Cooperative transport by small teams of molecular motors
分子马达为细胞内的货物定向运输提供动力。即使一台发动机足以运输货物，发动机也经常以小团队合作。本文从理论上讨论了多台发动机协同运输问题，并探讨了它的一些性质。特别是我们强调如何汽车队可以拖动货物通过粘性环境。
2006-12-04 cond-mat.stat-mech q-bio.BM 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
Stall force of a cargo driven by N interacting motor proteins
我们研究了一个通用的一维模型，由N马达蛋白驱动的细胞内货物对外部施加的力。该模型包括电机货物和电机电机的相互作用。货物运动由过阻尼朗之万方程描述，而电机动力学由跳跃率指定，该跳跃率遵循相对于每个跳跃事件能量变化的局部细致平衡条件。基于这个模型，我们表明，失速力，平均外力对应于零平均货物速度，是完全独立的相互作用的细节，因此，总是等于单个电机的失速力的总和。这个精确的结果是基于一个简单的假设得出的：货物失速的（宏观）状态类似于热力学平衡状态，其特征在于任何两个微观状态之间的净概率流为零，后者由相对于货物的电机位置指定。并确定了失速状态下微态的概率分布。这些预测是在完全一致的数值模拟，使用特定形式的相互作用势进行。
2017-02-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The dynamics of cargo driven by molecular motors in the context of asymmetric simple exclusion processes
我们认为货物的动力学驱动的相互作用的分子马达的集合的背景下，一个不对称的简单排斥过程（ASEP）。该模型被制定为占i）排除体积的相互作用，ii）观察到的不对称的随机运动的个别电机和iii）电机和货物之间的相互作用。第（i）和（ii）项构成ASEP模型的基础，并已在文献中考虑用于研究运动密度曲线的行为[Parmeggiani 03]。第（三）项是新的。这里介绍的是试图明确地描述货物运动对电机动力学的依赖性。模型的稳态解表明，随着电动机密度的变化，系统经历了冷凝型相变。我们研究的后果，这种转变的货物速度的属性。
2008-10-07 q-bio.SC
Transport of organelles by elastically coupled motor proteins
马达驱动的货物运输是一种复杂的现象，其中附着在货物上的多个马达蛋白参与拉动活动，通常导致拔河，显示双向运动。然而，大多数数学和计算模型忽略了汽车-货物相互作用的细节。在这里，我们研究了一个通用的模型，其中N个电机弹性耦合到货物，这本身是受到热噪声在细胞质和一个额外的外部施加的力。选择马达跳跃速率以满足相对于弹性拉伸能量的细致平衡。在这些假设下，构造了一个（N+1）变量的主方程的动力学的汽车货物复杂。通过扩展的跳跃率在电机位置的波动线性顺序，我们得到一个线性的福克-普朗克方程。分离出了控制平均量的确定性方程，得到了货物的平均速度和扩散系数的显式解析表达式。我们还研究了单个电机所经历的力的统计特征，并定量地描述了货物绑定电机之间的负载分配。平均货物速度和有效扩散系数被发现是刚度的递减函数。而增加的数量的电机N并没有增加的速度显着，它降低了有效的扩散系数，其下降为1/N渐近。我们进一步表明，货物绑定电机共享的力施加在货物上相等，只有在极限的消失弹性刚度;随着刚度的增加，从相等的负载分配的偏差进行观察。数值模拟与我们的分析结果符合预期。有趣的是，我们在模拟中发现，失速力的货物弹性耦合到电机是独立的刚度。
2016-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Theoretical analysis of cargo transport by catch bonded motors in optical trapping assays
本文通过理论和随机模拟，分析光学捕获实验中捕获键动力蛋白马达（单个及团队）运输货物的特性，发现捕获键增强持续运动并导致首次通过时间非单调，多马达时产生重入现象。
2023-11-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Cooperative Cargo Transport by Several Molecular Motors
从理论上研究了多个分子马达协同作用下货物粒子的输运问题。运输性质主要取决于可以同时拉动货物颗粒的马达分子的最大数量$N$。由于每个马达必须在有限步数之后从灯丝上解绑，但也可以再次重新绑定到灯丝上，因此牵引马达的实际数量不是恒定的，而是随时间在零和$N$之间变化。最大数量$N$的增加导致货物颗粒的平均行走距离（或运行长度）的强烈增加。如果货物由高达$N$驱动蛋白马达拉动，例如，行走距离估计为$5^{N-1}/N$微米，这意味着7或8个驱动蛋白分子足以获得厘米范围内的平均行走距离。如果货物颗粒抵抗外部负载力被拉动，则该力在马达之间共享，这提供了非平凡的马达-马达耦合和非线性力-速度关系的通用机制。随着载荷的增加，瞬时速度的概率分布向较小的值移动，变得更宽，并发展出多个峰值。我们的理论与现有的实验数据是一致的，并进行定量预测，可访问系统的体外实验。
