Collective dynamics of active cytoskeletal networks
自组织机制对于细胞骨架适应活细胞的要求是必不可少的。它们依赖于细胞骨架丝、交联蛋白和分子马达之间复杂的相互作用。在这里，我们提出了一个体外极小模型系统，由肌动蛋白丝，肌成束蛋白和肌球蛋白-II丝表现出脉动集体长程动力学。在高动态稳定状态的活性凝胶的重组的特征在于交替周期的运行和失速导致网络的成分的超扩散动力学。它们由网络中交联分子和运动丝的复杂竞争主导：只有当肌球蛋白II丝与肌动蛋白网络结合的相对强度允许施加足够高的力来解开肌动蛋白/肌束蛋白交联时，才能观察到集体动力学。结构形成和动力学之间的反馈可以通过将这些实验与基于简单相互作用规则的唯象模拟相结合来解决。
2011-05-23 physics.bio-ph q-bio.SC
Traffic by small teams of molecular motors
分子马达沿着细胞骨架丝运输各种货物，类似于公路上的卡车。然而，与交通工具不同的是，分子马达不是单独工作，而是以小团队的形式工作。我们描述了一个简单的模型，由一组发动机和两组发动机运输货物，这两组发动机向相反的方向行驶。我们在体外实验中观察到，一组马达的合作产生了长距离运输。两组马达的运输导致各种双向运动行为和动态不稳定性，使人想起自发对称性破缺。我们还讨论了货物运输队的电机允许细胞产生强大的远程双向运输。
2008-07-07 cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Movements of molecular motors: Ratchets, random walks and traffic phenomena
驱动细胞内细胞器运输的进行性分子马达沿着细胞骨架丝定向运动。在大的时间尺度上，它们进行运动行走，即，特殊的随机游动，它是由纤维的反复解开和重新结合而产生的。无约束马达在周围流体中执行布朗运动。此外，分子马达的交通表现出许多合作现象。特别是，它面临着与街道上的交通类似的问题，例如交通堵塞的发生和（双向）交通的协调。这些问题在这里进行了研究，理论上使用晶格模型。
2005-02-22 cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Phase transitions in systems with two species of molecular motors
利用驱动格子气模型，从理论上研究了两种活性分子马达在（细胞骨架）细丝上向相反方向运动的系统。马达可以从细丝上解开和重新绑定。如果两个马达属于同一物种，它们更有可能在相邻的细丝位点上结合。这些系统表现出（一）连续相变的状态与自发破缺对称性，其中一个电机的物种在很大程度上被排除在灯丝，（二）滞后的总电流变化后的相对浓度的两个电机的物种，和（iii）共存的交通车道与相反的方向在多灯丝系统。这些理论预测应该是实验上可以达到的。
2004-02-06 cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Filament depolymerization by motor molecules
与细胞骨架丝末端特异性相互作用的马达蛋白可诱导细胞骨架丝解聚。这一过程的唯象描述。我们表明，在一定条件下，电机动态积累在灯丝端。我们比较两个微观模型的唯象描述的模拟。解聚速率可以表现出最大值和动态不稳定性作为批量电机密度的函数进行解聚。我们讨论了我们的结果与Kin-13家族马达蛋白的实验研究。
2005-01-24 q-bio.SC
Walks of molecular motors in two and three dimensions
与细胞骨架丝相互作用的分子马达经历由沿着丝的定向运动和在周围溶液中的扩散运动的交替序列组成的奇特的随机行走。一个合奏的电机进行了研究，与一个单一的灯丝在二维和三维的相互作用。的概率分布的时间演化的绑定和未绑定的电动机确定解析。平行于灯丝，马达的扩散强烈增强。解析表达式与蒙特卡罗模拟的结果吻合得很好。
2002-03-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Distribution of lifetimes of kinetochore-microtubule attachments: interplay of energy landscape, molecular motors and microtubule (de-)polymerization
