Coupling of Two Motor Proteins: a New Motor Can Move Faster
我们研究了两个马达结构域之间的耦合在高度进行性马达蛋白复合物的效果。提出了一个简单的随机离散模型，其中蛋白质分子的两个部分通过一定的能量势相互作用。根据自由马达畴的性质和相互作用势，导出了组合马达种的动力学性质（如速度和色散）的精确解析解.它表明，马达结构域之间的耦合可以创建一个更有效的马达蛋白，可以比单个粒子移动得更快。将所得结果应用于解旋酶RecBCD分子的运动分析。
2005-02-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Correlations and Symmetry of Interactions Influence Collective Dynamics of Molecular Motors
酶分子积极支持许多细胞过程，包括运输，细胞分裂和细胞运动，被称为马达蛋白或分子马达。实验研究表明，他们相互影响，他们经常在大团体一起工作。为了理解马达蛋白集体行为的机制，我们研究了分子马达沿线状纤维运输中相互作用的影响。它是通过分析最近推出的一类完全不对称排斥过程，考虑到分子间的相互作用，通过物理上一致的方法。我们开发了一种新的理论方法，使我们能够计算分析系统的所有动态特性。我们的分析表明关联在相互作用的分子马达动力学中起着重要的作用。令人惊讶的是，我们发现排斥相互作用的相关性比吸引相互作用的相关性更弱，更短。此外，还发现相互作用的对称性对分子马达的动力学性质有一定的影响。这些研究结果对马达蛋白运输的影响进行了讨论。我们的理论预测进行了广泛的Monte Carlo计算机模拟测试。
2015-03-02 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Cooperation and competition in the collective drive by motor proteins: Mean active force, fluctuations, and self-load
本文研究马达蛋白集体驱动生物丝的动力学，通过解析与模拟揭示平均力与涨落规律，并发现马达蛋白竞争产生的自负载影响丝运动。
2023-05-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech 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
Exact solution of a linear molecular motor model driven by two-step fluctuations and subject to protein friction
基于蛋白质摩擦力的概念，研究了线性分子马达模型的随机运动方程。求解最初由Mogilner等人（A. Mogilner等人，Phys. Lett. { \bf 237}，297（1998）），并平均两步内部构象波动和热噪声，我们提出了明确的，分析表达式的平均运动和速度-力的关系。我们的研究结果可以直接解释这个电机模型的细节，这是不容易从数值解。特别是，我们发现，该模型是能够预测生理上合理的值的无负荷运动速度和运动的流动性。
2003-12-15 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.QM
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
Protein motors induced enhanced diffusion in intracellular transport
在细胞内介质中的运输颗粒的扩散是通过一个广义的扩散方程，包含由于细胞骨架网络和蛋白质马达的力量。我们发现，在实验中观察到的增强的扩散取决于由蛋白质马达施加的力的性质和表征细胞内介质的参数，所述细胞内介质是在广义德拜谱的噪声密度的状态。
2009-02-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stochastic kinetics of a single headed motor protein: dwell time distribution of KIF1A