2005-12-05 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Modelling cargo transport in crowded environments: effect of motor association to cargos
本文建立货物动力学模型研究拥挤环境中马达与货物结合的影响，发现结合与拥挤的竞争效应导致运行长度随自由马达密度出现峰值，该特征由转移矩阵的最大特征值决定，且与实验观察一致。
2023-07-03 physics.bio-ph q-bio.SC
Cooperative Protofilament Switching Emerges from Inter-Motor Interference in Multiple-Motor Transport
在活细胞内，货物的运输是由一组分子马达完成的。这种集体运输可以利用从运动间相互作用中产生的机制，其方式尚未完全理解。在这里，我们结合实验测量的两个驱动蛋白运输的理论框架，以调查的功能性后果，个别电机功能和集体货物运输的电机间的相互作用。相反，驱动蛋白的低回避频率时，目前作为一个单一的电机，正好有两个驱动蛋白每货物，我们观察到大量的运动垂直于微管。我们的模型捕获了驱动蛋白的表面相关模式，该模式只能通过组中的运动间干扰来访问，其中驱动蛋白沿着微管表面扩散并在原丝之间快速“跳跃”而不从微管解离。重要的是，每个驱动蛋白动态地在主动步进模式和这种弱表面相关模式之间转换，从而增强微管表面的局部探索，可能使细胞货物克服大分子拥挤并沿着微管轨道导航障碍物而不牺牲整体行进距离。
2016-10-01 q-bio.BM q-bio.SC
Limited processivity of single motors improves overall transport flux of self-assembled motor-cargo complexes
单个驱动蛋白分子马达在解离前可以沿着微管（MT）进行平均几微米的连续运动。然而，发生运输的细胞长度尺度是几百微米或更大。为什么看似不可靠的发动机被用来运输细胞货物仍然知之甚少。我们提出了一个新的理论，如何低的持续性，一个单一回合的定向运动的平均长度，可以提高细胞运输时，电机和货物必须首先扩散自组装成复合物。我们采用随机建模，以确定对整体货物运输流量的持续性的影响。我们表明，在广泛的生理相关条件下，拥有“无限”的持续合成能力并不能最大限度地提高沿MT的通量。相反，我们发现低的持续合成能力，马达与MT的弱结合是最佳的。这些结果揭示了持续合成能力和运输效率之间的关系，并为低运动持续合成能力的生理益处提供了新的理论。
2019-02-26 q-bio.SC
Surfing at the wave fronts: the bidirectional movement of cargo particles driven by molecular motors
分子马达蛋白的集体行为已经在文献中使用模型来描述一维连续马达分布的长时间动力学进行了研究。在这里，我们考虑在这些连续运动系统的领域中与粒子（囊泡、细胞器、病毒等）的运输相关的现象。我们认为，货物的运动可能会导致其干扰现有的电机分布和冲浪在所产生的冲击波分离区域内的瞬态制度不同的电机密度的能力。在这种情况下，所观察到的货物运动的双向性自然与冲击方向的逆转有关。比较定量的结果预测该模型与现有数据的货物速度允许我们建议，运输粒子的几何特性应确定的范围和强度的扰动，它产生的，因此，它的动态。这些想法可能的影响，在细胞体的病毒运动进行了讨论与他们的区别形态特征。关键词：分子马达集体效应;货物运输;非线性偏微分方程;冲击波。
2008-03-18 q-bio.SC
Renewal processes and fluctuation analysis of molecular motor stepping
我们的动力学模型的进行性或旋转分子马达使用更新过程，在斯沃博达，米特拉和块发起的工作。我们应用功能技术来计算不同类型的多时间关联函数的更新过程中，这有应用程序进行珠测定实验与进行性分子马达，如肌球蛋白V和驱动蛋白，和旋转马达，如F1-ATP酶。
2005-11-13 cond-mat.other cond-mat.stat-mech q-bio.OT
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
Cargo transportation by two species of motor protein
本文讨论了两种具有不同内在方向性的马达蛋白在活细胞中转运货物的运动。类似于单个马达运动，货物沿着微管随机向前和向后移动。最近的实验发现，两种运动物种的货物运输具有记忆性，它不会像预期的那样频繁地改变方向，这意味着它的前进和后退的速度取决于它以前的运动轨迹。假设货物只有最小的记忆，即其前进方向只取决于其最后一步的方向，本文详细分析了两种情况下的货物运动：{ \bf（I）}货物在恒定外载荷下的运动和{ \bf（II）}货物在一个固定光阱中的运动。由于记忆的存在，对于第一种情况，货物可以保持长距离的同一方向移动。对于第二种情况，货物将在陷阱中振荡。振荡周期和振荡幅度均随电机正向步进率的增大而减小，但均随陷阱刚度的增大而减小。货物的最可能的位置，找到振荡货物的概率是最大的，可能是相同的，也可能是不同的陷阱中心，这取决于两个电机种类的步进率。同时，如果电动机是鲁棒的，即它们的前向与后向步进率比高，则可能存在两个这样的最可能的位置，分别位于陷阱中心的两侧。分析了在给定位置发现货物的概率、货物处于前/后运动状态的概率以及货物到达给定位置或给定状态的各种平均首次通过时间。