在一个细胞分裂成两个子细胞之前，染色体进行复制，导致两个姐妹染色体相互拥抱。每个姐妹染色体都与一个单独的蛋白质结构结合，称为动粒（kt），它捕获了一个丝状蛋白质的尖端，称为微管（MT）。两个方向相反的MT拉动附着在两个姐妹染色体上的两个KT，从而将两个姐妹染色体彼此拉开。在这里，我们从理论上研究一个更简单的系统，即一个孤立的KT耦合到一个单一的MT，该系统模拟了{ \it在体外}实验，其中一个单一的kt-MT附件使用从芽殖酵母纯化提取物重建。我们的模型不仅解释了实验观察到的kt-MT耦合的“捕获键样”行为，而且还对附件的寿命的概率分布做出了新的预测。原则上，我们的新预测可以通过分析{ \it in-vitro}实验中收集的数据进行测试，前提是实验重复足够多的次数。我们的理论提供了一个深刻的洞察到（a）大小，（b）能量学，和（c）随机动力学的kt-MT耦合对这些附件的寿命分布的影响。
2014-03-24 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Michaelis-Menten at 100 and allosterism at 50: driving molecular motors in a hailstorm with noisy ATPase engines and allosteric transmission
细胞骨架马达蛋白通过催化ATP水解转化输入的化学能在丝状轨道上移动。ATP酶位点类似于发动机，ATP的水解类似于化学燃料的燃烧。此外，电动机的一部分的功能作用类似于由轴、齿轮、离合器等组成的汽车的传动系统。发动机的操作本质上是“嘈杂的”，电动机在水介质中面临分子“冰雹”。在这篇纪念文章中，我们庆祝Michaelis和Menten 1913年具有里程碑意义的论文发表一百周年以及Monod等人发表五十周年。的经典论文，1963年通过强调其相关性，在解释运作机制的引擎和传输系统，分别细胞骨架马达。
2017-05-30 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.SC
Traffic of Molecular Motors
分子马达沿着细胞骨架丝进行主动运动，并驱动细胞器和其他货物颗粒在细胞中的运输。然而，与汽车的宏观交通相反，分子马达的交通特征在于有限的行走距离（或运行长度），之后马达从它移动的细丝上解开。未结合的马达在周围的水溶液中进行布朗运动，直到它们重新结合到细丝上。我们使用驱动格子气模型的变体来描述它们的主动运动，未绑定的扩散和绑定/未绑定的动态的相互作用。如果电机的浓度是大的，电机电机的相互作用变得重要，并导致各种合作的交通现象，如交通堵塞的细丝，边界诱导的相变，和自发对称性破缺系统中的两种电机。如果灯丝被大的马达储存器包围，则堵塞长度，即，交通堵塞的程度与步行距离相当。更长的堵塞可以在受限的几何形状中找到，例如管状隔室。
2005-12-06 cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Requirements for contractility in disordered cytoskeletal bundles
肌动球蛋白收缩性对于生物力的产生是必不可少的，并且在高度组织化的结构如横纹肌中被充分理解。此外，已知缺乏这种组织的肌动球蛋白束在体内和体外都能收缩，这不能用标准的肌肉模型来描述。为了缩小在这些系统中可能的收缩机制的搜索，我们调查他们的微观对称性。我们发现，收缩行为需要不同的电机，产生足够大的力量来探测F-肌动蛋白的非线性弹性行为。这表明在这些束的收缩中细丝屈曲的作用，与最近的实验结果一致重组肌动球蛋白束。
2012-01-27 physics.bio-ph q-bio.SC
Mean-field analysis of two-species TASEP with attachment and detachment
在细胞中，大部分的物质都是通过运动蛋白沿微管转运的。在生物病理学上，大量马达蛋白沿单一轨道的单向运动可以用完全不对称简单排除过程（TASEP）来描述。由此可以得到许多有意义的性质，如域壁（定义为运动蛋白沿运动轨迹的高密度和低密度的边界）和边界层的出现。然而，从生物学上看，很明显，一个单一的轨迹可能被不同的运动物种占据。因此，以往基于单一粒子种类的TASEP的研究不足以发现电机沿单一轨迹运动的更详细的特性。为了解决这个问题，TASEP与两个粒子物种在这项研究中进行了讨论。给出了计算各种粒子密度的理论方法。利用这些方法，得到了与相变有关的粒子密度的性质。我们的分析表明，单粒子密度的畴壁和边界层总是与总粒子密度的畴壁和边界层同时出现。总粒子密度的畴壁高度等于单个粒子密度的总和。给出了典型模型参数的相图。本研究所提出的方法可推广应用于分析具有更多粒子种类的TASEP。
