膜蛋白分子扩散运动模型

从单分子追踪(SPT)技术获得的单分子轨迹中，可以计算单分子扩散的均方位移（MSD：mean square displacement），一般说来，该均方位移是单分子三维扩散运动的函数，我们这里只介绍二维扩散运动（膜运动）的形式。

根据MSD的不同，一般使用五种运动模型来描述膜蛋白的运动形式，分别是：

1）  稳态模型，也就是在观察时间内，蛋白分子几乎没有运动，在数量上定义为扩散系数D小于4.6X10^-12cm²/s，如图中的A所示。

2）  布朗运动，蛋白分子进行简单地布朗运动，这种情况下，MSD-t曲线是一条直线，如图中的B所示。

3）  直线扩散运动，分子以一个固定的速度沿着某个固定的方向进行扩散运动，同时叠加一个随机的扩散运动，，如图中的C所示。

4）  受限运动，这时分子是在一个受限的区域内进行布朗运动。直观地说，当膜蛋白陷在某个膜区内时，就会发生这种扩散运动，比如由蛋白骨架设定的膜区，如图中的D所示。这种情况下，我们通过对MSD曲线的拟合，可以获得模糊系数D、运动速度和约束区间尺度等重要信息。

5）  障碍扩散，这时蛋白分子的扩散运动受到周围其它障碍物的影响，而随着障碍物的不同，这种扩散也呈现出不同的运动轨迹，如图中的E、F所示。

应该注意到，上述是基于统计意义上的五种蛋白分子扩散运动分类模型，而实际上，由于所处细胞环境的复杂性和不断变化，分子往往呈现几种运动模型的混合状态。