2012-11-06 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
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
Stochastic modeling of cargo transport by teams of molecular motors
许多不同类型的细胞货物通过分子马达沿微管进行双向运输。这种货物马达系统的运动已经在体内实验中被表征为具有相当持久的方向性的进行性。为了探索这种运动的起源，人们提出了不同的理论方法。Müller等人提出的一种有效的理论方法，将货物动力学描述为不同类型发动机之间的拔河比赛。Kunwar等人最近提出了一种替代方法，他更详细地考虑了发动机和货物之间的耦合。基于这个框架，我们介绍了一个模型，考虑单电机的位置，我们在连续时间传播。此外，我们分析了可能的影响，在以前的出版物中使用的离散时间更新计划对系统的动态。
2014-07-16 physics.bio-ph q-bio.SC
Hindering loads prompt clustered configurations that enhance stability during cargo transport by multiple Kinesin-1
研究发现在多变环境中分子马达具有独特稳态行为，降低 ATP 浓度时多马达配置更受青睐，高负载促使马达聚集而极高负载促其分离以利于后续移动，揭示了分子马达运输细胞内货物的协调策略。
2023-09-16 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
Environmental control of microtubule-based bidirectional cargo-transport
在细胞内，各种各样的货物由一组分子马达运输。有趣的是，所涉及的马达通常具有相反的拉动方向，并且由此产生的货物动力学是有偏的随机运动。细胞如何控制这种偏差是一个悬而未决的问题。在这里，我们开发了一个模型，明确考虑到弹性耦合的货物与每个电机。我们表明，偏见可以简单地控制，甚至扭转了一个违反直觉的方式，通过改变施加在货物上的外力或变化的ATP结合率电机。此外，在短时间尺度上发现的超扩散行为表明，出现了由货物介导的耦合引起的运动合作。
2014-07-07 physics.bio-ph q-bio.SC
Motility states in bidirectional cargo transport
细胞内的物质通过分子马达沿细胞骨架丝随机运动。特别是对于双向运输的货物，它们的运动特性是否可以由纯粹的随机波动引起，或者是否需要发动机的某种协调，这是一个悬而未决的问题。Müller等人提出的货物-发动机动力学的平均场模型的结果。[1]表明存在高运动状态，这将导致随机拔河。在这里，我们分析了他们的模型的非平均场扩展，明确考虑到每个电机的位置。我们发现，高运动状态，然后消失。我们还考虑了一个相互电机电机激活，作为一个明确的机制，电机协调。我们表明，平均场模型的结果，只有在一个强大的电机电机激活的情况下，在一个高数量的电机的限制恢复。
2015-01-05 physics.bio-ph q-bio.SC
Anomalous transport of subdiffusing cargos by single kinesin motors: the role of mechanochemical coupling and anharmonicity of tether
在这里，我们推广了我们以前的模型分子马达运输亚扩散货物在粘弹性胞质溶胶（i）包括机械化学耦合之间的循环构象波动的ATP水解反应驱动的马达蛋白和它的平移运动在最简单的双态模型的手在手运动的驱动蛋白，以及（ii）通过考虑马达和货物之间的系绳的非谐性（其最大可能的延伸长度）。它示出的主要早期的结果，如发生正常与异常运输的结合潜力，货物的大小和电机周转频率的幅度取决于不仅生存在这个更现实的模型，但结果也看起来非常相似的相应调整的参数。然而，由于双向机械化学耦合，这种更现实的模型显示出明显更大的热力学效率。对于现实的参数，最大热力学效率可以是瞬时的约50%，如对驱动蛋白所观察到的，甚至更大，令人惊讶的是，在一种新的强烈异常（子）运输机制中，其中马达酶周转也变得非常慢，并且不能以周转率为特征。在这里，货物的缓慢动力学导致了马达蛋白的缓慢循环动力学。
2014-10-09 physics.bio-ph q-bio.SC
Properties of tug-of-war model for cargo transport by molecular motors
分子马达是细胞生物物理功能的基本组成部分。我们目前对多个马达如何沿着单一轨道移动的定量理解并不完整;即使单马达化学力学的模型和理论比比皆是。最近，M.J.I. M $\ddot{\rm u}$ ller { \em等}已经开发了一种拔河模型来描述货物的双向运动（PNAS（2008）105（12）P4609-4614）。通过蒙特卡罗模拟，他们发现拔河模型表现出几种定性的不同运动状态，这取决于单个运动参数的精确值，他们认为细胞可以利用这种敏感性来调节其货物运输。本文对拔河模型进行了深入的分析。所有的稳定，即，获得生物药理学可观察的稳态。取决于几个参数，该系统表现出单，双或三稳态。根据不同稳定状态的分离边界和轨道上不同运动种类的初始数目，可以预测货物运动的稳定状态，从而得到货物运动的稳定速度。研究发现，货物运动的速度甚至方向都随轨道上电机的初始数量和其他参数的变化而变化。