2015-03-05 q-bio.SC
Memory, Bias and Correlations in Bidirectional Transport of Molecular Motor-driven Cargoes
分子马达是一种特殊的蛋白质，它在细胞骨架丝上进行主动的、定向的细胞货物运输。在许多情况下，由马达蛋白提供动力的货物运动被发现是双向的，并且可以被看作是有偏的随机行走，其中快速的单向运行穿插有缓慢的“拔河”状态。这种行走的统计特性尚不清楚，在这里，我们研究记忆和偏见，以及双向运输中连续运行之间的方向相关性。我们表明，使用一个纯粹的随机（拔河）模型的货物的方向反转概率的研究的基础上，细胞货物的双向运动是，在一般情况下，相关的随机行走。特别是，虽然由两个反向牵引电机驱动的货物的运动是马尔可夫随机行走，但当多个电机沿一个或两个方向牵引货物时，方向记忆出现。在后一种情况下，潜在的单电机过程的马尔可夫性质是隐藏的退化运行和暂停状态的货物之间的内部转换。有趣的是，记忆被发现是一个非单调的函数的电机数量。拔河模型的随机数值模拟支持我们的数学结果，并将其扩展到生物相关的情况。
2013-09-19 cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Rheology of mixed motor ensembles
生物细胞的流变性不仅由其细胞骨架网络决定，而且还由交联和收缩它们的分子马达决定。最近发现，在非肌肉细胞中肌球蛋白II分子马达的组装是快马达变体和慢马达变体的混合物。使用计算机模拟和分析平均场理论的肌球蛋白II马达的一个crossbridge模型，在这里，我们表明，这样的电机合奏有效地表现为积极的麦克斯韦元素。我们计算的存储和损耗模量作为模型参数的函数，并表明，从粘性到弹性的流变性能交叉作为一个增加的比率，慢到快的电机。这表明细胞通过调节肌球蛋白组装体的组成来调节其机械特性。
2020-07-10 cond-mat.soft q-bio.SC
Strength and stability of active ligand-receptor bonds: a microtubule attached to a wall by molecular motor tethers
我们开发了一个随机动力学模型的一个预先形成的附件的微管（MT）与细胞皮质，其中的MT是拴系到细胞的一组活跃的马达蛋白。这种连接是配体-受体键的一种特别独特的情况：MT配体通过聚合-解聚动力学随时间改变其长度（从而改变结合位点），而多个运动受体倾向于沿着MT长度主动行走。这些过程，结合力介导的马达的解绑，导致MT连接到细胞皮层的复杂行为。我们目前的结果的强度和寿命的系统，通过完善的力钳和力斜坡协议时，外部张力施加到MT。模拟结果表明，MT细胞附着行为作为一个捕捉债券或滑移债券取决于系统参数。我们提供了分析近似的寿命和讨论的影响，我们的结果在体外实验。
2017-08-20 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.SC
Muscle contraction and the elasticity-mediated crosstalk effect
分子马达的协同作用对许多细胞过程是必不可少的。一个可能的调节器的运动协调是弹性介导的串扰（EMC）肌球蛋白II马达之间的耦合，其起源是拉伸应力，它们共同产生的肌动蛋白丝。在这里，我们使用统计力学分析，以调查的影响，EMC效应的肌节-骨骼肌的基本收缩单位。我们表明，EMC效应导致的附件位于肌节的末端附近的电机的概率增加，而同时，在中央部分的电机的附件概率降低。这种极化的附着可能性会损害马达有效合作的能力。有趣的是，这种不希望出现的现象变得显着，只有当系统的大小超过了骨骼肌中的肌节，这提供了一个解释的显着缺乏肌节的变化在脊椎动物。我们研究的另一个现象是最近观察到的电机的占空比随着肌肉张力的增加而增加。我们发现，著名的希尔肌肉收缩方程是非常密切相关的这一观察。
2013-05-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Microtubule length dependence of motor traffic in cells
