию экзоцитозных сенсоров Ca ²⁺ с различными аффинностями Ca ²⁺ . EMBO J. 21, 270–280 (2002).
КАС Статья Google ученый
Ziemba, B.P. & Falke, J.J. Боковая диффузия белков периферической мембраны на поддерживаемых липидных бислоях контролируется аддитивным сопротивлением трения (1) связанных липидов и (2) белковых доменов, проникающих в углеводородное ядро бислоя. хим. физ. Липиды 172, 67–77 (2013).
Артикул Google ученый
Найт, Дж. Д., Лернер, М. Г., Маркано-Веласкес, Дж. Г., Пастор, Р. В. и Фальке, Дж. Дж. Диффузия отдельных молекул мембраносвязанных белков: окно в липидные контакты и динамику бислоя. Биофиз. Журнал 99, 2879–2887 (2010).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Бычук О. В. и О’Шонесси Б. Аномальная диффузия на поверхности жидкости. физ. Преподобный Летт. 74, 1795 (1995).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Redner, S. Руководство по процессам первого прохождения, гл. 3 (издательство Кембриджского университета, 2001).
Чечкин А.В., Зайд И.М., Ломхолт М.А., Соколов И.М. и Мецлер Р. Объемно-опосредованная диффузия на плоской поверхности: полное решение. физ. Ред. Е 86, 041101 (2012).
ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый
Фромберг Д. и Баркай Э. Случайные усредненные по времени коэффициенты диффузии для блужданий Леви. Евро. физ. Дж. 86, 1–13 (2013).
Артикул Google ученый
Валиуллин Р. , Киммич Р. и Фаткуллин Н. Прогулки Леви сильных адсорбатов на поверхности: компьютерное моделирование и спин-решеточная релаксация. физ. Ред. Е 56, 4371 (1997).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Pólya, G. Über eine aufgabe der wahrscheinlichkeitsrechnung betreffend die irrfahrt im strassennetz. Mathematische Annalen 84, 149–160 (1921).
MathSciNet Статья Google ученый
Марголин Г. и Баркаи Э. Неэргодичность временного ряда, подчиняющегося статистике Леви. Дж. Стат. физ. 122, 137–167 (2006).
ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet Статья Google ученый
Тамм, Л. К. Исследования с использованием латеральной диффузии и флуоресцентной микроскопии моноклональных антител, специфически связанных с бислоями фосфолипидов на подложке. Биохим. 27, 1450–1457 (1988).
КАС Статья Google ученый
Gambin, Y. et al. Еще раз о латеральной подвижности белков в жидких мембранах. проц. Натл. акад. науч. США. 103, 2098–2102 (2006).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Ramadurai, S. et al. Влияние гидрофобного несоответствия и аминокислотного состава на латеральную диффузию трансмембранных пептидов. Биофиз. Журнал 99, 1447–1454 (2010).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Зиемба, Б.П., Найт, Дж.Д. и Фальке, Дж.Дж. Сборка связанных с мембраной белковых комплексов: обнаружение и анализ с помощью диффузии одиночных молекул. Биохим. 51, 1638–1647 (2012).
КАС Статья Google ученый
Ломхольт, М. А., Таль, К., Метцлер, Р. и Клафтер, Дж. Стратегии Леви в прерывистых процессах поиска выгодны. проц. Натл. акад. науч. США. 105, 11055–11059 (2008).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Палюлин В. В., Чечкин А.В., Метцлер Р. Полеты Леви не всегда оптимизируют случайный слепой поиск разреженных целей. проц. Натл. акад. науч. США. 111, 2931–2936 (2014).
КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Ритчи, К., Иино, Р., Фудзивара, Т., Мурасе, К. и Кусуми, А. Изгородь и пикетная структура плазматической мембраны живых клеток, выявленная методами отдельных молекул (обзор). Мол. член биол. 20, 13–18 (2003).
КАС Статья Google ученый
Эндрюс Н.Л. и др. Актин ограничивает диффузию FcεRI и облегчает иммобилизацию антиген-индуцированных рецепторов. Нац. Клеточная биол. 10, 955–963 (2008).
КАС Статья Google ученый
Yin, J., Lin, A.J., Golan, D.E. & Walsh, C.T. Сайт-специфическое мечение белков с помощью фосфопантетеинилтрансферазы Sfp. Нац. Протоколы 1, 280 (2006).
КАС Статья Google ученый
Jaqaman, K. et al. Надежное отслеживание отдельных частиц в цейтраферных последовательностях живых клеток. Нац. Методы 5, 695–702 (2008).
КАС Статья Google ученый

Ссылки на скачивание

Благодарности

Мы благодарим Джеффа Найта за любезно предоставленные плазмиды для C2A и C2A-GST и за полезные обсуждения. Мы также благодарим Kassi Prochazka за помощь в начальной части проекта и за ее помощь в создании рис. 1. Эта работа была поддержана Национальным научным фондом в рамках гранта 1401432 (для DK) и Национальным институтом здравоохранения в рамках гранта R21AI111588. (к ОБП).

Информация об авторе

Авторы и организации

Кафедра биохимии и молекулярной биологии, Университет штата Колорадо, Форт-Коллинз, 80523, Колорадо, США Университет штата Колорадо, Форт-Коллинз, 80523, Колорадо, США
Канти Непал, Брайс В. Шредер, Олве Б. Пирсен и Диего Крапф
Факультет электротехники и вычислительной техники, Государственный университет Колорадо, Форт-Коллинз, 80523, Колорадо , США
Диего Крапф

Авторы

Грейс Кампаньола
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Kanti Nepal
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Bryce W. Schroder
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия
Olve B. Peersen
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Diego Krapf
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Contributions

G.C., O.B.P. и Д.К. задумал эксперименты; О.Б.П. и Д.К. курировал проект; Г.К., К.Н. и Б.В.С. провел эксперименты; Д.К. разработана аналитическая модель и проведено численное моделирование; К.Н. и Д.К. проанализировали результаты; Д.К. написал первый черновик; Г.Ц., К.Н., О.Б.П. и Д.К. просмотрел рукопись.

Заявление об этике

Конкурирующие интересы

Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.

Дополнительные электронные материалы

Дополнительное видео S1

Права и разрешения

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4. 0 International License. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на статью, если иное не указано в кредитной строке; если материал не включен в лицензию Creative Commons, пользователям необходимо будет получить разрешение от держателя лицензии на воспроизведение материала. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Эту статью цитирует

Молекулярное движение и трехмерная наноразмерная локализация киндлина контролируют активацию интегрина в очаговых спайках
- Томас Орре
- Эдриан Джоли
- Грегори Джанноне
Nature Communications (2021)
Нарушение эргодичности на поверхности нейронов возникает в результате случайного переключения между диффузными состояниями.
- Александр Верон
- Кшиштоф Бурнецкий
- Диего Крапф
Научные отчеты (2017)
Количественная оценка неэргодичности аномальной диффузии с моментами более высокого порядка
- Мария Шварцль
- Аляж Годец
- Ральф Метцлер
Научные отчеты (2017)

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и Правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

Супердиффузионное движение доменов C2, нацеленных на мембрану

. 2015 7 декабря; 5:17721.

дои: 10.1038/srep17721.

Грейс Кампаньола ¹ , Канти Непал ² , Брайс В. Шредер ² , Олве Б. Пирсен ^{1
2} , Диего Крапф ^{2
3}

Принадлежности

¹ Кафедра биохимии и молекулярной биологии, Университет штата Колорадо, Форт-Коллинз, CO 80523, США.
² Школа биомедицинской инженерии, Университет штата Колорадо, Форт-Коллинз, Колорадо, 80523, США.
³ Факультет электротехники и вычислительной техники, Университет штата Колорадо, Форт-Коллинз, Колорадо, 80523, США.

PMID: 26639944
PMCID: PMC4671060
DOI: 10.1038/srep17721

Бесплатная статья ЧВК

Грейс Кампаньола и др. Научный представитель 2015 .

Бесплатная статья ЧВК

. 2015 7 декабря; 5:17721.

дои: 10.1038/srep17721.

Авторы

Грейс Кампаньола ¹ , Канти Непал ² , Брайс В. Шредер ² , Олве Б. Пирсен ^{1
2} , Диего Крапф ^{2
3}

Принадлежности

¹ Кафедра биохимии и молекулярной биологии, Университет штата Колорадо, Форт-Коллинз, Колорадо 80523, США.
² Школа биомедицинской инженерии, Университет штата Колорадо, Форт-Коллинз, Колорадо, 80523, США.
³ Факультет электротехники и вычислительной техники, Университет штата Колорадо, Форт-Коллинз, Колорадо, 80523, США.

PMID: 26639944
PMCID: PMC4671060
DOI: 10.1038/srep17721

Абстрактный

Цифры

Рис. 1. Схема процесса диффузии.

Молекула чередует фазы двумерного и…

Рис. 1. Схема процесса диффузии.

Рисунок 2. Отслеживание отдельных частиц при нацеливании на мембрану…

Рисунок 2. Отслеживание отдельных частиц доменов, нацеленных на мембрану.

( a ) Собраны индивидуальные траектории C2A-Atto565…

Рисунок 2. Отслеживание отдельных частиц доменов, нацеленных на мембрану.

( a ) Индивидуальные траектории C2A-Atto565, собранные в течение 10-секундного временного окна. На изображении наблюдаются три подвижные траектории вместе с одной неподвижной частицей, которая отслеживается, но не включена в анализ. Последний кадр накладывается на траектории. Исходные данные показаны в дополнительном видео S1. Масштабная линейка 2 мкм м. ( b ) Область интереса (ROI) вокруг местоположения скачка микрометра, который происходит на самой нижней траектории, отмеченной буквой b. Показаны три кадра, соответствующие до, во время и после прыжка. Масштабная линейка 0,5 мк м. ( c ) Область интереса вокруг места прыжка, отмеченного буквой c. Масштабная линейка 1 мк м.

Рисунок 3. Анализ аномальной диффузии при нацеливании на мембрану…

Рисунок 3. Анализ аномальной диффузии домена C2A (мономера) и димера, нацеливающегося на мембрану, образующего GST-C2A.

(…

Рисунок 3. Анализ аномальной диффузии мембрано-направленного домена C2A (мономер) и димера, образующего GST-C2A.

( a ) Схема мономера C2A и димера GST-C2A, используемых в этом исследовании. ( b ) СКО, усредненное по ансамблю 〈 r ² ( t )〉. На вставке показано масштабирование данных, так что они представлены с той же временной осью, что и усредненное по времени СКО, для сравнения. ( c ) СКО, усредненное по времени, как функция времени запаздывания Δ. Усредненные по времени СКО отдельных траекторий сильно различаются, поэтому СКО отдельных траекторий также усредняются по ансамблю. ( d , e ) Распределение смещений для Δ = 100 мс. Общее количество водоизмещений составляет 207 000 и 56 000 для C2A и GST-C2A соответственно. Сплошные линии показывают подгонку к уравнению (4) и к отдельным компонентам пропагатора, т. е. к гауссовой части 2 σ ² ) и часть пропагатора Коши ωγ /2 π ( r ² + γ ² ) ^3/2 . Отсечка на 2.6 мк м возникает из-за того, что траектории не соединяются, когда имеют место прыжки на большее расстояние, чем это расстояние. Этот порог установлен для того, чтобы избежать риска неправильного соединения частиц.

Рисунок 4. Численное моделирование полетов Леви.

Проведено 500 реализаций, в которых частица…

Рисунок 4. Численное моделирование полетов Леви. Было выполнено

500 реализаций, в которых частица чередуется между двумерными случайными блужданиями и прыжками, опосредованными объемом. ( a ) Плотность вероятности смещения трассера. Плотность хорошо описывается теоретической моделью, включающей гауссову центральную часть и пропагатор Коши вида . ( b ) Среднее по ансамблю СКО 〈 r ² ( t )〉 как функция времени. Среднее по ансамблю СКО вычисляется из расстояния, пройденного трассером за время t от начала реализации. ( c ) Среднее по времени СКО усредняется по всем реализациям и строится в зависимости от времени запаздывания Δ.

См. это изображение и информацию об авторских правах в PMC

Цитируется

Вращательная динамика трансмембранных доменов играет важную роль в динамике пептидов вирусного слияния и белков, образующих ионный канал, – исследование молекулярно-динамического моделирования.
Ван К.В., Фишер В.Б. Ван CW и др. Вирусы. 2022 28 марта; 14 (4): 699. дои: 10.3390/v14040699. Вирусы. 2022. PMID: 35458429 Бесплатная статья ЧВК.
Молекулярное движение и трехмерная наноразмерная локализация киндлина контролируют активацию интегрина в очаговых спайках.
Орре Т., Джоли А., Каратас З., Кастбергер Б., Кабриэль С., Бётчер Р.Т., Левек-Форт С., Сибарита Дж.Б., Фесслер Р., Верле-Халлер Б., Россье О., Джанноне Г. Орре Т. и др. Нац коммун. 2021 25 мая; 12 (1): 3104. doi: 10.1038/s41467-021-23372-w. Нац коммун. 2021. PMID: 34035280 Бесплатная статья ЧВК.
Ненормируемое квазиравновесное решение уравнения Фоккера-Планка для неограниченных полей.
Антенеодо С., Дефавери Л., Баркай Э., Кесслер Д.А. Антенеодо С и др. Энтропия (Базель). 2021 янв. 20;23(2):131. дои: 10.3390/e23020131. Энтропия (Базель). 2021. PMID: 33498204 Бесплатная статья ЧВК.
Тестирование многофракционного броуновского движения.
Балцерек М., Бурнецкий К. Балцерек М. и соавт. Энтропия (Базель). 2020 12 декабря; 22 (12): 1403. дои: 10.3390/e22121403. Энтропия (Базель). 2020. PMID: 33322676 Бесплатная статья ЧВК.
Вычислительные и теоретические подходы к изучению липидораспознающего белка на биологических мембранах.
Ямамото Э. Ямамото Э. Биофиз Физикобиол. 2017 26 октября; 14: 153-160. doi: 10.2142/биофизико.14.0_153. Электронная коллекция 2017. Биофиз Физикобиол. 2017. PMID: 2
13 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

Просмотреть все статьи “Цитируется по”

использованная литература

1. Hurley JH. Мембраносвязывающие домены. Биохим. Биофиз. Acta 1761, 805–811 (2006). – ЧВК – пабмед
1. Леммон М. А. Распознавание мембран фосфолипид-связывающими доменами. Нац. Преподобный Мол. Клеточная биол. 9, 99–111 (2008). – пабмед
1. Леммон М. и Фергюсон К. Сигнально-зависимое нацеливание на мембрану с помощью доменов гомологии плекстрина (PH). Биохим. Дж. 350, 1–18 (2000). – ЧВК – пабмед
1. Чо В. и Стахелин Р.В. Связывание с мембраной и субклеточное нацеливание на домены C2. Биохим. Биофиз. Acta 1761, 838–849 (2006). – пабмед
1. Летуник И., Доеркс Т. и Борк П. SMART 7: последние обновления ресурса аннотаций белковых доменов. Нуклеиновые Кислоты Res. 40, Д302–Д305 (2012). http://smart.embl-heidelberg.de/. – ЧВК – пабмед

Типы публикаций

термины MeSH

вещества

Грантовая поддержка

R21 AI111588/AI/NIAID NIH HHS/США
R21AI111588/AI/NIAID NIH HHS/США

для крыш, стен и полов.