2009-03-20 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
Active and Passive Transport of Cargo in a Corrugated Channel: A Lattice Model Study
在细胞内，通过分子马达在细胞骨架轨道上的主动运动和被动的布朗扩散，将诸如囊泡和细胞器的货物运输到它们的正确位置。在运输过程中，马达-货物复合物（MCC）在细胞骨架网络和其他大分子的限制和拥挤的环境中导航。受此启发，我们研究了一个最小的两态模型的电机驱动的货物运输的限制和预测的运输性能，可以在实验中进行测试。我们假设的MCC的运动是直接受熵的障碍，由于禁闭，如果它是在被动的，未绑定的状态，但不是在主动的，绑定的状态，它以恒定的绑定速度移动。我们构建了一个晶格模型的基础上的福克普朗克描述的两态系统，研究它使用的动力学蒙特卡罗方法，并比较我们的数值结果与平均场极限的解析表达式。我们发现，约束的效果强烈地依赖于绑定速度和绑定动力学的MCC。约束有效地降低了有效扩散率和平均速度，除非它导致平均结合率提高，从而导致比无约束时更大的平均速度。
2018-04-07 cond-mat.soft q-bio.SC
Emergent Transport Properties of Molecular Motor Ensemble Affected by Single Motor Mutations
细胞内运输是真核细胞的一项基本功能，由马达蛋白（将化学能转化为动能的蛋白质）促进。已知马达蛋白以团队方式工作，使得细胞内货物能够长距离单向和双向运输。通常由改变单个运动特征的突变引起的潜在运输机制的破坏已知会导致神经退行性疾病。例如，驱动蛋白马达结构域在丝氨酸残基处的磷酸化与亨廷顿氏病有关，最近对磷酸化和拟磷酸化丝氨酸残基的研究表明单个马达失速力降低。在这篇文章中，我们报告了这种性质的突变对多个野生型和突变型马达所携带的货物运输特性的影响。结果表明，突变体与改变失速力量可能会决定平均速度和运行长度，即使他们是由野生型电机在合奏。结果表明，突变体获得竞争优势，并导致预期运行长度的增加时，货物上的负载是在附近的突变体的失速力或其失速力的倍数。本文的另一个贡献是发展了一种半分析方法来分析多种类型的多个发动机的货物运输。该技术使用各种绝对配置之间的转换速率来确定运载货物的马达的各种相对配置之间的转换速率。这使得能够精确计算平均速度和运行长度。它也可以用来引入各种单电机参数的改变，以模拟突变，并推导出这种改变对多个电机运输共同货物的影响。我们的方法是很容易实现的，我们提供了一个通用的软件包。
2016-03-25 q-bio.SC
The fast and the slow axonal transport: a unified approach based on cargo and molecular motors coupled dynamics
观察到的不同颗粒沿轴突微管传递的速率的巨大差异的起源在文献中仍然是一个有争议的问题。有证据表明，某些神经退行性疾病可能是由相关运输过程的干扰引发的。出于这一动机，我们采用了一个模型来研究某些货物的流动性，动力学耦合的分子马达在拥挤的微管。对于一定的初始和边界条件，我们使用的方法的特征来解决微扰的伯格斯型方程对从平均场的方法，原来的微观随机模型。扩展的非微扰的限制数值探讨。在这种情况下，我们能够通过改变所考虑的轨道上的电机数量来计算货物平均速度可能相差几个数量级的条件。然后，我们讨论了连接这些理论预测与轴突运输的实验数据的可能性。
2020-05-15 q-bio.SC
Fluctuation effects in bidirectional cargo transport
我们讨论了生物细胞中双向货物运输的理论模型，该模型由分子马达驱动，并受到热波动的影响。该模型明确地描述了分子马达在纤维上的定向运动。发动机-货物耦合通过线性弹簧实现。通过广泛的蒙特卡罗模拟，我们表明，该模型描述了实验观察到的制度的异常扩散，即subdiffusive行为在短时间内，其次是在中间时间的超扩散。模拟结果表明，亚扩散运动是由热涨落引起的，而超扩散运动是由发动机活动的相关性引起的。我们还测试了双向货物运输在拥挤地区的效率，通过测量其通过增加粘度的障碍物的能力。我们的研究结果表明，高粘度的效率显着增益。
2014-09-27 physics.bio-ph q-bio.SC
Discrete step sizes of molecular motors lead to bimodal non-Gaussian velocity distributions under force
生物机器物理特性的波动与其功能有着千丝万缕的联系。通过单分子技术可以得到进行性分子马达（如驱动蛋白1）的行程和速度分布，但目前还没有一个严格的理论模型来描述这些概率。我们推导出精确的分析结果的动力学模型来预测的阻力（$F$）依赖的速度（$P(v)$）和运行长度（$P(n)$）分布函数的通用双处理分子马达，采取向前和向后的步骤上的轨道。我们的理论定量地解释了零力驱动蛋白-1数据$P(n)$和$P(v)$使用的唯一参数的脱离率，从而使我们能够获得这些量的变化负载。在非零$F$处，$P(v)$是非高斯的，并且是双峰的，峰值在$v$的正值和负值处。$P(v)$是双峰的预测是驱动蛋白-1的离散步长的结果，并且即使考虑步长分布时仍然存在。虽然预测是基于驱动蛋白-1的数据分析，我们的结果是一般的，应该持有任何进行电机，走在一个轨道上采取离散的步骤。