在活细胞中，运动蛋白，如驱动蛋白和动力蛋白，可以沿着微管（MT）运动，也可以与微管分离或附着。实验发现，机动车的交通可能会堵塞，并设计了各种理论模型来理解这种交通堵塞现象。但以往的研究主要集中在运动附着/脱离率依赖性方面。Leduc { \it et al.}的最新实验发现运动蛋白驱动蛋白的交通堵塞形成也取决于MT的长度[Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. { \bf 109}，6100-6105（2012）]。在这项研究中，MT长度依赖于机动车交通的属性进行了分析。我们发现MT长度有一个{ \it临界值} $N_c$，只有当MT长度为$N>N_c$时才发生交通阻塞。MT的阻塞长度随MT总长度的增加而增加，而非阻塞MT长度可能不随MT总长度单调变化。临界值$N_c$随着运动从MT的脱离率而增加，但随着运动到MT的附着率而减小。
2012-05-18 physics.bio-ph q-bio.SC
Tug-of-war as a cooperative mechanism for bidirectional cargo transport by molecular motors
细胞内运输是以分子马达为基础的，分子马达沿着细胞骨架丝拉动货物。一种运动蛋白总是在一个方向上运动，例如，传统的驱动蛋白运动到微管正端，而细胞质动力蛋白运动到微管负端。然而，许多细胞货物被观察到双向移动，涉及正端和负端定向电机。这种双向运输的最简单的机制可能是由两种运动物种之间的拔河比赛提供的。理论上研究了这种机制，使用在单分子实验中测得的单个电机的负载依赖性的传输特性。与以前的预期相反，这样的拔河被认为是高度合作的，并表现出七种不同的运动机制，这取决于单个电机参数的精确值。细胞可以利用运输过程对小参数变化的敏感性来调节其货物运输。
2008-07-03 q-bio.SC
Oscillations in molecular motor assemblies
生物系统中的自主振荡可能具有生物化学起源，或者是力产生元件和粘弹性元件之间的相互作用的结果。在分子马达组件中，力产生元件是分子发动机，粘弹性元件是刚性细胞骨架聚合物。导致振荡的物理机制取决于组件的特定架构。现有的模型可以分为两个不同的类别：延迟力激活和异常力-速度关系的系统。我们讨论这些系统的相平面分析已知的动态系统理论，并通过采用控制理论的方法，奈奎斯特稳定性准则。
2005-09-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Large-scale chirality in an active layer of microtubules and kinesin motor proteins
在生物体早期发育过程中，左右侧化的形成需要一个微妙的机制，因为它与其他主体轴有关。卵细胞中任何固有的手性特征原则上都能触发这种手征对称性的自发破缺。单个微管，主要的细胞骨架丝，被称为手性对象。然而，到目前为止，还没有令人信服的证据表明微管的分子性质与大尺度手性之间存在层次性联系，特别是在整个细胞的长度尺度上。在这里，我们组装一个体外活性层，由微管和驱动蛋白马达蛋白，在玻璃表面上。在包含甲基纤维素，层状系统表现出一个远程的活动的双相，其特征在于由滑动MT的全球对齐。这一阶跨越整个系统的大小在毫米范围内，值得注意的是，允许隐藏的集体手性出现逆时针全球旋转的积极MT层。我们的理论模型的基础上的分析表明，新兴的全球性的微生物学秩序的结果从本地对齐的MT，稳定的甲基纤维素。这也表明，全球旋转来自于MT的内在曲率，导致优先的手性。鉴于其灵活性，这种分层的体外细胞骨架系统使研究膜蛋白的行为负责重要的细胞发育过程。
2018-04-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Transport by molecular motors in the presence of static defects
本文从理论上研究了静态缺陷下分子马达沿细胞骨架丝的运输。单电机的运动被描述为沿着灯丝的有偏随机行走以及绑定到灯丝和从灯丝解绑定。三种基本类型的缺陷进行了区分，这不同于正常的灯丝网站，只有在一个电机的过渡概率。步进缺陷与减少的概率向前步骤和未绑定缺陷与增加的概率电机未绑定强烈降低的速度和运行长度的电机与缺陷密度增加。对于通过单个马达的运输，马达结合的概率降低的结合缺陷对运输性质具有相对小的影响。对于由马达队进行的货物运输，结合缺陷也改变了货物颗粒的有效解结合率，并且预计具有更强的影响。
2009-05-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Effective behavior of cooperative and nonidentical molecular motors