Ветро- и влагозащита пароизоляция трехслойная мембранная и двухслойная. Что это?

Что это и для чего?
Основные характеристики
Сравнение с другими материалами
Лучшие производители
Советы по выбору
Нюансы установки

Подкровельная гидроизоляция крайне важна при строительстве в самых разнообразных вариациях. Осуществление этого процесса имеет свою технологию, а также материалы и подбор инструментов. При этом одним из самых популярных продуктов являются супердиффузионные мембраны.

Что это и для чего?

Ответы на эти основные вопросы предоставляют информацию о материале и его применении. Супердиффузионные мембраны – изделия, состоящие из нескольких слоев полипропилена. Чем их больше, тем прочнее и надежнее материал. Соответственно цена тоже вырастет. В целом к стандартным вариантам относятся двухслойные и трехслойные аналоги, так как они позволяют иметь подходящие характеристики без лишнего расточительства.

Супердиффузионные мембраны располагаются на утеплителе и препятствуют его намоканию. Кроме того, изделие имеет свойство пропускать пар, то есть «дышать», благодаря чему случайно попавшая влага не будет долго задерживаться и в короткие сроки выйдет из-под кровельной конструкции.

Основой мембранной конструкции является нетканое полотно, имеющее множество положительных характеристик. При проектировании так называемого «кровельного пирога» и правильном его устройстве застройщику необходимо будет прибегнуть к использованию дополнительного материала, к которому можно отнести супердиффузионную систему. Мембрана предназначена для защиты не только от воды, но и от сильного ветра, способного повредить подкровельное пространство. Большое количество положительных качеств позволяют эксплуатировать данное изделие в самых разных условиях.

Супердиффузионная мембрана находит применение и в других строительных процессах. К ним относятся обшивка стен, создание надежного основания под лаги пола, эксплуатация в домах под сайдинг. Полипропиленовый материал используется в самых разных вариациях – для фасадов, каркасных конструкций и других ситуаций, где необходима универсальная защита здания.

Супердиффузионные мембраны помогают уменьшить тепловыделение, что очень полезно в прохладную погоду.

Основные характеристики

При выборе модели мембраны и перед ее непосредственной покупкой необходимо обратить внимание на характеристики, которые напрямую влияют на работу и ее надежность. Прежде всего, этот материал имеет ключевые параметры. Одним из них является плотность. Важен тем, что отражает характеристику прочности, которая, в свою очередь, дает понять, какие физические повреждения способна выдержать мембрана. … Наиболее распространенными видами деформации являются деформации и проколы, которые нарушают целостность конструкции.

Как упоминалось ранее, супердиффузионные мембраны могут состоять из 2-4 слоев полипропилена. Если материал особо толстый, то ему не страшны никакие повреждения. Но нужно учитывать, что установка этих моделей станет сложнее, а гибкость снизится. Выбранный параметр плотности должен соотноситься с типом кровли, для которой будет использоваться изделие. Для плитки из битума и металла достаточно 110-125 г/м2, тогда как для композитных материалов и натуральной черепицы лучше выбирать модель с показателем 140-170 г/м2.

Вторым по важности является обозначение параметра паропроницаемости . Перед покупкой всегда обращайте на него внимание, ведь он напрямую влияет на всю работу мембраны. На паропроницаемость влияет большое количество факторов, но в любом случае лучше приобрести изделие с более высоким показателем. Оно зависит от сопротивления диффузии, 0,1 метра которого соответствует 10 см воздуха в виде слоя под гидроизоляцией. Хорошая паропроницаемость позволит случайно попавшей влаге максимально быстро покинуть кровлю, благодаря чему она не повлечет за собой негативных последствий в виде сырости. Другой важной характеристикой является удлинение при разрыве. Этот показатель измеряется в процентах и дает понять, насколько материал может деформироваться без фатальных изменений в его конструкции.

Естественно, при монтаже строители не предполагают, что мембрана будет подвергаться разрывам и другим деформациям, но это происходит после длительной эксплуатации. Соответственно, чем больше удлинение, тем лучше. Не забывайте про разрывную нагрузку, которая является следствием плотности. Этот показатель распределяется в зависимости от вектора деформации – по ширине и длине. Он также указывается в процентах. Именно эти характеристики отражают основные пароизоляционные и ветро- и влагозащитные свойства супердиффузионных мембран.

Естественно, каждый производитель на свое усмотрение устанавливает габаритные размеры, на которые стоит обратить внимание. Особенно это актуально для ситуаций, когда нужно крепить изделие на стены и пол.

Сравнение с другими материалами

Очень интересно рассмотреть супердиффузионные мембраны не только как материал сам по себе, но и сравнить их с аналогами на рынке строительного сырья, ведь потребители перед покупкой изучают множество вариантов. Начать стоит с рулонных вариантов, которые представлены рубероидом и другими материалами из битума и полимерных смол . Они уже давно используются в качестве основы для гидроизоляции, а потому о них знает немалое количество людей.

Рулонные материалы технологически устарели по сравнению с мембранными, не имеют должной ветро- и влагозащитной структуры. Несмотря на самые разные модели, все они имеют неадекватные характеристики.

Среди минусов стоит отметить низкую паропроницаемость, а также горючесть и необходимость сложного монтажа, заключающегося в дополнительной подготовке поверхности при монтаже. Единственным преимуществом рулонных изделий является их низкая стоимость. Но на данный момент такие материалы не следует рассматривать как конкурента мембране, потому что их разница в технологичности чрезвычайно велика.

Более серьезным конкурентом можно назвать мастику. По ряду определенных показателей, например, долговечности и теплоизоляционных свойств, он сравним с мембраной. Но для монтажа мастики необходимо соблюдать немалое количество условий. Так, наносить его можно только на ровную поверхность, которую нужно заранее подготовить. А также мастика не обладает должной паропроницаемостью и должна быть ровной во всех местах установки.

Это можно сделать, но это потребует много сил и времени. Конечно, мастика стоит недорого, но уступает мембране и простоте ее нанесения. Порошковые краски также используются для гидроизоляции. После смешивания с растворителем отлично заполняют место в швах и стыках, а также в трещинах.

А вот порошковые аналоги не эластичны и не так надежны, как мембраны. Чаще всего эти материалы используются для внутренней отделки, где нет усадки и вибрации. Большой популярностью пользуются материалы на водной основе, среди преимуществ которых можно выделить простоту нанесения, отличные водоотталкивающие свойства, хорошую паропроницаемость. Но не забывайте, что жидкие аналоги вредны для здоровья и подвержены вымыванию, поэтому вам нужно будет наносить их через равные промежутки времени.

А это, в свою очередь, приведет к большим затратам. Супердиффузионные мембраны превосходят другие пленочные изделия, требующие наличия вентиляционного зазора. Это усложняет установку и требует определенного пространства.

При отсутствии зазора поры пленки будут забиваться, а диффузионные свойства со временем будут снижать свою эффективность.

Лучшие производители

Среди множества вариантов потребители пытаются найти оптимальный продукт с точки зрения цены и качества. В топ производителей таких мембран входит ряд компаний, поэтому есть возможность подобрать под свою конфигурацию здания и область применения. Самая известная марка – диффузионная мембрана 9.1245 MASTERMAX производится в Венгрии, Польше и ряде других стран Европы. Среди основных преимуществ стоит отметить большое разнообразие ассортимента, который включает в себя различные модели. Они отличаются как техническими характеристиками, так и сферами применения.

Например, продукт CLASSIC имеет трехслойную структуру с основными характеристиками. Благодаря хорошим характеристикам этот материал используется в качестве вторичной защиты от пыли и влаги. Стоимость очень низкая, установка и эксплуатация просты. Модель ТОП выполнен в более технологичном исполнении, так как приспособлен для эксплуатации в местах с повышенной влажностью и сильным ветром. EXTRA оснащен более серьезными прочностными характеристиками, поэтому может использоваться в экстремальных условиях. Основное внимание уделяется удлинению и разрывной нагрузке. Стоимость выше, чем у остального ассортимента, но и качество превосходит аналоги.

Еще одна популярная марка мембраны Дифойл-С . В ее основе три слоя полипропилена. Производитель сделал акцент на том, что данная модель имеет отличные параметры паропроницаемости и теплоизоляции. Водяной пар выводится из помещения чрезвычайно быстро, тем самым предотвращается гниение кровли. Дифойл-С чаще всего используется для устройства крыш зданий с мансардой или сложной конструктивной системой. Устанавливается непосредственно на изоляцию без необходимости циркуляции. Используется для ветровлагозащиты стен с теплоизоляционным слоем.

Плотность 90 г/м2, паропроницаемость 0,05 м, класс водонепроницаемости W1. Эта мембрана устойчива к температурам от -24 до +70 градусов, что позволяет использовать ее во многих регионах. А также стоит обратить внимание на продукцию компании. ТЕХНОНИКОЛЬ где продаются супердиффузионные изделия СЕЯЛКА и стандартная усиленная модель. Каждый из них обладает хорошими физическими характеристиками, а простота монтажа позволяет использовать его в разных сферах деятельности. Плотность 150 г/м2, удлинение при разрыве 60%, паропроницаемость 1000 г/м2 в сутки. Среди прочих показателей можно отметить 4 месяца устойчивости к ультрафиолетовому излучению.

Советы по выбору

При выборе мембраны следует исходить из ее конструкции и технических характеристик. Если с последним все достаточно понятно, то внутреннюю часть изделия необходимо изучить. Во время приобретения старайтесь растирать материал пальцами и рассматривать его послойно. Наиболее рекомендуемый вариант – наличие трех слоев, ведь в этом случае структура будет плотной, а монтаж останется простым за счет показателя эластичности.

А также заранее узнайте, какая специализация у мембраны. Некоторые производители создают модели под конкретные нужды, и они не всегда подходят для других применений.

Прежде чем сделать окончательный выбор, желательно изучить документацию со всеми полезными данными о товаре.

Нюансы монтажа

Схема монтажа супердиффузионной мембраны не сложна и посильна даже для любителей. Что касается направления укладки пленки, то она осуществляется параллельно или перпендикулярно свесу. Вариации направления не дают каких-либо определенных преимуществ. В этом случае важно располагать мембрану перфорированной стороной наружу, чтобы она могла выпускать пар и не пропускать воду. Установка должна иметь нахлест около 20 см между полосами фольги.

Крепление осуществляется с помощью кровельных скоб и таким образом, чтобы конечные места нахлеста находились на деревянных конструкциях. При этом мембрана прибивается под кровлей.

Комментарий успешно отправлен.

Рекомендуется прочитать

Супердиффузионное движение доменов C2, нацеленных на мембрану.

www.nature.com/scientificreports

OPEN

Супердиффузионное движение доменов С2, нацеленных на мембраны Грейс Кампаньола1, Канти Непал2, Брайс В. Шредер2, Олве Б. Пирсен1,2 и Диего Крапф2,3 : 04 ноября 2015 г. Опубликовано: 7 декабря 2015 г.

Мембрано-направленные домены играют решающую роль в привлечении сигнальных молекул к плазматической мембране. Для большинства периферических белков белок-мембранное взаимодействие носит временный характер. Было замечено, что после отделения белков от мембраны они снова связываются после коротких перемещений в объеме раствора. Такие мембранные скачки могут иметь большое значение для эффективности реакций на мембранах. Мы изучаем диффузию доменов C2, нацеленных на мембрану, с использованием отслеживания одиночных молекул в поддерживаемых липидных бислоях. Усредненное по ансамблю среднеквадратичное смещение (MSD) демонстрирует супердиффузионное поведение. Однако традиционный усредненный по времени анализ MSD отдельных траекторий остается линейным и не выявляет супердиффузию. Наши наблюдения объясняются в терминах объемных экскурсий, которые вводят скачки с распределением тяжелого хвоста. Эти прыжки позволяют белкам исследовать большие площади за короткое время. Показано, что экспериментальные результаты согласуются с аналитическими моделями объемной диффузии и численным моделированием.

Множество сигнальных белков привлекаются к специфическим клеточным мембранам через фосфолипид-связывающие домены1,2. Эти молекулы прикрепляются к поверхности специфических липидных мембран и подвергаются двумерной диффузии в поисках мишени. Как только цель обнаружена, многие белки либо активируют, либо подавляют нижестоящий сигнальный путь для различных физиологических и патологических процессов. Примеры мембранно-направленных доменов включают гомологии плекстрина (PH)3 и C24, которые были идентифицированы в сотнях сигнальных молекул человека, а также у эукариотических видов, таких разнообразных, как грибы и мухи5. Домены PH специфически связываются с фосфоинозитидами, в то время как домены C2 связываются с различными мембранами, а часть доменов C2 связывается с мембранами только в присутствии кальция и играет ключевую роль в сигнальных путях. Ассоциация с липидными мембранами часто происходит в ответ на различные внеклеточные и внутриклеточные стимулы, но обычно пребывание на поверхности мембраны носит лишь временный характер. Временная природа периферических белково-мембранных взаимодействий обеспечивает жесткую временную регуляцию передачи сигнала. Кроме того, диссоциация мембран также имеет большое значение для поиска целевого субстрата, но этот процесс менее изучен. Недавно Knight и Falke наблюдали диссоциацию доменов PH из поддерживаемых бислоев с последующим быстрым повторным связыванием с поверхностью после короткого пребывания в объеме раствора6. Они предположили, что процесс прыжка может быть важен при поиске молекул-мишеней в эукариотических клетках. Впоследствии Ясуи и соавт. обнаружили, что молекулы PTEN (гомолог фосфатазы и тензина) прыгают вдоль плазматической мембраны живых клеток из-за диссоциации с последующим повторным связыванием7. PTEN является важным белком, который подавляет развитие рака, где он предотвращает слишком быстрый рост и деление клеток путем дефосфорилирования фосфоинозитидных субстратов на плазматической мембране. Сродство PTEN к мембране регулируется доменом C2 и усиливается за счет электростатических взаимодействий 7–9.. Таким образом, ожидается, что наблюдаемый скачок домена C2 на плазматической мембране изменит динамику поиска фосфолипидного субстрата. Прямым следствием мембранного прыжка является то, что молекула остается в непосредственной близости в течение короткого времени, а затем перескакивает в место, которое находится дальше, чем ожидается при двумерной диффузии. Следовательно, процесс поиска позволяет исследовать большие площади, и молекула может обходить диффузионные барьеры, которые могут присутствовать в мембране. Однако переход происходит за счет поиска 1

Кафедра биохимии и молекулярной биологии, Университет штата Колорадо, Форт-Коллинз, Колорадо 80523, США. Школа биомедицинской инженерии, Университет штата Колорадо, Форт-Коллинз, Колорадо, 80523, США. 3Кафедра электротехники и вычислительной техники, Университет штата Колорадо, Форт-Коллинз, Колорадо, 80523, США. С корреспонденцией и запросами материалов обращаться на имя Д.К. (электронная почта: [email protected]) 2

Научные отчеты | 5:17721 | DOI: 10.1038/srep17721

www.nature.com/scientificreports/

Рис. 1. Схема процесса диффузии. Молекула чередует фазы двумерной и трехмерной диффузии. Диффузия в трехмерном объеме происходит намного быстрее, чем диффузия в липидном бислое, и поэтому наблюдается только эффективный двумерный процесс без потери связности траекторий. Экскурсии в балк выглядят как длинные скачки на двумерных траекториях.