KIF 1A是一种进行性的单头驱动蛋白超家族马达，它水解三磷酸腺苷（ATP），使其沿着微管的丝状轨道运动。KIF 1A在轨道上的随机运动的特征在于间歇和移位的交替序列。暂停和随后移位的持续时间的总和定义了停留时间。使用NOSC模型（Nishinari et.等人，PRL，{ \bf 95}，118101（2005）），我们系统地推导出停留时间分布的解析表达式。更详细的信息包含在两个连续步骤之间的“条件停留时间”$τ_{\pm\pm}$的概率密度中，每个步骤可以是前向（+）或后向（-）。我们计算这四个条件停留时间的概率密度$Ξ_{\pm\pm}$。然而，为了便于与实验数据进行比较，我们还提出了两个分布$Ξ_{\pm}^{*}$的时间停留前的一个前进（+）和一个倒退（-）步骤。原则上，我们的理论预测可以通过进行具有足够时空分辨率的单分子实验来测试。
2011-03-15 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Dynamic Phase Transitions in Coupled Motor Proteins
从理论上研究了相互作用对偶联马达蛋白动力学的影响。一个简单的随机离散模型，允许明确计算系统的动态特性，开发。结果表明，有两个动态的制度，这取决于粒子之间的相互作用。对于强相互作用，马达蛋白质作为一个紧密的簇移动，而对于弱相互作用，蛋白质的运动没有相关性，并且颗粒分离随时间稳定地增加。两个动态阶段之间的边界指定的临界相互作用，具有非零值的耦合的不对称马达蛋白，它取决于温度和转换速率。在临界相互作用时，作为相互作用能的函数，平均速度的斜率发生变化，马达蛋白质的分散体出现不连续。
2005-09-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Dynamic Properties of Motor Proteins with Two Subunits
使用简单的离散随机模型研究了具有两个亚基的马达蛋白分子的动力学。精确的稳态解析表达式获得的速度和分散体的任何数量的中间状态和相应的蛋白质的结合状态之间的构象。这些模型使详细描述和比较两种可能的机制运动的马达蛋白沿着线性轨道：手在手上的机制时，运动的亚基交替，和尺蠖机制时，一个亚基总是尾随另一个。结果表明，在手的手机制中的粒子的运动速度和波动比尺蠖机制中的分子。讨论了外力对马达蛋白动力学性质的影响。最后，提出了一种基于实验观察区分这两种机制的方法。
2005-03-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermal Fluctuation Statistics in a Molecular Motor Described by a Multidimensional Master Equation
对分子马达中的热涨落统计进行了理论研究。在电机中的能量传递是用一个多维离散主方程与最近邻跳跃。在这个理论中，能量转移导致不同自由度的热涨落之间的统计相关性。在很长一段时间内，能量传递是一个具有恒定漂移和扩散的多元扩散过程。波动和漂移在强耦合极限中对齐，使得能够沿耦合坐标进行一维描述。我们推导出正式的概率分布的表达式，并模拟单轨迹的系统在近和远的平衡限制强耦合和弱耦合。我们的研究结果表明，跳跃统计提供了一个机会，以区分不同的操作制度。
2013-08-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Theoretical Analysis of Dynamic Processes for Interacting Molecular Motors
生物运输是由酶分子的集体动力学支持的，这些酶分子被称为马达蛋白或分子马达。实验表明，马达蛋白通过短程电位局部相互作用。我们调查这些相互作用的基本作用，通过分析一类新的完全不对称的排斥过程，其中的相互作用占在一个philically一致的方式。结合各种平均场计算和计算机模拟的理论分析表明，分子马达的动力学性质强烈依赖于相互作用，并且相互作用的马达蛋白的相关性更强。令人惊讶的是，发现存在导致最大粒子通量的最佳相互作用强度（弱排斥）。也有人认为，分子马达运输是更敏感的吸引相互作用。这些结果的驱动蛋白马达蛋白的应用进行了讨论。
2014-01-24 cond-mat.stat-mech
Forced desorption of semiflexible polymers, adsorbed and driven by molecular motors