有效漂移，扩散率，运行时间和运行长度的分析公式推导出的细胞内运输系统组成的货物连接到两个合作，但不相同的分子马达（例如，驱动蛋白-1和驱动蛋白-2），可以每个连接和脱离微管。电机和货物在每个阶段的动力学由随机微分方程控制，开关速率取决于电机和货物的空间配置。该系统是在一个限制下分析的，其中分离的电机具有比货物更快的动态，而货物又具有比连接的电机更快的动态。相对于空间动力学，附着和分离速率也被认为是缓慢的。通过应用迭代随机平均到这个系统中，并使用更新奖励理论缝合在一起的进展，在每个切换阶段，我们得到明确的解析表达式的有效漂移，扩散率，和加工的汽车货物系统。我们的方法特别考虑了在附着和分离事件期间发生的电机货物位置的跳跃，因为货物跟踪变量由于平均快速尺度而进行快速调整。的渐近公式是在一般良好的协议与直接随机模拟的详细模型的基础上的实验参数为各种配对的驱动蛋白-1和驱动蛋白-2下协助，阻碍，或没有负载。
2021-01-21 math.PR q-bio.SC
Self-organized lane-formation in bidirectional transport of molecular motors
在细胞内，囊泡和蛋白质沿着细胞骨架丝活跃地运输几微米。沿着微管的运输是由动力蛋白和驱动蛋白马达推动的，它们以相反的方向运送货物。即使在强限制下，例如在轴突中，双向细胞内运输也以很高的效率进行。对于这类输运系统，一般会期望形成团簇形成。在这项工作中，我们讨论了最近观察到的自我增强的结合亲和力沿驱动蛋白的轨迹上的MT的效果。我们引入了一个随机格子气模型，其中增强的结合亲和力是通过地板场实现的。从蒙特卡罗模拟和平均场分析，我们表明，这种机制可以导致自组织的破障和车道的形成，这确实导致有效的双向运输在狭窄的环境。
2020-02-27 physics.bio-ph q-bio.SC
Effective transport statistics for cooperative molecular motor ensembles with tether slack
The University of Scranton（斯克兰顿大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）
本文针对带松弛系绳的双分子马达集合体输运模型，修改渐近分析并提出双指数参数化方法，使理论统计与模拟结果吻合，为细胞内输运建模提供改进方案。
2026-10-14 q-bio.SC
Connecting macroscopic dynamics with microscopic properties in active microtubule network contraction
细胞骨架是一种活性物质，被分子马达蛋白质驱动而失去平衡。目前尚不清楚细胞骨架网络的集体行为是如何从网络的组成马达蛋白和细丝的性质中产生的。在这里，我们提出的实验结果稳定的微管在非洲爪蟾卵母细胞提取物，它经历自发的体积收缩驱动的马达蛋白，并调查不同的初始微管密度和长度分布的影响。我们发现，网络收缩到一个类似的最终密度，无论微管的长度或其初始密度，但收缩时间尺度与平均微管长度。为了深入了解为什么这种微观特性会影响宏观网络收缩时间，我们开发了明确表示微管和马达的模拟。模拟定性地概括了收缩时间尺度与微管长度的变化，并允许来自不同来源的应力贡献进行估计和解耦。
2017-06-30 q-bio.SC
Vesicle Translocation into Closed Constrictions as a Function of Molecular Motor Parameters
本研究通过简化囊泡转运随机模型，探索分子马达参数对树突棘内囊泡转运的影响，发现细长树突棘降低转运概率，细胞可通过调节马达参数部分补偿。
2025-10-24 q-bio.SC
Molecular Mechanisms for Microtubule Length Regulation by Kinesin-8 and XMAP215 Proteins