2016-04-01 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Microtubule Defects Influence Kinesin-Based Transport In Vitro
微管是蛋白质聚合物，形成活细胞内长距离运输的“分子高速公路”。分子马达积极地沿着微管在细胞核和细胞外围之间穿梭细胞物质;这种运输对于所有真核细胞的生存和健康至关重要。微管中存在结构缺陷，但这些缺陷是否影响基于分子马达的运输仍然未知。在这里，我们报告一个新的，据我们所知，方法，使我们能够直接调查这些缺陷的影响。使用一种改进的光捕获方法，我们研究了一个主要的分子马达，传统的驱动蛋白，当运输货物沿个别微管的组功能。我们发现，微管缺陷影响驱动蛋白为基础的运输在体外。这种影响取决于马达数量：由少数马达驱动的货物倾向于过早地从微管中解脱出来，而由更多马达驱动的货物则倾向于暂停。据我们所知，我们的研究提供了微管缺陷和驱动蛋白功能之间的第一个直接联系。在我们的研究中发现的影响可能具有体内生理相关性。
2016-10-04 q-bio.BM 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
Tug-of-war of molecular motors: the effects of uneven load sharing
我们从理论上分析了两种极性相反的马达沿微管运输货物的问题。我们考虑两种不同的一维模型先前在文献中开发。一方面，一个相当普遍的模型，假设相等的力共享，这里称为平均场模型（MFM）。另一方面，一个随机模型（SM），考虑个别汽车货运环节。我们发现，在一般情况下，MFM预测更大的货物平均速度，较小的平均运行时间和更少的频繁的逆转比SM。这些现象被认为是负载分担假设的后果，可以解释为不同运动状态的概率。我们还探讨了两种模型中的粘度的影响和SM内的马达货物链接的刚度的作用。我们的研究结果表明，平均货物速度是独立的刚度，而平均运行时间减少这样一个参数。我们探讨的情况下，对称的向前和向后的电机考虑驱动蛋白-1参数，和运输的问题驱动蛋白-1和细胞质动力蛋白考虑两组不同的参数先前提出的动力蛋白。
2011-11-29 physics.bio-ph q-bio.SC
Instrinsic oscillations of treadmilling microtubules in a motor bath
我们分析的动力学重叠的反平行微铣削微管的存在下，交联加工马达蛋白，抵消了外力。我们表明，耦合力依赖的速度的电机和动力学的电机交换与浴中存在的球磨导致一般的振荡行为。此外，我们表明，耦合聚合动力学的外力通过动力学的交联电机可以稳定的振荡不稳定性到有限振幅的非线性振荡，并可能导致其他情况下，包括双稳态。
2011-09-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Traffic Jams and Shocks of Molecular Motors inside Cellular Protrusions
分子马达参与肌动蛋白基细胞突起内的关键运输过程。马达将货物蛋白运送到突起尖端，参与调节肌动蛋白聚合，并在促进这种突起的生长和形成中起关键作用。据观察，马达积累在细胞突起的尖端，并且另外形成聚集体，发现这些聚集体以肌动蛋白微铣削的速率向突起基部漂移。我们提出了一个一维驱动的晶格模型，其中电机变得不活跃后，提供他们的货物在尖端，或失去他们的货物，以无货物的邻居。结果表明，实验观察结果可以解释为在尖端形成的交通堵塞。该模型使用一种新的平均场和冲击分析的应用程序来解决。我们发现一类新的冲击，经历间歇性崩溃，平均不服从朗肯-Hugoniot关系。
2013-09-29 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Asymptotic Analysis of Microtubule-Based Transport by Multiple Identical Molecular Motors
我们描述了一个系统的随机微分方程（SDES）模型之间的相互作用进行性分子马达，如驱动蛋白和动力蛋白，和生物分子货物，他们拖作为微管为基础的细胞内运输的一部分。我们表明，经典的实验环境适合在一个参数范围内，这是定性不同的条件下，人们期望在活细胞中找到。通过渐近分析我们的系统的SDES，我们开发了一种方法，用于应用在体外观察的非线性响应的电机上所连接的货物上引起的力进行分析预测的两个参数的制度，迄今为止，逃避直接的实验观察：1）高粘度的体内运输和2）动力学时，多个相同的电机连接到货物和微管。
2011-11-02 math.PR 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
Catch bond mechanism in Dynein motor driven collective transport