我们制定和表征的模型来描述半柔性聚合物的动力学活动的存在下，由于电机蛋白附着不可逆的基板，和横向拉力作用在一端的细丝。马达蛋白的随机结合-解结合及其沿聚合物移动的能力产生主动力。当拉力达到阈值时，聚合物最终从基底上解吸。进行分子动力学模拟的聚合物中存在的朗之万热浴，和随机电机活动，我们得到的解吸相图。解吸馏分的波动的相关时间增加，接近完全解吸，定量捕获的幂律谱密度。我们目前的相图的理论分析，使用平均场近似在弱弯曲极限的聚合物和进行线性稳定性分析。这预测的解吸力与聚合物的抗弯刚度，主动速度和马达蛋白的持续合成能力的增加，以捕捉模拟结果的主要特征。
2015-10-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Master Equation Approach to Molecular Motors
主方程方法分子马达允许描述一个机械化学循环系统的化学和平移自由度是平等对待。一个广义的细致平衡条件的平衡制度是兼容的福克-普朗克方程在连续极限。Onsager互易关系对于接近平衡的定态成立，只要满足广义细致平衡条件。半现象学的考虑，在马达蛋白的情况下，导致一个离散的动力学模型，有趣的可观察到的量可以直接计算和实验数据进行比较。
2001-08-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stochastic kinetics of ribosomes: single motor properties and collective behavior
细胞中蛋白质分子的合成是由核糖体完成的。核糖体可以被认为是一个分子马达，它利用输入的化学能在信使RNA（mRNA）轨道上移动，该轨道也用作相应蛋白质聚合的模板。然而，向前运动的特征是移位和停顿的交替序列。使用一个定量模型，它捕获的机械化学循环的一个单独的核糖体，我们推导出一个{ \it精确}的分析表达式，其停留时间的分布在连续的位置上的mRNA轨道。平均停留时间的倒数满足"Michaelis-Menten类“方程，并且与具有无分支机械化学循环的分子马达的平均速度的通式一致。适当地推广这个公式，我们还推导出了核糖体的精确力-速度关系。通常许多核糖体同时在相同的mRNA轨道上移动，而每个核糖体合成相同蛋白质的拷贝。我们扩展了一个单一的核糖体的模型，将空间排斥不同的个人在同一个轨道上。我们绘制了这个模型的相图的核糖体交通在3维空间跨越实验可控参数。我们建议对我们的理论预测进行新的实验检验。
2009-07-12 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Motor Proteins Have Highly Correlated Brownian Engines
双头马达蛋白，如驱动蛋白和动力蛋白，水解环境ATP，以沿着细胞骨架丝如微管单向推进。在驱动蛋白的情况下，蛋白质头部主要结合在构成微管原丝的不对称α-β 8 nm长的微管蛋白二聚体的α微管蛋白位点上。驱动蛋白二聚体克服高达5 pN的局部结合力，并且已知以ATP浓度依赖性速度在原丝上移动，同时平均每8 nm步长水解一个ATP分子。蛋白质轨迹的显著特征是从一个微管蛋白二聚体到下一个微管蛋白二聚体的明显突然的通常8 nm长的步骤，与微管蛋白位点处的长的静止结合期交错。这种类型的离散行走的特征在于与纯偏置随机行走相比显著降低的方差，并且因此排除了闪光型棘轮模型作为用于电机运动的可能机制。另一方面，简单的添加剂相关的布朗棘轮，目前正是这些离散的轨迹模式与减少的方差是兼容的蛋白质运动的一般特征。在最简单的这种模型中，蛋白质被简化为一个单一的粒子在一个周期性的非对称微管衍生的潜力和环境和ATP的相互作用包括在一个相关的加性噪声项。对于这个模型，我们表明，由此产生的蛋白质步行功能类似于实验数据。此外，在由弹簧连接的两个质量的更现实的力学模型中，我们发现了与最近的实验事实有关的蛋白质嵌合体的运动的定性协议，该蛋白质嵌合体通过驱动蛋白运动域与非红葡萄酒分离（ncd）颈部区域形成。
1998-06-09 cond-mat.stat-mech q-bio
Interaction Between Motor Domains Can Explain the Complex Dynamics of Heterodimeric Kinesins
马达蛋白是一种在许多生物过程中起关键作用的活性酶分子。它们将化学能转化为机械功，并沿刚性细胞骨架细丝单向运动。单分子实验表明，马达蛋白，由两个马达结构域，移动在一个手在手的机制时，每个亚基之间的变化，在交替步骤的尾随和领先的位置，这些亚基不相互作用。然而，最近的实验表明，异源二聚体驱动蛋白的运动域不是独立的，而是强烈耦合和协调，虽然这些相互作用的机制还不清楚。我们提出了一个简单的离散随机模型来描述同二聚体和异二聚体双头马达蛋白的动力学。有人认为，马达结构域之间的相互作用修改每个马达亚基的自由能景观，马达蛋白仍然通过手在手的机制，但不同的转换速率。我们的生物物理性质的计算与实验观察一致。提出了几种检验理论模型的方法。