细胞骨架由大量的酶调节，这些酶影响细胞骨架丝的稳定性和动力学。驱动蛋白-8家族的分子马达以长度依赖的方式解聚微管，实验和理论证据表明驱动蛋白-8在微管的动态调节中起作用。然而，到目前为止，这些分子马达如何与生长的微管尖端相互作用的详细分子机制仍然难以捉摸。在这里，我们调查两个相互作用的场景驱动蛋白-8和微管尖端。我们给出了一个全面的分析制度的长度调节是可能的，以及固定长度如何取决于生化速率和各种蛋白质的体积浓度。对于一个中性的情况下，微管生长，无论微管尖端是否被分子马达占据，长度调节是可能的，只有一个狭窄的范围内的生化速率和限制到小的聚合速率。相比之下，对于抑制情况，其中在微管尖端存在马达抑制微管生长，长度调节的范围非常广泛，包括高生长速率。这些结果也适用于聚合酶，如XMAP 215和驱动蛋白-8相互排斥的微管尖端的情况。我们还研究了这两种情况下的随机动力学。而对于中性的情况下长度是严格控制的，长度动态是间歇性的抑制情况下，并表现出延长期的微管生长和收缩，让人想起微管动态不稳定。从更广泛的角度来看，在这项工作中建立的一组模型相当普遍地表明，在细胞骨架丝末端的分子的相互排斥是丝动力学和调节的一个重要因素。
2014-05-22 cond-mat.soft q-bio.SC
Multiscale modeling of exocytosis in the fertilization process
我们讨论了能够应对细胞累积胞吐作用的主要机制的多尺度生物物理化学模型的实施。该模型是基于一个扩散方程的存在下的外力，连接钙信号和生物化学相关的细胞膜为基础的蛋白马达的活动。这个多尺度模型提供了一个很好的定量的时空描述的累积胞吐测量的荧光实验装置。我们还回顾了现有的模型在文献中报道的钙波，蛋白质电机激活和动力学，胞内定向运输的囊泡。作为所提出的模型的一个例子，我们分析了在海胆卵受精的早期事件中，对多精受精的屏蔽的形成。
2016-01-04 q-bio.SC
Bidirectionality From Cargo Thermal Fluctuations in Motor-Mediated Transport
分子马达蛋白是细胞内运输的重要组成部分，通过产生力来沿着细胞骨架丝拖动货物。两种方向相反的马达（例如驱动蛋白、动力蛋白）可以附着在相同的货物上，已知这会产生双向净运动。虽然以前的工作集中在电机数量作为开关的驱动噪声源，我们提出了一种替代机制：货物扩散。本文提出了一个平均场数学模型来研究两种分子马达与货物热涨落（扩散）的机械相互作用。电机对货物速度波动的延迟响应被量化，允许完整模型减少单个“特征距离”，这是货物上净力的代理。然后发现该系统是亚稳态的，完全由于不同的定向运输状态之间的货物扩散切换。然后使用平均首次通过时间分析研究在这些状态之间切换的时间。切换时间被发现是非单调的货物的阻力，提供了一个实验测试的理论。
2016-12-27 cond-mat.soft math.DS physics.bio-ph
Stochastic modelling of collective motor protein transport through a crossing of microtubules
真核细胞中的细胞骨架起着几个至关重要的作用。在细胞内运输方面，马达蛋白使用细胞骨架丝作为骨架，它们可以沿着骨架主动运输生物货物，例如携带生化反应物的囊泡。这些细丝之间的交叉是一个关键因素，因为它们可能改变这种有效载荷的目的地。虽然已知马达蛋白在这样的交叉点上表现出丰富的行为，但后者迄今为止仅被建模为简单的分支点。在这里，我们探讨了一个模型，两个微管之间的交叉保留的个人轨道组成的原丝，我们构建了一个示意图表示的运输路径。我们研究集体运输例示的完全不对称的简单排斥过程（TASEP），并提供了一个全面的分析的运输功能和相关的相图，通过一个通用的平均场的方法，我们确认通过基于粒子的随机模拟。特别是，我们表明，通过这样一个复合交叉运输不能近似从一个简单的分支点粗粒度的结构。相反，它产生了全新的和违反直觉的特征：交通流的基本电流密度关系不再是单值函数，而且根据它是在交叉口的上游还是下游观察到的而有所不同。我们认为，这些新的功能可能是直接相关的解释实验测量。
2020-06-18 physics.bio-ph q-bio.SC
Spontaneous Oscillations of Elastic Filaments Induced by Molecular Motors
从运动性测定中微管的波浪状运动可知，马达产生的皮牛顿力足以使细丝弯曲。在细胞现象中，如细胞飞溅流，分子马达沿着细胞骨架丝移位，携带携带液体的货物。当大量这样的强制细丝通过周围的液体相互作用时，如在$Drosophila~melanogaster$中卵母细胞发育的特定阶段，观察到复杂的动力学，但它们背后的详细机制仍然不清楚。受这些观察的启发，我们在这里研究这些现象的最简单的模型：一端固定的弹性细丝，由一个分子马达作为点力处理。因为力切向作用于细丝，不管它的形状如何，这个“跟随力”问题本质上是非变分的，因此从根本上不同于欧拉屈曲，在欧拉屈曲中，力具有固定的方向，并且在低雷诺数状态下，最终导致静止的能量最小化形状。通过结合线性稳定性理论，分析研究的一个可解的简化的“两个链接”模型，和数值研究的完整的弹性流体动力学运动方程，我们阐明的Hopf分叉，发生与强迫增加的细丝，导致扑动运动类似的高雷诺数振荡的花园软管与自由端。