является менее исчерпывающим. Мы можем задаться вопросом, как такие длинные скачки влияют на динамику доменов, нацеленных на мембрану, и как это движение отличается от более простой двумерной диффузии. Такое потенциально сложное поведение может привести к аномальной диффузии доменов, нацеленных на мембрану, что может изменить результат процессов поиска и последовательных молекулярных реакций. Аномальная диффузия широко распространена в движении молекул в биологических системах10–13. В общем, частица проявляет аномальную диффузию, когда среднеквадратичное смещение (СКО) масштабируется по степенному закону с показателем степени α ≠ 1

x 2 (t ) = K α t α ,

(1)

где Kα – обобщенный коэффициент диффузии в единицах см2/сα. При α 1 он супердиффузионный. Субдиффузия в цитоплазме14-16, ядре17 и плазматической мембране18-20 живых клеток вызвана скученностью21,22 и сложными взаимодействиями с цитоскелетом и макромолекулярными комплексами, среди прочего. Точно так же субдиффузия может иметь место в модельных мембранах из-за эффектов скучивания и упаковки23,24. Возникновение супердиффузионных процессов в биомолекулярных системах встречается гораздо реже. Архетипический режим супердиффузионного движения обусловлен активными цитоплазматическими потоками и транспортом, опосредованным молекулярными моторами, требующими расхода энергии АТФ25-27. С теоретической точки зрения существует три основных механизма, которые могут вызвать супердиффузию28. Это может быть вызвано корреляциями в случайном блуждании, например, в фракционном броуновском движении с индексом Херста H > 1/2, постоянными направленными движениями (блужданиями Леви) и длинными скачками (полетами Леви)29.,30. Активный биологический транспорт можно смоделировать как ходьбу Леви27. Процессы объемной диффузии, которые можно описать как полеты Леви, наблюдались для временной адсорбции на твердой поверхности, когда молекулы демонстрируют прерывистое поведение, чередуя периоды иммобилизации на границе раздела твердое тело-жидкость и периоды диффузии в объеме жидкости31, 32. В этой статье мы сообщаем об экспериментальном наблюдении супердиффузионного транспорта доменов C2, нацеленных на мембрану, на поддерживаемых липидных бислоях. Измерения диффузии доменов, нацеленных на мембрану, выполняются путем отслеживания отдельных частиц и сравниваются как с аналитической теорией, так и с численным моделированием. В отличие от активного цитоплазматического транспорта, супердиффузия на модельных мембранах не требует энергии. Наши данные убедительно свидетельствуют о том, что супердиффузия вызвана объемно-опосредованной диффузией, а именно, молекулы диссоциируют от мембраны и совершают трехмерные случайные блуждания, пока снова не достигнут мембраны и не реадсорбируются в новом месте, как показано на рис. 1. Интересно, что движение доменов, нацеленных на мембрану, показывает слабое нарушение эргодичности, явление, которое недавно привлекло значительное внимание в клеточной среде и др. сложных системах 10,12,33-35. Эргодическая гипотеза, фундаментальная для статистической механики, утверждает, что средние значения по ансамблю и средние значения отдельных траекторий за долгое время эквивалентны. Нарушение эргодичности сильно влияет на динамику отдельных молекул, которая может сильно отличаться от статистики ансамбля10. При традиционном способе получения СКО квадраты смещений усредняются по большому ансамблю молекул в момент времени t с начала измерения, т.е. усредняются по ансамблю. В качестве альтернативы можно выполнить усреднение по всем смещениям за время отставания ∆ одной траектории, т. е. временное усреднение. Для эргодических систем оба средних сходятся к одному и тому же значению. Однако слабое нарушение эргодичности может иметь место как следствие кинетики со степенной статистикой в плазматической мембране36,37 и в цитоплазме живых клеток16,38, а также в неорганических сложных системах, таких как квантовые точки39,40 и модели стекловидной динамики33.

Результаты

Диффузия белков, нацеленных на мембрану, на поддерживаемых липидных бислоях. Мы отследили движение домена C2A, нацеленного на мембрану, из синаптотагмина 741, меченного Atto-565, на нанесенном на подложку липидном бислое, состоящем из фосфатидилхолина (PC) и фосфатидилсерина (PS) в соотношении 3: 1. Научные отчеты о липидах | 5:17721 | DOI: 10.1038/srep17721

www.nature.com/scientificreports/

(а) Индивидуальные траектории C2A-Atto565, собранные в течение 10-секундного временного окна. На изображении наблюдаются три подвижные траектории вместе с одной неподвижной частицей, которая отслеживается, но не включена в анализ. Последний кадр накладывается на траектории. Исходные данные показаны в дополнительном видео S1. Масштабная линейка 2 мкм. (b) Область интереса (ROI) вокруг места скачка микрометра, который происходит на самой нижней траектории, отмеченной буквой b. Показаны три кадра, соответствующие до, во время и после прыжка. Масштабная линейка 0,5 мкм. (c) ROI вокруг места прыжка, отмеченного буквой c. Масштабная линейка 1 мкм. 9Бислой 0005

был самостоятельно собран на чистом покровном стекле6. Визуализация была сделана в самодельном микроскопе полного внутреннего отражения (TIRF) при непрерывном освещении со скоростью 20 кадров/с. Поверхностная плотность поддерживалась достаточно низкой, чтобы можно было точно отслеживать траектории и назначать соединения даже после прыжков длиной в микрометр. Флуоресцентная визуализация показала, что поверхностная плотность составляла 0,017 ± 0,005 мкм-2 (среднее значение ± стандартное отклонение). Внезапное появление флуоресцентных молекул в поле TIRF также позволило оценить скорость адсорбции kon. Путем подсчета количества вступлений мы измерили kon = (2 ± 1) × 10−4 с−1мкм−2. На рис. 2а показан пример траекторий, полученных в 10-секундном окне, наложенных на последний кадр. Часто в траекториях частиц наблюдаются длинные скачки, как это видно в примерах на рис. 2б,в. Эти скачки указывают на то, что молекулы C2A отрываются от поверхности и вновь поглощаются после кратковременных экскурсий в объем жидкости. Движение в объеме намного быстрее, чем диффузия на вязкой мембране, поэтому для всех практических целей ожидается, что скачки будут происходить мгновенно. Для домена С2А коэффициент диффузии в липидном бислое Ds составляет порядка 2 мкм2/с, но в жидкости коэффициент диффузии Db оценивается в 100 раз выше42. Как следствие, когда молекула совершает прыжок через объем, ее иногда можно наблюдать с пониженной интенсивностью как в старом, так и в новом месте в одном и том же кадре изображения, как показано на рис. 2b. Учитывая измеренный kon, вероятность того, что мы неправильно интерпретируем новую молекулу, поглощаемую из объема, как скачок в пределах 100 мс и радиусом 3 мкм от молекулы, покинувшей поверхность, составляет всего 6 × 10–4. Чтобы изучить влияние константы диссоциации, мы также использовали конструкцию C2A, слитую с немембранно-взаимодействующей глутатион-S-трансферазой (GST), которая имеет сильную тенденцию к димеризации (рис. 3a). Димер GST-C2A образует два независимых взаимодействия с мембраной и, следовательно, будет иметь более медленную скорость диссоциации, чем мономер C2A, что обеспечивает хорошее сравнение для проверки наших предсказаний супердиффузии. Кроме того, димер GST-C2A имеет более высокий коэффициент вязкостного сопротивления и, в свою очередь, его коэффициент диффузии на поверхности мембраны снижен почти вдвое43. Аналогично тому, как это сделано для молекул C2A, мы оценили kon = (1,0 ± 0,3) × 10–4 с–1 мкм–2. Мы собрали 14 000 мобильных траекторий C2A и 3600 GST-C2A. Неподвижные флуорофоры, которые не проявляли явного диффузионного движения, исключались из анализа. Среднее по ансамблю СКО 〈 r2(t)〉 мономеров C2A и образующего димер GST-C2A показано на рис. 3b. Для расчета научных отчетов | 5:17721 | DOI: 10.1038/srep17721

www.nature.com/scientificreports/

Рис. 3. Анализ аномальной диффузии мембрано-направленного домена C2A (мономер) и димера, образующего GST-C2A. ( а ) Схема мономера C2A и димера GST-C2A, использованных в этом исследовании. (б) СКО 〈 r2(t)〉 , усредненное по ансамблю. На вставке показано масштабирование данных, так что они представлены с той же временной осью, что и усредненное по времени СКО, для сравнения. (c) Среднее по времени СКО δ 2 как функция времени запаздывания Δ . Усредненные по времени СКО отдельных траекторий сильно различаются, поэтому СКО отдельных траекторий также усредняются по ансамблю. (г, д) Распределение смещений для Δ = 100 мс. Общее количество водоизмещений составляет 207 000 и 56 000 для C2A и GST-C2A соответственно. Сплошные линии показывают подгонку к уравнению (4) и к отдельным компонентам пропагатора, т.е. гауссовой части [(1 − ω)/2πσ2]exp(− r2/2σ2) и части пропагатора Коши ωγ/2π(r2 + γ2)3/2. Отсечка на 2,6 мкм возникает из-за того, что траектории не соединяются, когда имеют место прыжки на большее расстояние, чем это расстояние. Этот порог установлен для того, чтобы избежать риска неправильного соединения частиц.

СКО, усредненное по ансамблю, используется одно смещение от каждой траектории. На рисунке видно отклонение от линейного СКО, демонстрирующее супердиффузионное поведение. Далее, начало супердиффузии для GST-C2A происходит на более позднем этапе. Усредненное по времени СКО δ 2 (∆) часто используется при анализе индивидуальных траекторий. На протяжении всей этой рукописи мы будем обозначать среднее значение наблюдаемой по ансамблю скобками 〈 ⋅ 〉 , а среднее время – чертой сверху. . Для траектории с N моментами времени

δ 2 (∆) =

1 N− n ∑ [r (j τ + ∆) − r (j τ ) ]2 , N − n j=1

( 2)

где τ – интервал времени между последовательными измерениями и n = Δ /τ. Этот подход особенно полезен, когда доступно ограниченное количество траекторий, как это обычно происходит в исследованиях одиночных молекул. На рис. 3в показано усредненное по времени СКО после его дополнительного усреднения по всем траекториям. GST-C2A демонстрирует ожидаемую более медленную скорость диффузии, чем C2A, исходя из наклона MSD. Как упоминалось выше, для эргодических процессов временное и среднее по ансамблю совпадают на большом временном пределе, δ 2 (∆) = r 2 (∆) . Однако для молекул C2A эргодическая гипотеза не работает. В отличие от усредненного по ансамблю СКО, усредненное по времени СКО является линейным по времени запаздывания

Научные отчеты | 5:17721 | DOI: 10.1038/srep17721

www.nature.com/scientificreports/

δ 2 (∆) ∼ ∆.

(3)

Таким образом, наблюдатель, анализирующий средние значения по времени, может прийти к ошибочному выводу, что поведение диффузии не является аномальным. Распределение перемещений P(r) при Δ = 100 мс показано на рис. 3г,д для C2A и GST-C2A соответственно. Распределение имеет два различных характерных режима: центральная часть до расстояния r ≈ 1,5 мкм и длинный хвост. Это поведение можно понять из свойств масштабирования объемно-опосредованной диффузии, как обсуждалось Бычуком и О’Шонесси44. Как только молекула отделяется от поверхности, она совершает трехмерное случайное блуждание, пока не вернется. В асимптотическом пределе первое распределение времени возврата масштабируется как ψ(τ) ~ τ−1,5. Для любого заданного времени возврата поверхностное расстояние между точками диссоциации и возврата имеет гауссово распределение P r j τ ∼ exp (− r j2 /4D bτ ). Таким образом, распределение трех длин прыжков равно P (r j) ∼ r − j , как показано на рис. 3d,e для больших расстояний. Теоретическая функция плотности вероятности длины прыжка может быть найдена с использованием метода изображения45. 3/2 Расстояние первого возвращения на поверхность определяется P (r) = γ 0/2π (r 2 + γ02 ), то есть двумерным распределением Коши. На малых временах вероятность того, что частица совершит более одного прыжка, мала. Если пренебречь расстоянием, пройденным поверхностной диффузией за промежутки времени, в течение которых частица совершает объемное движение, то движение на каждом коротком промежутке происходит либо за счет поверхностной диффузии, либо за счет скачка. Тогда мы можем аппроксимировать распределение перемещений за короткие промежутки времени на

()

P (r) = ω

γ0 2

2π (R +

3/2 γ02)

(1 – ω) 2πσ

Exp ( – R 2) /2σ 2) ,

(4)

где ω – вероятность прыжка частицы в течение заданного времени, а поверхностная диффузия дает σ2 = 2Dst. Подгонка по методу наименьших квадратов распределения смещений (рис. 3г,д) для этого пропагатора дает Ds = 1,7 мкм2/с для мономеров C2A и Ds = 1,0 мкм2/с для димеров GST-C2A. Установлено, что параметр γ составляет 0,24 мкм и 0,12 мкм для C2A и GST-C2A соответственно. Распределение перемещений по более длительным временам включает как случайное число скачков, каждый из которых имеет распределение Коши, так и броуновское движение на поверхности. Чечкин и др. получил полное решение для пропагатора объемной диффузии46. Для случая, когда Ds = 0 и без учета дальнодействующих поправок, распределение смещений дается пропагатором Коши, что согласуется с скейлинговыми аргументами44,

P (r) =

γt 2

3/2

2π [r + (γt )2 ]

( 5)

Когда частицы также диффундируют по поверхности, т.е. Ds ≠ 0, плотность вероятности смещений определяется сверткой уравнения (5) с нормальным распределением. Несмотря на то, что полное решение для больших времен сложно, хвост этого распределения для больших расстояний по-прежнему масштабируется как P(r) ~ r−3. Из-за этого асимптотического поведения точное распределение имеет свойства, аналогичные распределению Коши.