最近的实验表明，动力蛋白马达表现出捕获键合行为，其中单个动力蛋白的解键速率随着力的增加而减小，对于一定范围的力。受这些实验的启发，我们提出了一个模型，捕捉绑定动力蛋白使用阈值力键变形（TFBD）模型，其中捕捉绑定集在超过一个临界施加的负载力。在此模型框架内，我们研究了捕获结合对多个动力蛋白马达所携带的细胞货物的单向运输特性的影响。我们发现捕获键合可以导致运输特性的巨大变化，这与驱动蛋白驱动的单向运输形成鲜明对比，其中捕获键合是不存在的。我们预测，在某些条件下，蜂窝状货物的平均速度实际上可以随着施加的载荷的增加而增加。我们用捕获键强度和电机失速力参数空间中的速度剖面相位图来表征输运性质。这个相图产生的预测，可以通过适当的修改电机运输和绑定性能的实验访问。我们的工作需要重新审视现有的集体双向运输的细胞货物的动力蛋白在本文中描述的捕获键效应预计将发挥至关重要的作用的理论。
2016-02-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Kinesin Motor Transport is Altered by Macromolecular Crowding and Transiently Associated Microtubule-Associated Proteins
泡状物质、细胞器和其它大分子的细胞内运输是将大型物品移动通过拥挤且不均匀的细胞环境的必要过程。在努力剖析拥挤和日益复杂的细胞环境对单个马达蛋白运输的基本影响，我们进行了体外重建实验，在拥挤剂和瞬时微管相关蛋白的存在下，单个驱动蛋白-1马达在微管上行走，更紧密地模仿细胞环境。由于惰性聚合物的大分子拥挤引起增强运行长度的电机，但表现出增加的趋势，非特异性电机协会和扩散，最有可能是由于耗尽的相互作用。我们发现，瞬时结合的相关蛋白减慢了向前运动，但并没有显着影响协会的时间，在以前报道的稳定相关的微管相关蛋白，如神经元蛋白tau的障碍特性相反。在日益复杂的重组环境中的分子马达的运输特性的这种研究是重要的，以阐明细胞内货物运输的基本过程的基本生物物理学原理。
2014-09-11 q-bio.BM q-bio.SC
Cytoskeletal filament length controlled dynamic sequestering of intracellular cargo
运动货物的空间定位或隔离及其在细胞内的分散是许多生理环境中的重要过程。细胞骨架网络的形态，沿着其发生主动的、马达驱动的细胞内运输，在调节这些运输阶段中起着关键作用。在这里，我们使用一个计算模型来解决动态隔离的存在和敏感性，以及它如何依赖于控制细胞骨架网络几何形状的参数，重点是细丝长度和极化远离或朝向周边。我们的细胞内运输模型解决了货物的概率分布的时间演化，该货物通过被动扩散在散装细胞质中运输，并由明确呈现的极性细胞骨架丝随机取向的马达驱动。我们发现，根据网络中细丝的长度和极化，动态隔离区域可以在细胞的不同区域形成。此外，我们发现，对于某些参数，货物的停留时间是非单调的增加细丝长度，表明动态封存的最佳制度，是潜在的可调通过细丝长度。我们的结果与{ \it in vivo}观察结果一致，并表明通过细胞骨架网络调节可调地控制货物螯合的能力可以提供调节细胞内转运阶段的一般机制。
2019-07-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Molecular motors enhance microtubule lattice plasticity
微管是活细胞的关键结构元件，对于细胞分裂、细胞内运输和运动至关重要。最近的实验表明，微管切割蛋白和分子马达刺激游离微管蛋白直接和局部掺入到轴中。然而，微管相关蛋白如何影响晶格的机制图片是完全缺失的。在这里，我们从理论上探讨了一个潜在的机制，晶格周转的过程性分子马达刺激，其中一个弱的瞬态不稳定的晶格马达步进促进移动空位的形成。在没有游离微管蛋白的情况下，缺陷迅速扩展，导致完全断裂。在存在自由微管蛋白的情况下，马达行走诱导在与马达行走相反的方向上的空位漂移。漂移是伴随着直接和本地化的免费的微管蛋白的掺入沿轨迹的空缺。我们的研究结果与实验一致，并强烈表明，一个弱的晶格电机相互作用是负责增强微管轴可塑性。
2022-09-19 cond-mat.soft q-bio.SC
Lattice-gas model for active vesicle transport by molecular motors with opposite polarities
我们引入了一个多物种的格子气模型来研究马达蛋白驱动的细胞细丝上的集体货物运输。我们用这个模型来描述和分析集体运动的相互作用的囊泡货物进行相反方向的分子马达，移动在一个单一的生物丝。建立在一个完全不对称的排斥过程（TASEP）来表征相互作用的货物的运动，我们允许与环境，输入和输出的质量交换在细丝的边界，并专注于相互转换率的作用，以及它们如何影响净货物运输的方向性。我们量化的各种不同的竞争过程中的非平衡相图的影响。相互转化率的相互作用，允许通量反转和蒸发/沉积过程中引入定性的新功能的相图。我们观察制度的三相共存，相位重新进入的可能性和一个显着的灵活性，在不同的相边界如何转移，以响应控制参数的变化。该模型的移动稳态解允许货物囊泡的空间分布的不同可能性，范围从囊泡的均匀分布到极化分布，其特征在于不均匀性或{ \it冲击}。在这个模型的框架内，由于内部监管而导致的电流逆转自然出现。我们相信，这种极小模型将澄清集体囊泡运输的许多功能的理解，除了作为基础，为囊泡运输相关的各种{ \it在体内}的情况下，建立更精确的定量模型。
2010-09-09 cond-mat.stat-mech 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