2017-07-07 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Stochastic simulations of cargo transport by processive molecular motors
我们使用随机计算机模拟研究运输的球形货物颗粒沿着微管样的轨道上的平面基板上的几个驱动蛋白样的加工马达。我们新开发的粘合剂电机动力学算法结合了数值积分的朗之万方程的运动与动力学规则的分子马达的球。朗之万部分包括扩散运动、牵引马达的作用以及球与壁之间的流体动力学相互作用。电机的动力学规则包括绑定到灯丝和从灯丝解除绑定以及主动电机步骤。我们发现，模拟的平均运输长度呈指数增长与绑定电机的数量，与早期的结果吻合得很好。对于用作连接器力学模型的弹簧和电缆，在电机轨道的绑定范围内的电机数量随时间波动，具有泊松分布。只有在粘度和附着时间高的情况下，才会出现在相等载荷分担意义上的协同性。
2009-12-11 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.SC
Influence of direct motor-motor interaction in models for cargo transport by a single team of motors
我们从理论上分析了排除体积之间的相互作用的影响，对多个电机驱动的货物的动力学。该模型考虑了许多共同点与其他最近提出的文献中，除了电机和电机回步之间的直接相互作用。货物被假定为遵循连续朗之万动力学，而个别电机发展以下的Monte Carlo算法的基础上实验访问的概率离散向前和向后的跳跃，附件和分离率。货物和发动机之间的连接被认为是非线性弹簧。通过数值模拟，我们计算相关的数量表征系统的动力学特性，我们比较的结果与非相互作用的电机。我们发现，相互作用导致相当相关的货物的力-速度关系的变化，与失速力的相当大的减少，也导致显着减少的运行长度。这些影响主要是由于微管中的交通样现象。考虑为电动机设置几条平行轨道可减少这种影响。然而，我们发现，对于现实的值的数量的电机和轨道的数量，相互作用的影响，对全球参数的货物运输是远远不能忽略不计的。我们的研究还提供了一个分析的相关性的电机回步的建模，和不同的假设的影响的分离率。特别是，我们讨论了这两个方面的可能性，观察在大负荷力的货物的进程回运动。
2010-12-14 physics.bio-ph q-bio.SC
Persistence of activity in noisy motor-filament assemblies
在各种自然环境中，活跃的分子马达会使长而有弹性的细丝交联并变形。这种复合材料网络的整体宏观力学响应取决于底层组分的主动和被动特性之间的耦合以及复合材料不同部分之间的非局部相互作用。在一个简单的一维系统中，使用平均场模型，它已被证明，运动活动和有限的细丝可伸展性的组合产生的持久性长度尺度上的应变衰减。在这里，我们研究了一个类似的系统，在强噪声和适度的可扩展性的互补限制，使用布朗多粒子碰撞动力学为基础的数值模拟，其中包括电机动力学和本地细丝的可扩展性之间的耦合。虽然数值模型显示偏离平均场预测，由于存在强烈的主动噪声引起的个体运动活动的变化，几个定性特征仍然保留。具体地，对于固定的马达附着和分离速率，衰减长度由被动弹性与由附着的马达产生的主动剪切阻力的比率设定。我们的研究将被动热系统中持久性的概念推广到具有可测试预测的主动驱动系统。
2015-01-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Crosstalk between non-processive myosin motors mediated by the actin filament elasticity
许多生物学过程涉及与细胞骨架相互作用的分子马达的作用。有些过程，如货物的运输，主要是通过单个电机的动作来实现的。其他的，如细胞运动和分裂，需要许多马达的协同工作。集体运动动力学可能相当复杂和出乎意料。一个很好的例子是纤维的双向（“来回”）运动，这是当一组内的马达向相反方向施加力时引起的。这篇评论解决了最近的实验工作中出现的难题，它已被证明，双向运动的特征反转时间实际上是独立的电机的数量。这一结果与现有的理论模型相矛盾，该模型预测反转时间随系统大小呈指数增长。我们认为，这个难题的解决方案可能是马达之间的串扰，这是介导的弹性拉伸应力，在细胞骨架轨道的发展。串扰并不直接与电机的连接和分离相关，电机的连接和分离彼此独立地工作。然而，通过使解脱率依赖于系统尺寸，它大大加速了它们的解脱。
