Anomalous phospholipid subdiffusion in compartmentalized cell membrane and the mathematical model of the time-dependent diffusion coefficient

Abstract

Recent experimental data on an anomalous diffusion of phospholipids in compartmentalized cell membrane are analysed. A new mathematical model of passive transport with the time-dependent diffusion coefficient is proposed. The model with the step-type asymptotical dependence of the diffusion coefficient is applied to a concrete example, and a correspondence between the experimental and theoretical results is shown. The random distribution of immobilized obstructions as well as the membrane skeleton meshwork offer a theoretical basis for modifying the available models of transport and thus for refining the diffusion model. The experimentally obtained time-dependend coefficient of diffusion is shown to agree with the proposed theoretical model.

Eksperimento metu, analizuojant fosfolipidų difuziją sekcionuotoje ląstelės membranoje, pastebėtas nuokrypis nuo klasikinės difuzijos. Pasiūlytas naujas matematinis modelis su nuo laiko priklausančiu difuzijos koeficientu. Nagrinėjamas konkretus šio modelio taikymas su laiptelio tipo asimptotine difuzijos koeficiento priklausomybe bei aptartas jo ir eksperimentinių rezultatų atitikimas. Atsitiktinis nejudančių sklaidos centrų pasiskirstymas ląstelėje, taip pat membranos skeletono tinklelis gali sudaryti teorinę prielaida modifikuoti atitinkamą transporto modelį ir atitinkamą difuzijos lygtį. Rezultatai rodo, kad eksperimento metu gauta difuzijos koeficiento priklausomybė nuo laiko derinasi su straipsnyje pasiūlytu teoriniu modeliu.