Численное моделирование: диффузия при наличии объемных выбросов. Чтобы проверить модель поверхностной диффузии при наличии объемных отклонений, мы анализируем численное моделирование процесса, изображенного на рис. 1. Молекулы совершают двумерное случайное блуждание, но в случайные моменты времени они прыгают из-за гипотетического объемного отклонения. Времена пребывания на поверхности предполагаются независимыми и одинаково распределенными экспоненциальными случайными величинами, а скачки моделируются в соответствии с временем первого возвращения на поверхность при простой диффузии в трехмерной среде. Эти симуляции анализируются так же, как и экспериментальные наблюдения за движением доменов C2, нацеленных на мембрану, на поддерживаемых мембранах. Было смоделировано 500 внерешеточных реализаций с коэффициентом поверхностной диффузии Ds = 0,5 и коэффициентом диссоциации k = 0,1. Выбранные параметры не предназначены для захвата реальных свойств белка, а просто для проверки теоретических предсказаний без влияния экспериментального шума. Смещения для двумерной диффузии берутся из распределения Гаусса с дисперсией σs2 = 1, а времена возврата от объемных отклонений берутся из распределения −1/2 a ψ (t b) = z 0 (4π D btb3 ) exp ( − z 02/4Д б)45. Затем расстояния прыжков берутся из 2-гауссовского распределения с дисперсией σb = 2D bt b. Распределение перемещений P(r) для численного моделирования показано на рис. 4а. Как и ожидалось, есть два режима: центральная гауссова часть из-за двумерной диффузии на мембране между объемными экскурсиями и тяжелый хвост, возникающий из-за поведения объемных экскурсий на большие расстояния. Распределения для коротких времен снова могут быть смоделированы с помощью пропагатора, который включает вклад гауссовой поверхностной диффузии и распределения Коши из-за объемных отклонений. Путем подгонки к уравнению (4) находим Ds = 0,50 ± 0,05 (значение, используемое при моделировании: Ds = 0,5) и γ0 = 0,75. анализ МСД. Динамика частицы с пропагатором Коши особенно интересна, потому что теоретическая дисперсия смещений расходится, Научные отчеты | 5:17721 | DOI: 10.1038/srep17721

www.nature.com/scientificreports/

Рисунок 4. Численное моделирование полетов Леви. Было выполнено 500 реализаций, в которых частица чередовалась между двумерными случайными блужданиями и скачками, опосредованными объемом. (а) Плотность вероятности смещения трассера. Плотность хорошо описывается теоретической моделью, включающей гауссову центральную часть и 3/2 пропагатор Коши вида γ 0/(r 2 + γ02 ) . (б) Среднее по ансамблю СКО 〈 r2(t)〉 как функция времени. СКО, усредненное по ансамблю, вычисляется из расстояния, пройденного трассером за время t с начала реализации. (c) Среднее по времени СКО δ 2 (∆) усредняется по всем реализациям и строится в зависимости от времени запаздывания ∆ .

r 2 (t ) =

∫0

∞

(2πr ) r 2P (r) dr = ∞.

(6)

На практике отклонение второго момента означает, что существует непренебрежимо малая вероятность возникновения чрезвычайно длинных скачков, и это явление имеет прямое влияние на измеренное СКО. На рис. 4b показано усредненное по ансамблю СКО, рассчитанное на основе численного моделирования. СКО увеличивается сверхлинейно, т.е. с использованием уравнения (1) мы имеем α > 1, что означает, что процесс является супердиффузионным. Давайте теперь проанализируем неожиданное поведение СКО, начиная с усредненной по времени СКО отдельных траекторий. Можно показать, что усредненное по времени СКО линейно по времени запаздывания для любого случайного блуждания с независимыми приращениями ui = ri+1 − ri, такого что 〈 ui ⋅ uj〉 = 0, когда i ≠ j. Из определения усредненного по времени СКО (уравнение (2))47,

Δ 2 (∆) =

≈

1 N− n i+ n  ∑ ∑ u k  n – n i = 0 k = i 

(7)

1 N− n i+ n 2 ∑ ∑ uk N − n i= 0 k = i

(8)

∆ N− n 2 ∑ ui , t i= 1

(9)