2011-02-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Mechanosensing in myosin filament solves a 60 years old conflict in skeletal muscle modeling between high power output and slow rise in tension
大约60年前，Andrew Huxley在他的开创性论文\cite{Huxley1957}中奠定了现代肌肉建模的基础，将化学事件与机械性能联系起来。他描述了肌肉收缩的力学和能量学，通过肌球蛋白马达与肌动蛋白丝的周期性附着和分离，并特别假设了速率常数对肌球蛋白马达应变的依赖性。这一相对简单的假设仍然存在于最近的模型中，即使有几个修改，以适应不同的实验约束，随后成为可用的模型。然而，在那篇论文中，模型的一个有争议的方面变得清晰起来。肌球蛋白与肌动蛋白丝的相对高的附着和脱离速率需要模拟在中等收缩速度下的高功率输出。然而，这些速率与激活后张力相对缓慢的上升不相容，尽管上升应该由相同的速率函数产生。这种差异至今尚未完全解决，尽管已经提出了一些假设来调和这两个方面。在这里，使用传统的肌肉模型，我们表明，最近发现的肌球蛋白马达\cite{Linarietal2015}的招聘mechanosensing机制可以解决这个长期存在的问题，没有任何进一步的特设假设。
2016-07-20 physics.bio-ph q-bio.QM q-bio.SC
Non-equilibrium structure and dynamics in a microscopic model of thin film active gels
在ATP的存在下，分子马达产生主动力偶极子，驱动远离热力学平衡的蛋白质丝悬浮液，导致奇异动力学和斑图形成。微观建模可以帮助量化单个电机加细丝的组织和分子和超分子长度尺度上的动态之间的关系。在这里，我们提出了广泛的数值模拟的活性凝胶的马达和细丝被限制在两个无限的平行板之间的结果。热波动和排除体积之间的相互作用的细丝。电机运动，附件和分离，包括从丝端的差分分离率的速率的系统变化，揭示了一系列的非平衡行为。强烈的马达结合产生结构化的细丝聚集体，我们称之为星状体、束或层，其稳定性取决于马达速度和差异末端分离。通过一个简单的单纤维模型，可以捕捉到所观察到的结构对运动速率和纤维浓度的依赖性的总体特征。松散结合的聚集体表现出超扩散的质量传输，其中丝易位的尺度与滞后时间与非唯一的指数，取决于电机动力学。发现细丝速度作为电机速度和末端分离的函数的经验数据崩溃，表明相关参数空间的降维。最后，我们讨论了活性凝胶领域的微观建模的前景。
2014-02-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Stochastic dynamics of small ensembles of non-processive molecular motors: the parallel cluster model
非进行性分子马达必须在整体中一起工作，以产生可感知的力或运动水平。例如，在骨骼肌中，数百个肌球蛋白II分子在粗丝中合作。相比之下，在非肌肉细胞中，只有几十个非肌肉肌球蛋白II马达的小群体有助于基本的细胞过程，如运输，形状变化或机械感应。在这里，我们介绍了一个详细的和易于分析的模型，这个重要的情况。使用一个三状态的过桥模型的肌球蛋白II摩托车和利用假设的快速动力冲程动力学和相等的负载之间的共享电机在等效状态，我们减少了随机反应网络的绑定和非绑定动力学（并行集群模型）的一步主方程，并推导出合奏运动的规则。我们发现，对于恒定的外部负载，合奏动力学是强烈塑造的捕获键字符的肌球蛋白II，这导致了负载下的绑定电机的比例增加，从而即使是小合奏牢固的附件。这种对负载的适应导致由Hill关系描述的凹的力-速度关系。对于由线性弹簧提供的外部负载，肌球蛋白II集合体动态地调整自身朝向具有恒定平均位置和负载的等长状态。现在，系综的动力学主要取决于马达在不同种类的束缚态上的分布。为了增加外部弹簧的刚度，有一个急剧的转变，超过这个转变，肌球蛋白II就不能再执行动力冲程。从预动力冲程状态缓慢松开可防止整体分离。
2013-10-17 physics.bio-ph q-bio.SC