Stepping and crowding of molecular motors: statistical kinetics from an exclusion process perspective
马达酶是一种非凡的分子机器，它利用三磷酸核苷水解产生的能量来产生机械运动，通过构成其动力学循环的不同步骤来实现。这些大分子，现在研究与先进的实验技术，以揭示其分子机制和动力学循环的性质，涉及许多生物过程，从生物聚合（如RNA聚合酶和核糖体）到细胞内运输（马达蛋白，如驱动蛋白或动力蛋白）。虽然在理论和实验上对单个电机的动力学进行了很好的研究，但它们的步进周期对集体动力学的影响仍然不清楚。这一方向的进展将提高我们对天然细胞内介质中的运输过程的理解，在天然细胞内介质中，进行性运动酶可能在拥挤的条件下工作。因此，在这项工作中，我们扩展了目前的统计动力学分析，研究集体输运现象的汽车在格子气模型属于排斥过程类。通过数值模拟，我们展示了如何解释和使用在拥挤的条件下从单粒子轨迹计算的随机性。重要的是，我们还表明，时间波动和非泊松行为是内在相关的空间相关性和出现的大，但有限的，集群的共同移动的电机。我们的分析揭示的属性有重要的生物学意义上的集体运输特性的进行性马达酶在拥挤的条件下。
2014-05-26 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Collective dynamics of molecular motors pulling on fluid membranes
从理论上研究了$N$弱耦合过程分子马达的集体动力学。我们表明，使用离散晶格模型，速度-力曲线强烈依赖于电机之间的有效动态相互作用，并从一个简单的平均场预测显着不同。如果$N$足够大，则它们基本上独立于$N$。对于强偏置马达，如驱动蛋白，如果$N\gtrsim 5$。对两态模型的研究表明，内态的存在可以诱导有效的相互作用。
2005-12-08 physics.bio-ph q-bio.SC
Stochastic force generation by small ensembles of myosin II motors
肌动蛋白细胞骨架中的力是由一小群非进行性肌球蛋白II马达产生的，随机效应与此高度相关。使用一个crossbridge模型与假设的快速powerstroke动力学和等效状态之间的相等负载共享，我们推导出一个一步主方程的活动的有限大小的合奏机械耦合肌球蛋白II电机。对于恒定的外部负载，这种方法产生的占空比和力-速度关系作为合奏大小的函数的分析结果。我们发现，随机效应不能被忽略的合奏大小低于15。一步主方程也可以用于有效的计算机模拟与线性弹性外部负载，并揭示了序列的建立的力和合奏破裂，这是重组肌动球蛋白收缩性的特征。
2012-02-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Dynein catch bond as a mediator of codependent bidirectional cellular transport
微管细丝上货物的细胞内双向运输是通过反向动力蛋白和驱动蛋白马达的集体作用实现的。实验已经发现，在某些情况下，抑制一种类型的运动的活动导致细胞货物在两个方向上的运动性的总体下降。这种违反直觉的观察，被称为{ \em相互依赖悖论}，与现有的反向马达之间的机械拔河范式不一致。与驱动蛋白不同，动力蛋白马达表现出捕获结合，其中这些马达的解结合速率随着作用在它们上的力的增加而降低。在一个理论模型中阐明动力蛋白的这种捕获结合行为，我们表明，两种马达物种的功能分歧表现为一种内部调控机制，并导致生物相关制度中的相互依赖的运输行为。利用解析方法和随机模拟，我们分析了连续性的特点和概率分布的运行时间和暂停时间的运输细胞货物。我们发现，捕捉键合可以大大改变的传输特性，也提供了一个合理的解决方案的悖论的相互依赖。
2019-08-13 physics.bio-ph q-bio.SC
Force-velocity relations for multiple-molecular-motor transport
建立了$N$分子马达货物运输的转移率模型。在稳态假设下，多电机系统的力-速度曲线可以由单电机的力-速度曲线推导出来。研究表明，在低负载情况下，多电机系统的速度随电机数的增加而减小或增大，这取决于单电机的力-速度曲线。最常见的是，速度降低。这可能解释了最近发生的一些
2009-10-01 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.SC
Memory effects and Lévy walk dynamics in intracellular transport of cargoes
我们证明了在细胞内运输的累积惯性的现象，涉及多个电机蛋白在人类上皮细胞通过测量经验的生存概率的货物的微管和他们的脱离率。我们发现，货物在微管上移动的时间越长，它从微管上脱离的可能性就越小，因此，货物的运动是非马尔可夫的，并且涉及记忆。我们观察到记忆效应的规模高达2秒。我们提供了一个理论之间的联系测得的脱离率和超扩散利维步行样货物运动。
2018-10-25 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
Physical parameters describing neuronal cargo transport by kinesin UNC-104