≈

4 где имеем

4 использовали приближение, что t ≫ Δ , мы опустили член ∑ i ∑ j≠ i u i ⋅ u j, поскольку он в среднем равен нулю, и снова мы использовали параметр n = Δ /τ. Поэтому мы видим, что для симметричных случайных блужданий с независимыми приращениями усредненное по времени СКО является линейным, как показано на рисунках 3c и 4c. Хотя усредненная по времени СКО для отдельных траекторий линейна, усредненная по ансамблю СКО 〈 r2(t)〉 таковой не является. Мы можем понять супердиффузионное поведение, если предположим, что можем определить движение в терминах двух независимых процессов r(t) = b(t) + y(t), где b(t) — двумерный броунов0005
Научные отчеты | 5:17721 | DOI: 10. 1038/srep17721
6
www.nature.com/scientificreports/motion и y(t) — процесс Леви с плотностью вероятности, определяемой уравнением (5). Тогда СКО есть 〈 r2〉 = 〈 b2〉 + 〈 y2〉 . Первый член линейен во времени, а второй член имеет супердиффузионную природу44,46,48.
Обсуждение
Результаты, представленные в этой статье, связаны с прыжками, опосредованными объемом. Теорема Полиа утверждает, что случайное блуждание в одном измерении вернется в исходное положение с вероятностью один49.. Однако мы можем спросить, насколько вероятно, что частица, отделившаяся от поверхности, вновь ассоциируется в течение заданного времени измерения. Мы можем оценить эту вероятность по распределению времени первого прохождения в одном измерении45. Будем для простоты считать, что молекула диссоциирует от поверхности, когда она достигает высоты z0 = 10 нм. Затем, используя общий коэффициент диффузии Db = 100 мкм2/с, мы находим, что вероятность не вернуться на поверхность менее чем за 50 мс составляет всего 0,0025. Это означает, что подавляющее большинство молекул, диссоциирующих с поверхности, возвращаются за очень короткое время. В общем случае вероятность невозврата за время τ равна P [T > τ ] = erf z 02 /4D bt .
(
)
Пропагатор для поверхностной диффузии при наличии объемных скачков (уравнение (4)) зависит от коэффициента поверхностной диффузии Ds и параметра γ, отражающего переход между поверхностной и объемной фазами. А именно, γ ~ a/τдес, где τдес – среднее время десорбции, а а – размерный фактор. Таким образом, объемно-опосредованная диффузия предсказывает γ-димер
Аномальная субдиффузия в живых клетках: преодоление разрыва между экспериментами и реалистичными моделями посредством совместных задач
1. Введение
Жизнь клетки определяется высокодинамичными микроскопическими процессами, происходящими в различных пространственных и временных масштабах от отдельных макромолекул до органелл. Оптическая микроскопия предоставила четыре десятилетия назад первые измерения движения биомолекул в клетках. Сначала с помощью восстановления флуоресценции после фотообесцвечивания (FRAP) [1] и корреляционной спектроскопии флуоресценции (FCS) [2], а в последнее время с помощью отслеживания одиночных частиц (SPT) [3, 4]. Несколько факторов способствовали популяризации этих методов во многих биофизических и биологических лабораториях: (i) разработка высокочувствительных детекторов, (ii) появление в конце XIX века маркировки генетически кодируемых флуоресцентных белков.0s [5–7] и (iii) появление в 2000–2010 годах микроскопии сверхвысокого разрешения в дальней зоне [8–12]. Все эти технологические усилия предоставили нам доступ к мониторингу молекулярного движения в клетках с беспрецедентным пространственным (вплоть до одиночной молекулы) и временным разрешением [13, 14]. Принятие этих методов имело первостепенное значение в продвижении понимания клеточной организации и динамики [15-17].
Хотя получение достаточных наборов экспериментальных данных раньше было ограничивающим фактором, эти технологические достижения в сочетании с распараллеливанием сбора данных в настоящее время обеспечивают огромные объемы данных, доступных для анализа молекулярного движения внутри клетки. В свою очередь, богатство этих данных выявило непредвиденную сложность и разнообразие механизмов движения биомолекул в клетках. Поэтому много усилий уделяется анализу данных, предоставляемых FCS или SPT, с использованием прямого подхода или подхода вывода.
Однако выбор подходящих алгоритмов для анализа сложности наблюдаемых явлений по-прежнему остается серьезной проблемой. Действительно, богатство экспериментальных данных часто затрудняет определение того, какие физические модели следует рассматривать и какие соответствующие биофизические параметры следует оценивать на их основе. Мы рассматриваем и рассматриваем этот вопрос в этой перспективе.
Сначала мы кратко рассмотрим ключевые модели аномальной диффузии, имеющие отношение к клеточной биологии, и вкратце опишем некоторые из существующих методов либо для определения параметров модели, либо для выполнения выбора модели. Мы обсудим актуальность численного моделирования и важность разработки реалистичных наборов данных, точно имитирующих результаты, полученные в экспериментах на биологических образцах. Мы также подчеркнем часто упускаемые из виду ограничения в современных методах сбора данных и подчеркнем роль экспериментального шума и погрешностей вышеупомянутых методов. Наконец, мы представим и выступим за разработку всеобъемлющих наборов смоделированных данных и показателей, что позволит сообществу объективно оценить существующие и новые инструменты анализа. Мы надеемся, что эта работа вызовет открытую дискуссию об ограничениях и проблемах анализа и моделирования диффузии молекул в сложной среде клетки.
2. Броуновская и аномальная диффузия
Возможно, одним из самых известных результатов теории броуновской диффузии является то, что среднеквадратичное смещение (СКО) случайного блуждающего человека линейно увеличивается со временем и пропорционально коэффициенту диффузии. жидкости, в которой происходит диффузия. Поскольку x ( t ) является положением случайного блуждающего в момент времени t (в одном измерении), это означает, что MSD 〈 x ( t ) ² 〉 = 2 Dt , где 〈·〉 обозначает усреднение по ансамблю, а x (0) = 0. Однако броуновская диффузия не объясняет физику неупорядоченных систем. Интересно, что повсеместное наблюдение в клеточной биологии состоит в том, что диффузионное движение макромолекул и органелл является аномальным, т. е. изменение СКО во времени обычно характеризуется сублинейным увеличением. В большинстве случаев это сублинейное увеличение СКО со временем может быть приведено к степенной зависимости 〈 x ( t ) ² 〉 ∝ t ^α с показателем степени α < 1, что оправдывает словосочетание «субдиффузия». Субдиффузию обычно связывают со скученностью клеток, пространственной неоднородностью или молекулярными взаимодействиями. Другой возможностью аномальной диффузии является супердиффузия, при которой 1 < α < 2. Действительно, многие процессы в биологии демонстрируют активный перенос или комбинации активных и случайных движений.
Таким образом, аномальная диффузия в клетках является очень активной областью исследований, включающих биофизику, клеточную биологию, статистическую физику и математическое моделирование.
При столкновении с набором данных, извлеченных из экспериментов FCS или SPT, первый вопрос, на который нужно ответить, заключается в том, действительно ли измеренная субдиффузия является проявлением аномального процесса. Часто сочетание нескольких механизмов нормальной диффузии или экспериментальных артефактов приводит к кажущейся диффузии. Если аномальная субдиффузия, характеризующаяся степенным масштабированием СКО во времени, может быть идентифицирована, установление физической модели, лежащей в основе процесса диффузии, может пролить свет на молекулярные механизмы, управляющие движением интересующей молекулы.
Ниже мы сначала сосредоточимся на трех классических моделях аномальной субдиффузии и их общей биологической интерпретации, а именно на модели случайных блужданий с непрерывным временем (CTRW), модели дробного броуновского движения (fBm) и случайных блужданиях во фрактальных и неупорядоченных системах. (обзор см., например, в [18]), затем мы кратко опишем различные модели, охватывающие супердиффузионные процессы, которые могут встречаться в ячейках, такие как модель бега и падения, полеты Леви и супердиффузионный fBm.
Модель случайного блуждания с непрерывным временем представляет собой обобщение случайного блуждания, в котором диффундирующая частица выжидает случайное время между скачками. В более общем случае, когда распределение ϕ(τ) времени ожидания τ имеет длинный хвост и не может быть усреднено (например, при ϕ(τ) ∝ τ ^{− (1+α)} и 0 < α < 1), ансамбль -усредненное СКО показывает аномальное масштабирование со степенным законом. Прямая интерпретация CTRW в контексте молекулярной биологии - это уподобление времени ожидания взаимодействиям молекулы с неподвижным субстратом (в соответствующих временных и пространственных масштабах). Важно отметить, что взаимодействие с характерным временем пребывания не удовлетворяет условиям модели. Интересно, однако, что распределение времени ожидания неспецифических взаимодействий, распространенных в клетке, может быть неусредняемым и, таким образом, CTRW является хорошей микроскопической моделью для одного типа аномальной субдиффузии в клетке. Было предложено управлять цитозольной диффузией наноразмерных объектов в клетках млекопитающих [19].], а также его использовали для объяснения латерального движения калиевых каналов в плазматической мембране клеток [20].
Модель дробного броуновского движения представляет собой другое обобщение броуновской диффузии, в котором скачки между временами запаздывания следуют нормальному распределению, но подчиняются корреляционной функции, определяемой формулой )〉 = 1/2( t ^{2 H} + s ^{2 H} – ( t – s ) ^{2 H} ) для t > s > 0. Таким образом, fBm-процесс характеризуется индексом Херста в диапазоне от H , 19002 значение H определяет тип скачкообразной зависимости в fBm-процессе, такой, что H > 1/2 указывает на положительную корреляцию между приращениями, броуновское движение достигается при H = 1/2, а приращения отрицательно коррелирует, когда Н < 1/2. СКО fBm задается формулой 〈 x ( t ) ² 〉 ∝ t ^{2 H} , что, опять же, охватывает выход броуновской диффузии s d / H = для H < 1/2 или супердиффузия для H > 1/2 (см. ниже). Модель fBm точно описывает диффузию частиц в вязкоупругой жидкости [21], и часто утверждалось, что скопление молекул в ячейке приводит к микровязкости и, следовательно, к аномальной диффузии. Он был предложен в качестве модели диффузии теломер в ядре [22, 23].
Другой возможной моделью аномальной диффузии в клетке является модель случайных блужданий во фрактальных средах и неупорядоченных системах . Фракталы — это самоподобные математические объекты, построенные на повторении простых правил и характеризуемые нецелым числом: фрактальная размерность . Хотя это все еще обсуждается, некоторые авторы предположили, что организация хроматина в первом приближении соответствует фрактальной структуре, и были предложены оценки его фрактальной размерности [24]. Случайные блуждания по фракталам являются субдиффузионными из-за пространственной корреляции смещений, а степенной масштабный коэффициент СКО во времени равен 2/ d _w , где d _w — размерность ходьбы , специфичная для фрактала. Хотя уместность модели фрактальной сети для описания молекулярной диффузии все еще обсуждается, оправдана попытка интегрировать многомасштабные характеристики клеточной организации в такую фрактальную модель.
Среди существующих супердиффузионных движений в клетках есть процесс бега и падения, который состоит из чередующихся фаз быстрого активного и медленного пассивного движения, приводящих к преходящей аномальной диффузии [25]. Первоначально наблюдаемый для движения бактерий, он недавно был использован для описания молекулярных движений в клетках, таких как движение моторов вдоль нитей цитоскелета. Моторные белки выполняют ряд стадий (run), пока они случайным образом не оторвутся от филаментов и не диффундируют в переполненную цитоплазму (tumble) перед повторным связыванием [26]. То же самое можно сказать и о факторах транскрипции в ядре, ищущих свой кодон инициации, чередуя последовательно диффузию и одномерное скольжение по ДНК. Супердиффузионный fBm, характеризующийся индексом Херста H > 1/2 был описан как внутриклеточное движение частиц в переполненной цитоплазме амибы [27]. Наконец, полеты Леви ранее были предложены для внутриклеточного транспорта на основе актина, опосредованного молекулярными моторами [28], и недавно в случае мембранного нацеливания на белок C2 [29].
Заметим, что описанные выше модели никоим образом не исчерпывающе охватывают круг моделей, о которых известно, что они проявляют аномальную диффузию (см., например, [30–32]). Однако CTRW, fBM и случайные блуждания во фрактальных моделях широко изучались; что еще более важно, они могут сопоставлять параметры модели с соответствующими биологическими и биофизическими характеристиками. Поэтому мы ограничим наше обсуждение вышеупомянутыми случаями и тем, как их можно использовать для анализа и интерпретации экспериментальных данных, полученных с помощью FCS и SPT.
3. Какими методами правильно анализировать диффузионный процесс?
3.1. Флуоресцентная корреляционная спектроскопия
Принцип FCS заключается в измерении временных изменений концентрации молекул в заданном положении в объеме биологического образца. Это достигается путем наблюдения за временными флуктуациями флуоресцентного сигнала, излучаемого молекулами, находящимися в наблюдаемом объеме, который возбуждается сфокусированным лазером. Основное предположение FCS заключается в том, что система находится в динамическом равновесии, и поэтому флуктуация сигнала может быть связана с диффузией молекул в пределах объема наблюдения. В то время как амплитуда флуктуаций связана с количеством молекул в наблюдаемом объеме, затухание их автокорреляции во времени зависит от их подвижности.
Типичная установка FCS состоит из осветительного лазера и конфокального микроскопа с быстрым одноканальным однофотонным детектором. Лазерный луч освещает объем обнаружения, как правило, с гауссовским профилем интенсивности и возбуждает флуорофоры в фокальном объеме. Излучаемый флуоресцентный свет улавливается детектором и зависит от колебаний локальной концентрации меченых молекул.
Параметры, такие как среднее число молекул (N) и их среднее время пребывания (τ _d ) в конфокальном объеме (поверхности) можно получить либо непосредственно из этого измерения флуктуации интенсивности флуоресценции, либо косвенно путем временной автокорреляции этой флуктуации. Второй метод является наиболее популярным для анализа данных FCS (см. рис. 1). Основным недостатком стандартной FCS является отсутствие прямого контроля возможных пространственных и/или временных неоднородностей, которые приведут к отклонению от чисто броуновского движения. Для преодоления этой проблемы было предложено несколько подходов, включая FCS с точечной вариацией (sv-FCS) [14, 33], FCS с линейным сканированием и STED-FCS [34, 35], а также подходы к визуализации, такие как (пространственно)-временная. корреляционная спектроскопия изображений [(S)TICS], корреляционная спектроскопия растровых изображений (RICS) [36] или, совсем недавно, визуализация всей плоскости FCS (Im-FCS) [37]. С развитием коммерческих микроскопов в сочетании с возможностями FCS этот метод и его производные становятся все более и более популярными в биологических лабораториях.
Рисунок 1 . Схематическое изображение типичной установки, используемой в экспериментах по флуоресцентной корреляционной спектроскопии (A) и отслеживанию одиночных/множественных частиц (B) . (A) Лазер фокусируется на флуоресцентно меченном образце с помощью объектива микроскопа. Затем флуоресценция собирается объективом и конфокально фокусируется (используя точечное отверстие) на детекторе, считающем одиночные фотоны (лавинный фотодиод, APD). Этот детектор регистрирует флуктуации флуоресцентного излучения в пределах конфокального объема образца. Прямая ссылка на электронный коррелятор разрешает генерацию автокоррелограммы в режиме реального времени. (B) Лазер фокусируется в задней фокальной плоскости объектива микроскопа для получения полного поля освещения образца. Флуоресценция, испускаемая каждой отдельной частицей, присутствующей в поле освещения, затем непосредственно отображается на чувствительной камере (устройство с зарядовой связью, ПЗС). Получается фильм, и постобработка этого фильма позволяет отслеживать отдельный излучатель, а затем генерировать среднеквадратичное смещение (MSD) как функцию кривых времени запаздывания.
Был исследован широкий спектр динамических процессов, приводящих к флуктуациям концентрации (т. е. диффузия, течение, химические реакции и их различные комбинации), для получения соответствующих аналитических выражений временной автокорреляционной кривой G ( t ) в случае гауссовой (лазерной конфокальной) геометрии освещения/обнаружения (обзор см. в [38] и ссылки там). Например, в случае броуновского движения в 2D G(t)=1/{N̄(1+4Dt/w2)}, где w — размер перетяжки пучка, а N̄ — среднее количество молекул в объеме наблюдения. Основной подход к идентификации и количественной оценке диффузионных процессов в FCS состоит в нелинейной аппроксимации экспериментальных кривых автокорреляции методом наименьших квадратов с использованием описанных выше аналитических выражений и выборе среди этих моделей наиболее подходящей модели с использованием различных статистических тестов. Хотя он может дать количественные значения параметров статистически выбранной модели движения, он может быть сильно смещен, в частности, для сложных движений. Был предложен байесовский подход к анализу коррелограммы FCS с одной точкой, чтобы различать разные модели без смещения [39]., 40].
Еще один способ различать разные типы движения — исследовать пространство и время с помощью FCS, например, используя svFCS. svFCS дает возможность генерировать так называемые «законы диффузии» путем построения графиков изменений времени пребывания (τ _d ) в зависимости от исследуемой поверхности (т. е. лазерной перетяжки) w ² . Это позволило напрямую идентифицировать отклонения от чисто броуновского движения в плазматической мембране клеток [41] или аномальную диффузию, возникающую либо при липидном фазовом переходе первого рода [42], либо в негомогенных жидкостях, гелях и скученных растворах [43, 44]. ]. Недавно он был распространен на STED-FCS с линейным сканированием [45] и Im-FCS [46].
3.2. Отслеживание одной/нескольких частиц
В то время как концентрация подмножества флуоресцентных молекул в конфокальном объеме в экспериментах FCS близка к режиму одиночной молекулы, измерение измеряет среднее движение ансамбля молекул, диффундирующих внутрь и наружу место наблюдения. И наоборот, SPT по своей конструкции представляет собой одномолекулярный подход, контролирующий, таким образом, движение отдельных молекул. Одной из сильных сторон SPT является возможность фиксировать редкие события или модели поведения, которые в противном случае были бы скрыты в среднем значении.
Принцип проведения СПД-экспериментов прост, он заключается в восстановлении изменений положения отдельных молекул в пределах интересующего образца, т. е. временного ряда двумерных или трехмерных координат положения молекулы. Это достигается в два этапа: во-первых, путем оценки центроида измеренной функции рассеяния точки (PSF) каждого обнаруженного отдельного излучателя, а во-вторых, путем связывания траектории одной и той же молекулы между последовательными изображениями. Важно отметить, что точность, с которой можно точно определить положение молекулы, зависит только от отношения сигнал-шум измеренного PSF, получая субволновую точность, как правило, порядка ~ 10 нм.
Базовая экспериментальная установка SPT состоит из лазера возбуждения, объектива с высокой числовой апертурой, набора дихроичных фильтров и фильтров для разделения длин волн возбуждения и излучения, трубчатой линзы и высокочувствительной камеры, способной обнаруживать отдельные флуорофоры (см. рис. 1). ). Лазер фокусируется на задней фокальной плоскости объектива для получения конфигурации освещения с широким полем, которое можно настроить на полное внутреннее отражение (TIRF) или сильно наклонное освещение (HILO) [47] для увеличения SNR при изучении молекулярной динамики. в клеточных мембранах или внутри клеток соответственно. Флуоресцентный свет собирается тем же объективом, а изображение одиночных излучателей формируется на плоскости камеры через трубчатый объектив [13, 48].
Количество полученной информации о биологической системе в результате анализа КПТ зависит от характера эксперимента. Изучение медленно диффундирующего трансмембранного белка даст гораздо более длинные следы, чем быстро диффундирующего фактора транскрипции в ядре. В последнем случае следы будут ограничены количеством изображений, на которых отслеживаемая частица остается в пределах глубины резкости вокруг плоскости изображения, в отличие от первого случая, когда ограничивающим фактором является фотообесцвечивание.
Классический анализ набора траекторий состоит в вычислении зависимости СКО (средней по времени или по ансамблю) во времени от распределения скачков при увеличивающемся времени запаздывания, определяемом съемкой камеры, обычно порядка десятков мс. Однако, как мы увидим в следующем разделе, для полного анализа и интерпретации данных SPT были предложены различные подходы и оценки. По сравнению с FCS, анализ SPT интенсивно исследуется, и можно выделить несколько семейств методик (см. также обзоры: [24, 49]., 50]). В области случайных процессов вывод коэффициента диффузии из процесса выборки является обычной проблемой (см. , например, [51, 52]). Однако эта теория не может быть применена при переходе к экспериментальным траекториям, и были предложены другие подходы.
3.2.1. Методы на основе MSD
Первое семейство алгоритмов анализа SPT пытается выполнить надежный вывод MSD. Использование МСД для изучения диффузии было введено Эйнштейном в 1906 г. и возрождено в биологии [53]. Анализ СКО может быть выполнен либо путем вывода коэффициента диффузии из одной траектории (настройка, изученная в [54]), либо путем объединения различных траекторий [55], и было предложено множество уточнений и оценок, основанных на СКО [56, 57] .
