计算电生理学-讲解

计算电生理学（CompEL）方法可用于模拟通过膜通道的离子通量，这些离子通量是由跨膜电位或离子浓度梯度驱动的。就像在真实的细胞中一样，Δq来建立跨膜电位。不平衡的电荷与膜电容一起决定了电位差ΔU

跨膜电场与浓度梯度由mdp选项控制，允许用户设置膜两侧的参考离子数。如果离子的实际数目与参考数目不同，并且这种情况持续的时间超过了用户指定的时间间隔，程序会交换腔室之间的一些离子/水对，直到离子数目恢复参考数目。除了计算通道电导和离子选择性，CompEL 模拟也可用于确定通道的反转电位，它是电生理学实验中获得的重要表征参数。

设置 CompEL 时，模拟系统被划分为两个腔室 A 和 B，其中的离子浓度是独立的，互不相关。构建体系的最好方法是使用两个双层系统，每个双层都包含一个（或多个）感兴趣的通道/孔（图 A，B）。如果通道轴的指向相同，这样就可以在正电位和负电位的情况下同时观察通道通量，这对一些研究，如通道整流非常重要。

使用gmx potential工具可以很容易地计算跨膜电位差 ΔU。这样，在模拟的每个时间段都可以精确地知道沿z轴或孔隙轴方向的电位降（图C）。在模拟过程中，对穿过通道的电荷为qi的离子ni，其类型和数目都会写入 swapions.xvg 输出文件中。利用此文件，可以确定每个时间段 Δt内平均的通道电导G:

离子选择性可通过不同种类离子数目通量的比值来计算。要获得最佳结果，需要对多个重叠时间段内的值进行平均。反转电位的计算最好是利用一系列小的模拟，每个模拟使用较小但强度变化的离子不平衡性来产生给定的跨膜浓度梯度。例如，如果一个腔室含有1M浓度的盐，另一个腔室的浓度为 0.1 M，其余部分保持电中性，可以使用 Δq=0e，Δq=2e，Δq=4e 的一系列模拟。对获得的零电流附近的所有I-U对，利用电流电压关系进行线性拟合就可以得到 Urev。

用于 CompEL 模拟的典型双膜设置（A，B）。根据需要，会在黑色虚线周围的两个浅蓝色区域之间进行离子/水分子交换（A）。

图（C）显示了腔室之间因选定的电荷不平衡 Δqref而产生的电位差 Δ𝑈.