本文就驱动蛋白3家族分子马达蛋白ARL-104及其调控蛋白ARL-8的研究进展作一综述。α-104，最初在秀丽隐杆线虫（Caushabditis elegans）中鉴定。elegans），具有运输突触囊泡前体（SVP）的主要作用。尽管已经进行了体外单分子实验以主要研究驱动蛋白马达结构域，但是这些实验还没有解决存在调节蛋白（例如ARL-8）的体内现实，所述调节蛋白控制驱动蛋白附着到货物囊泡/从货物囊泡脱离，这对于货物囊泡的总体运输效率是必不可少的。为了定量地了解调节蛋白的作用，我们回顾了来自野生型和arl-8缺失突变体C.优雅我们未来的目标是促进一个共识的物理模型的建设，连接SVP运输与病理相关的缺陷突触建设所造成的缺陷的α-104调节。我们希望本文所总结的SVP输运的物理参数能对该模型的发展起到一定的指导作用。
2019-04-30 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Relative velocity of sliding of microtubules by the action of Kinesin-5
驱动蛋白-5在脊椎动物中也称为Eg 5，是具有4个头部的进行性马达，其在称为微管的丝状轨道上运动。驱动蛋白-5的基本功能是通过同时在两个微管上行走而使两个反平行的微管滑动分开。我们开发了一个分析表达式的稳态相对速度的这种滑动的速率的附件和determination的电机头与微管上的ATP酶位点。我们首先分析一个微管上的一对马达头的运动，然后将其耦合到第二个微管上的同一马达的另一对马达头的运动，以获得滑动的相对速度。
2011-03-10 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Spatial Organization of the Cytoskeleton enhances Cargo Delivery to Specific Target Areas on the Plasma Membrane of Spherical Cells
细胞内转运对于细胞的正常功能和存活至关重要。货物（蛋白质、囊泡、细胞器等）通过分子马达辅助的沿细胞骨架丝的运输从其产生位置转移到其靶位置。运输效率受到细胞骨架的空间组织的强烈影响，细胞骨架构成了一个不均匀的复杂网络。在具有中心体的细胞中，微管从中心微管组织中心向细胞周边呈放射状生长，而肌动蛋白丝在细胞膜下形成密集的网状结构，即肌动蛋白皮质，具有广泛的取向范围。由于拥挤的细胞质中的分离和再附着过程的收缩交叉节点或周期，沿着细丝的新兴弹道运动经常被中断。为了研究由细胞骨架的特定空间组织建立的搜索策略的效率，我们制定了一个具有间歇性逮捕状态的随机速度模型。通过大量的计算机模拟，我们分析了窄逃逸问题的平均首次通过时间对细胞骨架的结构特征，运动特性和在每个状态下花费的时间分数的依赖性。我们发现，一个不均匀的架构与一个小宽度的肌动蛋白皮层构成了一个有效的细胞内搜索策略。
2016-11-16 physics.bio-ph q-bio.SC
Navigation strategies of motor proteins on decorated tracks
马达蛋白在微管轨道上移动时显示出广泛不同的步进模式，从蛋白驱动蛋白执行的确定性线性或螺旋运动到动力蛋白执行的不协调随机步骤。这些不同的策略如何产生一个有效的导航系统，以确保正确的细胞功能仍然不清楚。在这里，我们通过数值模拟表明，确定性和随机电机步骤产生不同的结果时，随机障碍物装饰的微管轨道：驱动蛋白移动速度更快的干净的轨道，但其运动受到强烈阻碍装饰的轨道，而动力蛋白是干净的轨道，但更有效地避免障碍物。进一步的模拟表明，动力蛋白在装饰轨道上的优势是由于它的后退能力。我们的研究结果解释了不同的导航策略是如何采用的细胞，以优化电机驱动的货物运输。
2015-09-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Intracellular transport driven by cytoskeletal motors: General mechanisms and defects
电池是由连续能量供应驱动的强烈失衡系统。它们执行许多重要的功能，需要各种成分和细胞器的主动运输，一些很小，另一些很大。细胞骨架由三种类型的细丝组成，决定了细胞的形状，并在细胞运动中发挥作用。它还充当所谓的细胞骨架马达的道路网络。这些分子可以附着在细胞骨架丝上，进行定向运动，可能携带一些货物，然后分离。理解由分子马达驱动的细胞内转运是如何调节的是一个中心问题，特别是因为它的分解是一些神经元疾病如阿尔茨海默病的特征之一。本文综述了目前有关微管转运的知识。我们首先回顾了一些从实验中获得的生物事实，并提出了一些基于元胞自动机的建模尝试。我们从TASEP（完全不对称简单排除过程）的原始和变体的背景知识开始，然后转向更面向应用的模型。在解决微管为基础的运输一般，重点是在体外实验，并在运输大型货物的多个电机的合作效应，我们集中在轴突运输，因为它的相关性神经元疾病。这是一个挑战，以了解这种运输是如何组织的，因为它发生在一个封闭的环境中，并涉及几种类型的电机在相反的方向上移动。我们回顾了几个功能，可能有助于这种运输的效率，包括电机电机的相互作用和动力学的基础微管网络的作用。最后，我们讨论了一些尚未解决的问题。
2015-07-22 physics.bio-ph q-bio.SC