При выводе кинетических параметров из серии одиночных траекторий возникает вопрос, что при общих длинах траекторий, полученных в ядерных СПД (длина << 20 точек на трек), и общей ошибке локализации погрешность может достигать 100% [54, 58 ]. Таким образом, любой подход, использующий MSD на коротких траекториях, следует оценивать с большой осторожностью. Для более длинных траекторий (таких как диффузия в мембране) были предложены подходы, которые могут сегментировать траектории на основе типа движения [59]. ].
3.2.2. Скрытые марковские модели (HMM)
Второе семейство алгоритмов анализа SPT основано на марковских моделях и скрытых марковских моделях. Большинство из них были получены для выполнения классификации сегментов траектории, при этом скрытая переменная выводится как состояние диффузии или текущий коэффициент диффузии. Например, Монье и др. [60] вводит метод HMM-Байеса, чтобы сделать вывод, находится ли сегмент траектории в одном (или нескольких) диффузионном или активном транспортном состоянии. Более того, Slator et al. [61] реализовал вывод локализационного шума для вывода переключений коэффициента диффузии в пределах одной траектории. Аналогичный подход использовался для обнаружения ограничения свободы [62].
Эти методы часто полагаются на фиксированное количество состояний, что связано со значительными математическими ограничениями. Некоторые из этих ограничений были преодолены с помощью так называемого вариационного байесовского вывода [63]. Прототипом алгоритма, выполняющего вариационный байесовский вывод на HMM, является vbSPT [64]. Этот алгоритм может оценивать количество диффузных состояний и постепенно объединять увеличивающуюся информацию об этих состояниях по мере анализа траекторий. Алгоритм был доработан, чтобы включить оценку ошибки локализации [65].
3.2.3. Вывод карт коэффициентов диффузии
Третье семейство алгоритмов анализа SPT не только выводит коэффициент диффузии по совокупности диффундирующих молекул, но также и пространственную карту диффузии [66, 67]. Этот подход впервые был применен к мембранам, где можно легко получить высокую плотность дорожек. Расширение этого подхода с использованием передемпфированного уравнения Ланжевена для движения одиночной молекулы пролило новый свет на сборку ВИЧ-1 в живых клетках [68]. Эти многообещающие методы не были проверены за пределами мембранных молекул, но высокие коэффициенты диффузии свободно диффундирующих клеточных белков могут затруднить создание такой карты. Более того, в отличие от мембран, белки могут находиться в одном и том же месте с разными коэффициентами диффузии в зависимости от того, взаимодействуют ли они с данной структурой или нет.
3.2.4. Определение аномальной диффузии
Было предложено множество подходов для определения аномальной диффузии в клетках; обзор некоторых из них содержится у Guigas и Weiss [69]. Можно использовать прямой метод, подгоняя МСД степенным законом для оценки коэффициента аномальной диффузии α. Однако были предложены альтернативные методы, многие из которых были сосредоточены на выводе параметров, характерных для модели, или на методах различения типов аномальной диффузии.
Было предложено несколько методов для определения параметров диффузии для нескольких моделей аномальной диффузии. Для случая диффузии в неупорядоченных (фрактальных) средах Шкилев [70] предлагает оценки, которые могут быть применены к СПД, FCS и FRAP. Для случая частичного броуновского движения были предложены методы определения как коэффициента аномальной диффузии (α), так и обобщенного коэффициента диффузии ( D _α). Первый подход [71] учитывает шум (ошибку локализации) и дрейф и использует байесовский вывод. Последний [72] опирается на квадраты перемещений и использует метод наименьших квадратов для оценки Д _α .
И наоборот, вместо того, чтобы пытаться оценить параметры известной модели, ключевой вопрос состоит в том, чтобы различать различные модели аномальной диффузии. Прототипный подход [73] использовал байесовский вывод, чтобы различать броуновскую, аномальную, замкнутую и направленную диффузию, и использует пропагаторы, связанные с каждой отдельной моделью диффузии. Однако Хеллманн и соавт. [74] с помощью моделирования обнаружили, что очень трудно отличить fBm от диффузии на фрактале, когда присутствует шум локализации, как в SPT, так и в FCS. Авторы использовали комбинацию методов для вывода, включая MSD и p – вариационные приемы. В Burnecki и соавт. [23] авторы предлагают серию тестов для «однозначной» идентификации fBm, постепенно доказывая, что несколько других моделей ошибочны. Для отличия fBm от CTRW были предложены другие тесты с использованием теста, основанного на p -вариациях [75]. p -вариаций являются конечной суммой p -х степеней приращений траектории. Наконец, для разграничения CTRW и диффузии во фракталах использовались подходы, основанные на среднем времени первого прохождения частицы [76, 77].
Было предложено много других семейств методов для определения типов диффузии. Некоторые полагались на оценки максимального правдоподобия [78], автокорреляционные функции [79] или на более экзотические оценки [80]. Еще одна линия прогресса была достигнута в типе моделируемых моделей. Напр., Amitai [81] представил модель, в которой TFs могут связываться и повторно связываться в плотной хроматиновой сетке. Эта модель была успешно приспособлена для объяснения аномальной диффузии динамики CTCF [82].
Наконец, мы отмечаем, что многие модели были разработаны для определения потенциала захвата в мембранах (например, [83, 84]). Мы не рассматриваем их здесь, поскольку их применение ограничено мембранами.
3.3. Сильные стороны и ограничения двух методов
Сильное ограничение заключается в том, что экспериментальный контекст, будь то FCS или SPT, может привести к ложному определению аномальной диффузии. Другими словами, специфические экспериментальные параметры (низкая статистика, локационный шум, пространственное ограничение и т. д.) и/или неправильный анализ данных могут привести к неправильному выводу о том, что показатель диффузии α≠1. Эти артефакты касаются как SPT [85], так и FCS [43]. Это имеет место, например, в том случае, если α определяется подгонкой СКО или автокорреляцией со временем, а статистическая мощность мала (малая выборка моментов времени или короткие траектории в СПД, низкий сигнал/шум на малых или больших временах в ФСС). Чтобы избежать таких предостережений, при выборе модели должны использоваться более сложные подходы, чтобы однозначно продемонстрировать и охарактеризовать лежащий в основе сложный процесс диффузии.
До сих пор большинство инструментов вывода, доступных в литературе, лишь частично учитывают систематические ошибки, подробно описанные выше, и обычно ограничены с точки зрения моделей аномальной диффузии, которые они рассматривают. Например, в Hansen et al. [58] авторы показали, что алгоритм, не учитывающий ошибку локализации, вероятно, неправильно оценивает коэффициенты диффузии. Точно так же тот факт, что наблюдаемые белки диффундируют в ограниченном объеме, приводит к сублинейному MSD, явлению, которое было широко задокументировано и которое необходимо учитывать, чтобы правильно различать подлинную аномальную диффузию и простой эффект ограничения. Точно так же ошибки отслеживания (неправильные связи между дорожками) также могут выглядеть как аномальная диффузия.
Некоторые из этих погрешностей можно свести к минимуму на этапе сбора данных (например, с помощью высокой частоты кадров и низкой плотности маркировки [58]), другие должны быть явно учтены в модели. На сегодняшний день большинство доступных алгоритмов логического вывода не сравнивались с реалистичными условиями визуализации. Кроме того, до сих пор отсутствует общий реалистичный алгоритм вывода.
4. Заключение: Необходимость в контролируемых контрольных показателях
Столкнувшись с разнообразием подходов, описанных выше, хотелось бы знать эффективность каждого подхода на типичных репрезентативных наборах данных. Чтобы сравнение было справедливым, требуются два основных ингредиента: (i) наличие эталонного набора данных или эталона — возможно, по одному эталонному набору данных для каждого основного класса экспериментальных методов и (ii) справедливое, объективное, прозрачное и открытое сравнение. процесса, с наборами данных, процедурами сравнения и результатами деятельности, которые четко сформулированы и общедоступны. Несколько областей компьютерных наук используют открытые соревнования сообщества для организации процесса и создания открытых эталонных тестов для сообщества. Компьютерное зрение, прикладное машинное обучение или прогнозирование временных рядов, среди многих других, имеют давнюю традицию использования этих соревнований. Стратегия оказалась очень успешной, потому что она распараллеливает исследования в обширном сообществе высококвалифицированных исследователей. Интернет-платформы или службы даже доступны для этой цели, включая, среди многих других, Kaggle (www.kaggle.com) или DrivenData (www. drivendata.org). Это еще больше увеличивает размер конкурирующего сообщества и богатство предложений. На самом деле, в дополнение к предоставлению справочных наборов данных и ориентиров, открытые конкурентные вызовы могут также способствовать появлению радикально новых подходов к открытой проблеме. Многие из этих конкурентных задач связаны с биомедицинскими приложениями (например, http://dreamchallenges.org или https://grand-challenge.org), в том числе несколько связаны с микроскопией (см., например, https://cremi.org). . Недавно в серии последовательных соревнований сообщества по визуализации одиночных молекул участвовали десятки лабораторий, и они были сосредоточены на алгоритмах отслеживания [86] и локализации 2D и 3D для сверхвысокого разрешения [87]. Наконец, недавно была поставлена еще одна задача, чтобы вывести показатель аномальной диффузии из траекторий частиц (http://www.andi-challenge.org/) [88].
На практике важной особенностью соревновательных задач является предоставление примеров размеченных данных, которые участники смогут использовать в качестве тренировочного набора. Действительно, в соответствии со стандартной практикой машинного обучения этот набор данных для обучения должен отличаться от набора тестов, который включает данные, используемые для оценки производительности алгоритма. Поэтому организаторы обычно публикуют два набора данных (обучающий набор данных и тест), из которых только обучающий набор данных имеет метку каждого примера — только организаторы знают истинную метку тестового набора данных. После обучения результаты задачи основаны на некоторой количественной оценке производительности инструментов участников на тестовом наборе, хотя производительность на обучающем наборе также может быть сообщена как способ судить о возможностях переобучения/обобщения. Однако во многих случаях невозможно дать «истинную» маркировку экспериментальных данных, потому что такого золотого стандарта не существует. В этом случае для получения синтетических данных можно использовать компьютерное моделирование, если это моделирование достаточно реалистично, чтобы производительность алгоритмов не отличалась от их производительности при реальных экспериментальных измерениях. В недавних задачах сверхвысокого разрешения обучающие и тестовые данные представляли собой комбинацию данных, сгенерированных компьютером, и экспериментальных данных. Сгенерированные компьютером данные дают четкий доступ к истине, в то время как экспериментальные данные содержат нехарактерные предубеждения, которые могут повлиять на процесс вывода.
Здесь мы предлагаем организовать международную открытую совместную задачу для количественного определения и анализа движения молекул в живых клетках с помощью SPT и FCS. На сегодняшний день создание реалистичных данных, смоделированных компьютером, затруднено из-за количества экспериментальных погрешностей, которые необходимо учитывать, а также из-за разнообразия моделей диффузии, в частности для аномальной диффузии. Для решения задачи мы будем генерировать данные SPT и FCS из одного и того же набора смоделированных траекторий и в разных модальностях (2D в мембранах и 3D в ядре) с использованием специального программного обеспечения для моделирования с открытым исходным кодом, simSPT (https://gitlab. com). /tjian-darzacq-lab/simSPT), который свободно доступен участникам для создания собственных дополнительных обучающих наборов, если это необходимо.
Задача будет организована вокруг различных подзадач, которые представляют основные классы экспериментальных ситуаций (короткие траектории с высокой плотностью в мембранах, длинные траектории с меньшей плотностью в мембранах, очень короткие траектории в ядре) и основные типы броуновских и аномальная диффузия (броуновское движение, дробное броуновское движение, случайные блуждания с непрерывным временем и диффузия на фракталах) и их смеси. В долгосрочной перспективе мы также предложим дополнительные задачи, в которых динамика молекул зависит от местоположения, для имитации локализованной пространственной неоднородности в динамике (локальные потенциалы, зависящие от положения коэффициенты диффузии). Более того, мы будем постепенно предлагать две категории задач. В задачах на вывод параметров будут даны модели, используемые для генерации траекторий (броуновское движение, аномальная диффузия и т. д.), и задача будет состоять в том, чтобы как можно точнее вывести значение параметров, используемых для генерации. В задачах выбора модели цель будет состоять в том, чтобы сделать вывод, какая модель использовалась для генерации данных с учетом известного ограниченного списка моделей.
Наконец, мы понимаем, что вполне может случиться так, что ни один универсальный инструмент не сможет решить все подзадачи, упомянутые выше. Мы также понимаем, что сложность каждого подзадачи может быть весьма различной. Поэтому мы предлагаем начать с простых задач и работать в сотрудничестве с сообществом, занимающимся анализом молекулярной динамики в живых клетках, чтобы постепенно подниматься по ступеням к более сложным подзадачам. В этой стратегии поддержание открытого канала связи между организаторами и участниками имеет первостепенное значение. С этой целью мы предлагаем начать со списка рассылки, который будет использоваться для поддержки этой коммуникации. Поэтому каждый заинтересованный человек может подписаться на список рассылки конкурса, посетив https://listes. services.cnrs.fr/wws/info/diffusion.challenge. После регистрации в списке рассылки на этом веб-сайте участники смогут обмениваться сообщениями с самими собой и с организаторами, а также получат инструкции по доступу к наборам данных конкурса.
Вклад авторов
MW, II, CF и HB разработали эти точки зрения и написали рукопись.
Финансирование
Эта работа частично финансировалась GDR ImaBio, поддерживаемой CNRS, http://imabio-cnrs.fr.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Ссылки
1. Axelrod D, Koppel DE, Schlessinger J, Elson E, Webb WW. Измерение подвижности путем анализа кинетики восстановления флуоресцентного фотообесцвечивания. Биофиз J . (1976) 16 : 1055–69. doi: 10.1016/S0006-3495(76)85755-4
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
2. Магде Д., Уэбб В., Элсон Э. Термодинамические флуктуации в реагирующей системе – измерение с помощью флуоресцентной корреляционной спектроскопии. Phys Rev Lett . (1972) 29 :705. doi: 10.1103/PhysRevLett.29.705
CrossRef Полный текст | Google Scholar
3. Geerts H, De Brabander M, Nuydens R, Geuens S, Moeremans M, De Mey J, et al. Нановидное отслеживание: новый автоматический метод исследования подвижности живых клеток на основе коллоидного золота и видеомикроскопии. Биофиз J . (1987) 52 : 775–82. doi: 10.1016/S0006-3495(87)83271-X
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
4. Гертс Х., де Брабандер М., Найденс Р. Нановидная микроскопия. Природа* . (1991) 351 : 765–6. doi: 10.1038/351765a0*
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
5. Хейм Р., Прашер Д.К., Циен Р.Ю. Мутации длины волны и посттрансляционное автоокисление зеленого флуоресцентного белка. Proc Natl Acad Sci USA . (1994) 91 :12501–4. doi: 10.1073/pnas.91.26.12501
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
6. Хейм Р., Циен Р.Ю. Разработка зеленого флуоресцентного белка для улучшения яркости, увеличения длины волны и резонансной передачи энергии флуоресценции. Карр Биол . (1996) 6 : 178–82. doi: 10.1016/S0960-9822(02)00450-5
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
7. Мац М.В., Фрадков А.Ф., Лабас Ю.А., Савицкий А.П., Зарайский А.Г., Маркелов М.Л. Флуоресцентные белки небиолюминесцентных видов Anthozoa. Нат Биотехнолог . (1999) 17 : 969–73. doi: 10.1038/13657
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
8. Hell SW, Wichmann J. Нарушение предела дифракционного разрешения с помощью стимулированного излучения: флуоресцентная микроскопия с истощением стимулированного излучения. Доп. письмо . (1994) 19 :780–2. doi: 10.1364/OL.19.000780
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
9. Betzig E, Patterson GH, Sougrat R, Lindwasser OW, Olenych S, Bonifacino JS, et al. Визуализация внутриклеточных флуоресцентных белков с нанометровым разрешением. Наука . (2006) 313 : 1642–5. doi: 10.1126/science.1127344
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
10. Хесс С.Т., Гирираджан Т.П., Мейсон М.Д. Визуализация сверхвысокого разрешения с помощью флуоресцентной микроскопии локализации фотоактивации. Биофиз J . (2006) 91 :02222. doi: 10.1529/biophysj.106.0
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
11. Клар Т.А., Якобс С., Дайба М., Эгнер А., Хелл С.В. Флуоресцентная микроскопия с преодолением барьера дифракционного разрешения вынужденным излучением. Proc Natl Acad Sci USA . (2000) 97 : 8206–10. doi: 10.1073/pnas.97.15.8206
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
12. Раст М.Дж., Бейтс М., Чжуан X. Визуализация субдифракционного предела с помощью стохастической оптической реконструктивной микроскопии (STORM). Естественные методы . (2006) 3 : 793–5. doi: 10.1038/nmeth929
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
13. Manley S, Gillette JM, Patterson GH, Shroff H, Hess HF, Betzig E, et al. Картирование траекторий одиночных молекул с высокой плотностью с помощью фотоактивируемой локализационной микроскопии. Естественные методы . (2008) 5 : 155–7. doi: 10.1038/nmeth.1176
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
14. Эггелинг С., Рингеманн С., Медда Р., Шварцманн Г., Сандхофф К., Полякова С. и др. Прямое наблюдение за наномасштабной динамикой мембранных липидов в живой клетке. Природа . (2009) 457 : 1159–62. doi: 10.1038/nature07596
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
15. Саркар П., Чаттопадхай А. Изучение организации мембран при различном пространственно-временном разрешении с использованием подходов на основе флуоресценции: значение в биологии мембран. Физ Хим Хим Физ . (2019) 21 : 11554–63. doi: 10.1039/C9CP02087J
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
16. Liu H, Ye Z, Wang X, Wei L, Xiao L. Молекулярные и динамические анализы живых клеток с использованием методов оптической микроскопии. Аналитик . (2019) 144 : 859–71. doi: 10.1039/C8AN01420E
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
17. Прист Д.Г., Солано А., Лу Дж., Хинде Э. Спектроскопия флуктуаций флуоресценции: бесценный инструмент микроскопии для раскрытия биофизических правил навигации в ядерном ландшафте. Биохим Сок Транс . (2019) 47 : 1117–29. doi: 10.1042/BST20180604
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
18. Хёфлинг Ф., Франош Т. Аномальный транспорт в переполненном мире биологических клеток. Rep Prog Phys . (2013) 76 :046602. doi: 10.1088/0034-4885/76/4/046602
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
19. Etoc F, Balloul E, Vicario C, Normanno D, Lie D, Sittner A, et al. Неспецифические взаимодействия управляют цитозольной диффузией наноразмерных объектов в клетках млекопитающих. Нат Матер . (2018) 17 : 740–6. doi: 10.1038/s41563-018-0120-7
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
20. Вейгель А.В., Саймон Б., Тамкун М.М., Крапф Д. Эргодические и неэргодические процессы сосуществуют в плазматической мембране, наблюдаемые при отслеживании одиночных молекул. Proc Natl Acad Sci USA . (2011) 108 : 6438–43. doi: 10.1073/pnas.1016325108
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
21. Эрнст Д., Хеллманн М., Келер Дж., Вайс М. Фракционное броуновское движение в сгущенных жидкостях. Мягкая материя . (2012) 8 : 4886–9. doi: 10.1039/c2sm25220a
CrossRef Полный текст | Google Scholar
22. Кептен Э., Бронштейн И., Гарини Ю. Тест сходимости эргодичности предполагает, что движение теломер подчиняется фракционной динамике. Физическая версия E . (2011) 83 :041919. doi: 10.1103/PhysRevE.83.041919
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
23. Бурнецкий К., Кептен Э., Янчура Дж., Бронштейн И., Гарини Ю., Верон А. Универсальный алгоритм идентификации дробного броуновского движения. Случай субдиффузии теломер. Биофиз J . (2012) 103 : 1839–47. doi: 10.1016/j.bpj.2012.09.040
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
24. Rcamier V, Izeddin I, Bosanac L, Dahan M, Proux F, Darzacq X. Фрактальная размерность корреляции одиночных клеток хроматина: основа для интерпретации сверхвысокого разрешения трехмерных одиночных молекул. Ядро . (2014) 5 : 75–84. doi: 10.4161/nucl.28227
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
25. Шаэбани М.Р., Ригер Х. Переходная аномальная диффузия в динамике беготни. Фронт Физ . (2019) 7 :120. doi: 10.3389/fphy.2019.00120
CrossRef Полный текст | Google Scholar
26. Хафнер А.Е., Сантен Л., Ригер Х., Шаебани М.Р. Динамика бег-пауза моторных белков цитоскелета. Научный представитель . (2016) 6 :37162. doi: 10.1038/srep37162
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
27. Reverey JF, Jeon JH, Bao H, Leippe M, Metzler R, Selhuber-Unkel C. Супердиффузия доминирует над внутриклеточным движением частиц в переполненной цитоплазме патогенных Acanthamoeba castellanii . Научный представитель . (2015) 5 :11690. doi: 10.1038/srep11690
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
28. Бруно Л., Леви В., Брунштейн М., Деспозито М.А. Переход к супердиффузионному поведению во внутриклеточном актиновом транспорте, опосредованном молекулярными моторами. Физическая версия E . (2009) 80 :011912. doi: 10.1103/PhysRevE.80.011912
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
29. Кампаньола Г., Непал К., Шредер Б.В., Пирсен О.Б., Крапф Д. Супердиффузионное движение доменов C2, нацеленных на мембрану. Научный представитель . (2015) 5 :17721. doi: 10.1038/srep17721
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
30. Мецлер Р., Джеон Дж. Х., Черствый А. Г., Баркай Э. Модели аномальной диффузии и их свойства: нестационарность, неэргодичность и старение к столетию отслеживания одиночных частиц. Физ. Хим. Хим. Физ. . (2014) 16 : 24128–64. doi: 10.1039/C4CP03465A
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
31. Павлос Г.П., Каракацанис Л.П., Ксенакис М.Н., Павлос Э.Г., Илиопулос А.С., Сарафопулос Д.В. Универсальность неэкстенсивной статистики Тсаллиса и анализа временных рядов: теория и приложения. Приложение Phys A Stat Mech . (2014) 395 : 58–95. doi: 10.1016/j.physa.2013.08.026
CrossRef Полный текст | Google Scholar
32. Лензи Э.К., Рибейро Х.В., Татейши А.А., Зола Р.С., Евангелиста Л.Р. Аномальная диффузия и транспорт в гетерогенных системах, разделенных мембраной. Proc R Soc A Math Phys Eng Sci . (2016) 472 :20160502. doi: 10.1098/rspa.2016.0502
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
33. Wawrezinieck L, Rigneault H, Marguet D, Lenne PF. Законы диффузии корреляционной спектроскопии флуоресценции для исследования субмикронной клеточной мембранной организации. Биофиз J . (2005) 89 : 4029–42. doi: 10.1529/biophysj.105.067959
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
34. Петрек З., Швилле П. Точное измерение коэффициентов диффузии с помощью сканирующей флуоресцентной корреляционной спектроскопии. Биофиз J . (2008) 94 : 1437–48. doi: 10.1529/biophysj.107.108811
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
35. Honigmann A, Mueller V, Ta H, Schoenle A, Sezgin E, Hell SW, et al. Сканирование STED-FCS выявляет пространственно-временную неоднородность взаимодействия липидов в плазматической мембране живых клеток. Нац Коммуна . (2014) 5 :5412. doi: 10.1038/ncomms6412
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
36. Дигман М.А., Браун С.М., Сенгупта П., Уайзман П.В., Хорвиц А.Р., Граттон Э. Измерение быстрой динамики в растворах и клетках с помощью лазерного сканирующего микроскопа. Биофиз J . (2005) 89 : 1317–27. doi: 10.1529/biophysj.105.062836
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
37. Kannan B, Har JY, Liu P, Maruyama I, Ding JL, Wohland T. Электронное умножающее устройство с зарядовой связью на основе корреляционной спектроскопии флуоресценции. Анальная химия . (2006) 78 : 3444–51. doi: 10.1021/ac0600959
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
38. Элсон Э. Корреляционная спектроскопия флуоресценции: прошлое, настоящее, будущее. Биофиз J . (2011) 101 : 2855–70. doi: 10.1016/j.bpj.2011.11.012
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
39. He J, Guo SM, Bathe M. Байесовский подход к анализу данных флуоресцентной корреляционной спектроскопии I: теория. Анальная химия . (2012) 84 : 3871–9. doi: 10.1021/ac2034369
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
40. Guo SM, He J, Monnier N, Sun G, Wohland T, Bathe M. Байесовский подход к анализу данных флуоресцентной корреляционной спектроскопии II: приложение к смоделированным данным и данным in vitro . Анальная химия . (2012) 84 : 3880–8. doi: 10.1021/ac2034375
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
41. Lenne PF, Wawrezinieck L, Conchonaud F, Wurtz O, Boned A, Guo XJ, et al. Динамическое молекулярное удержание в плазматической мембране микродоменами и сеткой цитоскелета. EMBO J . (2006) 25 : 3245–56. doi: 10.1038/sj.emboj.7601214
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
42. Favard C, Wenger J, Lenne PF, Rigneault H. Законы диффузии FCS в двухфазных липидных мембранах: определение среднего размера домена с помощью экспериментов и моделирования методом Монте-Карло. Биофиз J . (2011) 100 : 1242–51. doi: 10.1016/j.bpj.2010. 12.3738
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
43. Бэнкс Д.С., Тресслер С., Петерс Р.Д., Хфлинг Ф., Фрадин С. Характеристика аномальной диффузии в насыщенных полимерных растворах и гелях за пять десятилетий с помощью корреляционной флуоресцентной спектроскопии с переменным масштабом. Мягкая материя . (2016) 12 : 4190–203. doi: 10.1039/C5SM01213A
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
44. Масуда А., Усида К., Окамото Т. Прямое наблюдение пространственно-временной зависимости аномальной диффузии в неоднородной жидкости с помощью флуоресцентной корреляционной спектроскопии с контролируемым объемом отбора проб. Физическая версия E . (2005) 72 :060101. doi: 10.1103/PhysRevE.72.060101
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
45. Schneider F, Waithe D, Galiani S, Bernardino de la Serna J, Sezgin E, Eggeling C. Наномасштабные пространственно-временные диффузионные режимы, измеренные с помощью одновременной конфокальной и стимулированной эмиссионной наноскопии. Нано Летт . (2018) 18 : 4233–40. doi: 10.1021/acs.nanolett.8b01190
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
46. Вирапатиран С., Воланд Т. Закон диффузии изображений FCS при наличии нескольких диффузионных режимов. Методы . (2018) 140–141: 140–50. doi: 10.1016/j.ymeth.2017.11.016
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
47. Токунага М., Имамото Н., Саката-Согава К. Тонкое освещение с большим наклоном обеспечивает четкое изображение отдельных молекул в клетках. Естественные методы . (2008) 5 : 159–61. doi: 10.1038/nmeth2171
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
48. Izeddin I, Récamier V, Bosanac L, Cissé II, Boudarene L, Dugast-Darzacq C, et al. Отслеживание одиночных молекул в живых клетках выявляет различные стратегии поиска мишеней факторов транскрипции в ядре. eLife . (2014) 3 :e02230. doi: 10.7554/eLife.02230
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
49. Мецлер Р., Техедор В., Чон Дж. Х., Хе Ю., Денг В. Х., Буров С. и соавт. Анализ траекторий одиночных частиц: от нормальной к аномальной диффузии. Acta Phys Pol B . (2009) 40 :1315. Доступно на сайте: https://www.actaphys.uj.edu.pl/R/40/5/1315/pdf
Google Scholar
50. Ernst D, Köhler J, Weiss M. Исследование типа аномальной диффузии с одночастичным отслеживанием. Физ Хим Хим Физ . (2014) 16 : 7686–91. дои: 10.1039/C4CP00292J
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
51. Флоренс-Змироу Д. Об оценке коэффициента диффузии по дискретным наблюдениям. J Appl Probab . (1993) 30 :790. doi: 10.1017/S00210044570
CrossRef Full Text | Google Scholar
52. Хоффманн М. Об оценке коэффициента диффузии: параметрический и непараметрический. Ann l’IHP Probab Stat . (2001) 37 : 339–72. doi: 10.1016/S0246-0203(00)01070-0
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar
53. Qian H, Sheetz MP, Elson EL. Отслеживание отдельных частиц. Анализ диффузии и течения в двумерных системах. Биофиз J . (1991) 60 : 910–21. doi: 10.1016/S0006-3495(91)82125-7
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
54. Мишалет Х, Берглунд А.Дж. Оценка оптимального коэффициента диффузии при отслеживании одиночных частиц. Физическая версия E . (2012) 85 :061916. doi: 10.1103/PhysRevE.85.061916
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
55. Liu Z, Legant WR, Chen BC, Li L, Grimm JB, Lavis LD, et al. Трехмерное изображение кластеров энхансеров Sox2 в эмбриональных стволовых клетках. eLife . (2014) 3 :e04236. doi: 10.7554/eLife.04236
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
56. Мишале X. Анализ среднеквадратичного смещения траекторий одиночных частиц с ошибкой локализации: броуновское движение в изотропной среде. Физическая версия E . (2010) 82 :041914. doi: 10.1103/PhysRevE.82.041914
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
57. Бойер Д., Дин Д.С., Мехиа-Монастерио С., Ошанин Г. Оптимальные оценки коэффициента диффузии одиночной броуновской траектории. Физическая версия E . (2012) 85 :031136. doi: 10.1103/PhysRevE.85.031136
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
58. Хансен А.С., Ворингер М., Гримм Дж.Б., Лэвис Л.Д., Тиан Р., Дарзак Х. Надежный модельный анализ экспериментов по отслеживанию одиночных частиц с точечной наводкой. eLife . (2018) 7 : e33125. doi: 10.7554/eLife.33125
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
59. Monnier N, Guo SM, Mori M, He J, Lénárt P, Bathe M. Байесовский подход к основанному на MSD анализу движения частиц в живых клетках. Биофиз J . (2012) 103 : 616–26. doi: 10.1016/j.bpj.2012.06.029
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
60. Monnier N, Barry Z, Park HY, Su KC, Katz Z, English BP, et al. Вывод переходной динамики переноса частиц в живых клетках. Естественные методы . (2015) 12 : 838–40. doi: 10.1038/nmeth.3483
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
61. Slator PJ, Cairo CW, Burroughs NJ. Обнаружение диффузионной неоднородности в траекториях слежения за отдельными частицами с использованием скрытой марковской модели с распространением шума измерения. ПЛОС ОДИН . (2015) 10 : e0140759. doi: 10. 1371/journal.pone.0140759
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
62. Slator PJ, Burroughs N. Скрытая марковская модель для обнаружения удержания в траекториях отслеживания одиночных частиц. биоRXiv . (2018) 275107. doi: 10.1101/275107
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
63. Blei DM, Kucukelbir A, McAuliffe JD. Вариационный вывод: обзор для статистиков. архив . (2016) 112 : 859–77. doi: 10.1080/01621459.2017.1285773
CrossRef Полный текст | Академия Google
64. Перссон Ф., Линдн М., Уносон С., Эльф Дж. Извлечение внутриклеточных диффузионных состояний и скоростей перехода из данных отслеживания одиночных молекул. Естественные методы . (2013) 10 : 265–9. doi: 10.1038/nmeth.2367
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
65. Линден М., Эльф Дж. Вариационные алгоритмы для анализа зашумленных диффузионных траекторий с несколькими состояниями. Биофиз J . (2018) 115 : 276–82. doi: 10.1016/j.bpj.2018.05.027
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
66. Masson JB, Casanova D, Türkcan S, Voisinne G, Popoff MR, Vergassola M, et al. Вывод карт сил внутри микродоменов клеточной мембраны. Phys Rev Lett . (2009) 102 :048103. doi: 10.1103/PhysRevLett.102.048103
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
67. Эль Бехейри М., Дахан М., Массон Дж. Б. InferenceMAP: отображение динамики одиночных молекул с помощью байесовского вывода. Естественные методы . (2015) 12 : 594–5. doi: 10.1038/nmeth.3441
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
68. Floderer C, Masson JB, Boilley E, Georgeault S, Merida P, El Beheiry M, et al. Микроскопия локализации отдельных молекул показывает, как белки Gag ВИЧ-1 обнаруживают места сборки мембранных вирусов в живых Т-клетках CD4 хозяина. Научный представитель . (2018) 8 :16283. doi: 10.1038/s41598-018-34536-y
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
69. Guigas G, Weiss M. Отбор проб клетки с аномальной диффузией — открытие медлительности. Биофиз J . (2008) 94 : 90–4. doi: 10.1529/biophysj.107.117044
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
70. Шкилев В.П. Кинетическая модель для экспериментов по флуоресцентной микроскопии в неупорядоченных средах, содержащих сайты связывания и препятствия. Физическая версия E . (2018) 98 :032140. doi: 10.1103/PhysRevE.98.032140
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar
71. Krog J, Jacobsen LH, Lund FW, Wstner D, Lomholt MA. Выбор байесовской модели с дробным броуновским движением. J Stat Mech Theory Exp . (2018) 2018 :093501. doi: 10.1088/1742-5468/aadb0e
CrossRef Full Text | Google Scholar
72. Бойер Д., Дин Д.С., Мехиа-Монастерио С., Ошанин Г. Об эргодических методах наименьших квадратов обобщенного коэффициента диффузии для дробного броуновского движения. Биофиз J . (2013) 87 :030103. doi: 10.1103/PhysRevE.87.030103
CrossRef Полный текст | Google Scholar
73. Робсон А., Беррейдж К., Лик М.С. Вывод диффузии в одиночных живых клетках на уровне одной молекулы. Philos Trans R Soc B Biol Sci . (2012) 368 :20120029. doi: 10.1098/rstb.2012.0029
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
74. Хеллманн М., Клафтер Дж., Херманн Д.В., Вайс М. Проблемы определения аномальной диффузии в скученных жидкостях. J Phys Condens Matter . (2011) 23 :234113. doi: 10.1088/0953-8984/23/23/234113
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
75. Magdziarz M, Weron A, Burnecki K, Klafter J. Дробное броуновское движение по сравнению со случайным блужданием в непрерывном времени: простой тест для субдиффузионной динамики. Phys Rev Lett . (2009) 103 :180602. doi: 10.1103/PhysRevLett.103.180602
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
76. Кондамин С., Бенишу О., Техедор В., Войтурье Р., Клафтер Дж. Время первого прохождения в сложных масштабно-инвариантных средах. Природа . (2007) 450 : 77–80. doi: 10.1038/nature06201
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
77. Кондамин С., Техедор В., Войтуриес Р., Бенишу О., Клафтер Дж. Исследование микроскопических источников ограниченной субдиффузии с помощью наблюдений первого прохождения. Proc Natl Acad Sci USA . (2008) 105 : 5675–80. doi: 10.1073/pnas.0712158105
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
78. Thapa S, Lomholt MA, Krog J, Cherstvy AG, Metzler R. Байесовский анализ данных отслеживания одной частицы с использованием алгоритма вложенной выборки: выбор модели максимального правдоподобия применяется к данным стохастической диффузии. Физ Хим Хим Физ . (2018) 20 :29018–37. doi: 10.1039/C8CP04043E
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
79. Weber SC, Thompson MA, Moerner WE, Spakowitz AJ, Theriot JA. Аналитические инструменты для выявления влияния ошибки локализации, локализации и эластичности среды на автокорреляционную функцию скорости. Биофиз J . (2012) 102 : 2443–50. doi: 10.1016/j.bpj.2012.03.062
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
80. Вестергаард К.Л., Блейни П.С., Фливбьерг Х. Оптимальная оценка коэффициентов диффузии по траекториям одиночных частиц. Физическая версия E . (2014) 89 :022726. doi: 10.1103/PhysRevE.89.022726
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
81. Амитай А. Конфигурация хроматина влияет на динамику и распределение временно взаимодействующего белка. Биофиз J . (2019) 114 : 766–71. doi: 10.1016/j.bpj.2017.12.037
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
82. Hansen AS, Amitai A, Cattoglio C, Tjian R, Darzacq X. Управляемая ядерная разведка повышает эффективность поиска целей CTCF. биоRXiv . (2018) 495457. doi: 10.1101/495457
PubMed Abstract | CrossRef Full Text
83. Türkcan S, Alexandrou A, Masson JB. Схема байесовского вывода для извлечения диффузионных и потенциальных полей из ограниченных траекторий одиночных молекул. Биофиз J . (2012) 102 : 2288–98. doi: 10.1016/j.bpj.2012.01.063
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
84. Masson JB, Dionne P, Salvatico C, Renner M, Specht CG, Triller A, et al. Картирование энергетических и диффузионных ландшафтов мембранных белков на клеточной поверхности с использованием изображений одиночных молекул высокой плотности и байесовского вывода: применение к многомасштабной динамике глициновых рецепторов в нейронной мембране. Биофиз J . (2014) 106 : 74–83. doi: 10.1016/j.bpj.2013.10.027
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
85. Мартин Д.С., Форстнер М.Б., К.С. Дж.А. Кажущаяся субдиффузия, присущая отслеживанию одиночных частиц. Биофиз J . (2002) 83 : 2109–17. doi: 10.1016/S0006-3495(02)73971-4
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
86. Chenouard N, Smal I, de Chaumont F, Maka M, Sbalzarini IF, Gong Y, et al. Объективное сравнение методов отслеживания частиц. Естественные методы . (2014) 11 : 281–9. doi: 10.1038/nmeth.2808
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
87. Сейдж Д., Фам Та, Бэбкок Х., Люкс Т., Пенго Т., Чао Дж. и др. Бойцовский клуб сверхвысокого разрешения: оценка программного обеспечения для 2D- и 3D-микроскопии локализации одиночных молекул. Естественные методы . (2019) 16 : 387–95. doi: 10.1101/362517
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
88. Muñoz-Gil G, Volpe G, Garcia-March MA, Metzler R, Lewenstein M, Manzo C. AnDi: проблема аномальной диффузии. архив Xiv. (2020) ArXiv:2003.12036 .
Google Scholar
[PDF] Супердиффузионное движение доменов C2, нацеленных на мембрану
title={Супердиффузионное движение доменов C2, нацеленных на мембрану}, автор = {Грейс Кампаньола и Канти Непал и Брайс В. Шредер и Олве Б. Пирсен и Диего Крапф}, журнал={Научные отчеты}, год = {2015}, громкость={5} }
Grace Campagnola, Kanti Nepal, D. Krapf
Опубликовано 11 июня 2015 г.
Biology
Scientific Reports
Мембрано-направленные домены играют решающую роль в рекрутировании сигнальных молекул плазматической мембраны. Для большинства периферических белков белок-мембранное взаимодействие носит временный характер. Было замечено, что после отделения белков от мембраны они снова связываются после коротких перемещений в объеме раствора. Такие мембранные скачки могут иметь большое значение для эффективности реакций на мембранах. Мы изучаем диффузию доменов C2, нацеленных на мембрану, с помощью отслеживания отдельных молекул…
Просмотр в PubMed
nature.com
Аномальная диффузия сигнальных белков периферической мембраны из моделирования молекулярной динамики всех атомов.
Мультимикросекундное моделирование двух регуляторных доменов, домена C2 и домена гомологии плекстрина (PH), в их экспериментально определенной конфигурации, связанной с липидным бислоем, выявило общие черты с диффузией молекул липидов в липидных бислоях, что позволяет предположить что двумерное движение белковых доменов, связанных с поверхностью мембраны, модулируется вязкоупругой природой липидного бислоя.
Динамические взаимодействия между мембранным связывающим белком и липидами индуцируют колеблющуюся диффузионность
Eiji Yamamoto, Takuma Akimoto, A. Kalli, K. Yasuoka, M. Sansom
Biology
Ncience
4 9000
Ncience
4 9000
Ncience
4 9000
Ncience. работа раскрывает два диффузионных свойства домена PH, связанного с поверхностью мембраны, содержащей PIP, с использованием моделирования молекулярной динамики и предоставляет доказательства того, что сложность белок-липидных взаимодействий играет решающую роль в диффузии белков на поверхности биологических мембран.
Вычислительные и теоретические подходы к изучению белка распознавания липидов на биологических мембранах
Вычислительные и теоретические подходы к исследованию молекулярных деталей взаимодействий и динамики модуля распознавания липидов, домена гомологии плекстрина (PH), на биологических мембранах некоторые способы мембранной локализации и взаимодействия доменов PH с мембранами в дополнение к каноническому способу связывания.
Одномолекулярная силовая спектроскопия белково-мембранных взаимодействий
Lu Ma, Yiying Cai, Yongli Zhang
Biology, Chemistry
bioRxiv
2017
A single-molecule force spectroscopy approach to quantify membrane binding of C2 domains in Syt1 and Extended Synaptotagmin-2 (E -Syt2) и может широко применяться для изучения белково-мембранных взаимодействий.
Поиск и подрыв: минималистские бактериальные фосфатидилинозитол-специфические ферменты фосфолипазы C.
М. Робертс, Х. Хан, Р. Гольдштейн, Н. Рейтер, А. Гершенсон
Биология, химия
Химические обзоры
2018
Этот инструментарий легко применим к другим белкам периферических мембран, включая ортологи в грамотрицательных бактериях и недавно открытые эукариотические минималистские PI-PLC.
Аномальная субдиффузия в живых клетках: преодоление разрыва между экспериментами и реалистичными моделями с помощью совместных задач
Максим Ворингер, И. Изеддин, К. Фавар, Хьюг Берри
Биология
Границы физики
2020
Дан краткий обзор существующих методов, используемых для анализа аномальной диффузии в клетках, и совместная задача по содействию разработке современных алгоритмов анализа. предлагается.
Вращательная динамика трансмембранных доменов играет важную роль в пептидной динамике вирусного слияния и белков, образующих ионные каналы — исследование с помощью молекулярно-динамического моделирования
Chia-Wen Wang, W. Fischer
Биология
Вирусы
2022
уменьшается для канальных пептидов с увеличением количества мономеров, образующих олигомерное состояние, что предполагает энтропийный штраф за олигомеризацию для последних.
Молекулярное движение и трехмерная наномасштабная локализация киндлина, контролирующего активацию интегрина в фокальных спайках
Thomas Orré, Adrien Joly, G. Giannone
Biology
bioRxiv
2020
Показано, что домен диффузии-в-мембраны-интеграции плексстрина способствует гомологии киндлина-в-слоя необходим для обогащения киндлина и функционирования в ЖК.
Самосборка липидных рафтов, выявленная с помощью флуоресцентной корреляционной спектроскопии в живых клетках рака молочной железы живых клеток рака молочной железы и показали, что повышенная доля медленной субдиффузии В-субъединицы холерного токсина, связывающего GM1, сопровождалась увеличением жидкостно-упорядоченного домена во время индуцированного β-эстрадиолом слияния холестериновых рафтов.
Выяснение происхождения гетерогенной аномальной диффузии в цитоплазме клеток млекопитающих.
Сравнение с моделированием показывает, что все экспериментальные наблюдения могут быть полностью описаны прерывистым дробным броуновским движением, чередующимся между двумя состояниями различной подвижности.
ПОКАЗАНЫ 1-10 ИЗ 63 ССЫЛОК
СОРТИРОВАТЬ ПОРелевантности Наиболее влиятельные документыНедавность
Диффузия отдельных молекул мембраносвязанных белков: окно в липидные контакты и динамику бислоя.
J. Knight, Michael G. Lerner, Joan G Marcano-Velázquez, R. Pastor, J. Falke
Biology, Chemistry
Biophysical Journal
2010 Single
PH домен: новое понимание реакции стыковки мембран.

Дж. Найт, Дж. Фальке
Биология, химия
Биофизический журнал
2009

Развитие аномальной диффузии среди белков краудинга

M. Horton, F. Hofling, Joachim O. Rádler, T. Franosch
Biology
2010

Систематическое исследование, в котором белки, связанные с поддерживаемыми липидными мембранами, свободно диффундируют в двух измерениях, но все более затруднено присутствием других подобных белков, чтобы исследовать начало аномальной диффузии.

Повторный взгляд на латеральную подвижность белков в жидких мембранах

В этой работе показано, что для нескольких интегральных белков, охватывающих широкий диапазон размеров, коэффициент диффузии тесно связан с размерами белка.

Боковая мембранная диффузия, модулируемая минимальной актиновой корой.

Fabian Heinemann, S. Vogel, P. Schwille
Biology
Biophysical Journal
2013

Эргодические и негритянские процессы Coexiste 9099

ERGODIC и негр. эргодический и неэргодический процессы сосуществуют в плазматической мембране, и что когда клетку обрабатывают препаратами, ингибирующими полимеризацию актина, диффузионный паттерн каналов Kv2. 1 восстанавливает эргодичность.
Механизмы, лежащие в основе аномальной диффузии в плазматической мембране.
Сборка мембраносвязанных белковых комплексов: обнаружение и анализ с помощью диффузии одиночных молекул.
B. Ziemba, J. Knight, J. Falke
Биология, химия
Биохимия
2012
Настоящие результаты позволяют предположить, что одиночная молекула обеспечит важный инструмент для измерения диффузии на поддерживаемом бислое Двухмерные реакции диффузии и сборки, управляющие образованием разнообразных связанных с мембраной комплексов, включая ключевые комплексы из критических сигнальных путей.
Переход к супердиффузионному поведению во внутриклеточном транспорте на основе актина, опосредованном молекулярными моторами.
Л. Бруно, В. Леви, М. Брунштейн, М. Деспозито
Биология
Обзор физического состояния. E, Статистическая, нелинейная физика и физика мягкого вещества
2009
что среднеквадратичное смещение меланосом претерпевает переход от субдиффузионного к супердиффузионному поведению.

Супердиффузионные мембраны: Супердиффузионные мембраны Grand Line – фото и описание в каталоге Grand Line на официальном сайте

ONDUTIS: Супердиффузионные мембраны Ондутис SA

Особенности гидро-ветроизоляционного паропроницаемого материала Ондутис SА:

Разновидности гидро-ветроизоляционного паропроницаемого материала Ондутис SА:

Супердиффузионные мембраны Folder

Какую супердиффузионную мембрану выбрать?

Мембрана супердифузионная: сведения

Предназначение пароизоляционной продукции

Преимущества подкровельной пленки

Что нужно учитывать при выборе материала

всё про ремонт и обустройство жилья

Нюансы выбора супердиффузионных мембран

Виды мембран

Мембраны Ондутис

Какой вред наносит влага

Что такое супердиффузионная мембрана

Какую мембрану выбрать для дома?

Свойства супердиффузионных мембран:

Супердиффузионные и диффузионные мембраны

Мембрана супердиффузионная: применение, разновидности, особенности монтажа

Общая информация о товаре

Виды диффузионных мембран

Особенности монтажа

Супердиффузионное движение доменов C2, нацеленных на мембрану

Abstract

Введение

Результаты

Диффузия белков, нацеленных на мембрану, на поддерживаемых липидных бислоях

Численное моделирование: диффузия при наличии объемных отклонений

Анализ МСД

Обсуждение

Методы

Буфер для визуализации

Получение фосфолипидных везикул

Приготовление покровных стекол и липидных бислоев на подложке

Экспрессия и очистка C2A и GST-C2A

Маркировка белков

Визуализация

Обработка изображений и отслеживание отдельных частиц

Дополнительная информация

Ссылки

Благодарности

Информация об авторе

Авторы и организации

Contributions

Заявление об этике

Конкурирующие интересы

Дополнительные электронные материалы

Дополнительное видео S1

Права и разрешения

Об этой статье

Эту статью цитирует

Молекулярное движение и трехмерная наноразмерная локализация киндлина контролируют активацию интегрина в очаговых спайках

Нарушение эргодичности на поверхности нейронов возникает в результате случайного переключения между диффузными состояниями.

Количественная оценка неэргодичности аномальной диффузии с моментами более высокого порядка

Комментарии

Супердиффузионное движение доменов C2, нацеленных на мембрану

Принадлежности

Авторы

Принадлежности

Абстрактный

Цифры

Похожие статьи

Цитируется

использованная литература

Типы публикаций

термины MeSH

вещества

Грантовая поддержка

для крыш, стен и полов.

Что это и для чего?

Основные характеристики

Сравнение с другими материалами

Лучшие производители

Советы по выбору

Нюансы монтажа

Супердиффузионное движение доменов C2, нацеленных на мембрану.

4 где имеем

Аномальная субдиффузия в живых клетках: преодоление разрыва между экспериментами и реалистичными моделями посредством совместных задач

1. Введение