2007-03-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Master equation approach to protein folding
本文用主方程方法精确地研究了正方形晶格上两个12-单体杂聚物的动力学。确定了本征态占据的时间演化。在低温下，中值折叠时间遵循阿克里乌斯定律，并由最长的弛豫时间决定。对于好的文件夹，显着的动力学陷阱出现在折叠漏斗，而对于坏的文件夹，陷阱也发生在非本地能量谷。
1999-04-07 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio
Bidirectional motion of filaments: Role of motor proteins and passive cross linkers
在真核细胞中，马达蛋白（MP）与细胞骨架丝结合并沿其定向运动，产生主动应激。在细胞分裂过程中，一种纺锤体结构的重叠反平行微管（MT）的形式，其稳定性和动力学的影响下的MPs已被广泛研究。尽管已知被动交联剂（PCL）为丝状网络提供结构稳定性，但MP的ATP依赖性主动力和PCL对MT重叠的被动熵力之间的相互作用的后果仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们制定和表征的模型来研究这一点，使用线性稳定性分析和数值积分。在PCL的存在下，我们发现动态相变与变化的活动表现出制度的稳定部分重叠或没有振荡，不稳定的完全重叠，和稳定的极限环振荡，出现通过超临界Hopf分叉，其特征在于由MP和PCL参数确定的振荡频率。我们发现，重叠动力学和稳定性的关键取决于是否重叠对的两个MT是可移动的或一个是固定的，在体内和体外研究具有潜在的影响。
2017-06-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Master equation approach to protein folding and kinetic traps
12-单体晶格杂聚物的主方程的数值求解和本征态的占有率的时间演化的确定。在低温下，中值折叠时间遵循阿克里乌斯定律，并由最长的弛豫时间决定。对于好的文件夹，显着的动力学陷阱出现在折叠漏斗，而对于坏的文件夹，陷阱也发生在非本地能量谷。
1998-04-21 cond-mat.stat-mech hep-lat physics.bio-ph
Force generation in small ensembles of Brownian motors
某些革兰氏阴性菌的运动是由IV型菌毛表面细丝的收缩介导的，这是感染性所必需的。收缩由强大的分子马达蛋白PilT提供动力，产生可以超过150 pN的非常高的力。马达机制的分子细节在很大程度上仍然是未知的，而其他特征已经被确定，例如PilT马达的环形蛋白质结构。由PilT系统产生的令人惊讶的高力激发了对分子马达中产生大力的模型研究。我们提出了一个简单的模型，涉及一个小合奏的电机子单元相互作用，通过变形的圆形骨干有限的刚度。该模型描述了电机亚基的扩散粒子在一个不对称的，时间依赖性的结合电位（闪烁棘轮电位），大致对应于ATP水解周期。我们计算力-速度关系的参数空间的一个子集，并探讨如何确定最大的力（失速力）的刚度，结合强度，合奏大小，和不对称程度。我们确定两个定性不同的制度的操作依赖于合奏大小和不对称之间的关系。在这两个制度之间的过渡，失速的力量依赖于非线性的电机子单元的数量。与没有相互作用的组分相比，我们发现了更高的效率和定性不同的力-速度关系。该模型捕捉到几个定性的功能在实验中获得的菌毛收缩力，如在低施加的力和不敏感的失速力的ATP浓度的变化，如大致恒定的速度。
2006-08-09 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Vectorial Loading of Processive Motor Proteins: Implementing a Landscape Picture
单个的进行性分子马达，其中常规驱动蛋白是定量研究最多的，沿着极性分子轨道移动，并且通过在系链上施加力${\bm F} = (F_x,F_y,F_z)$，拖动细胞货物，{ \em in vivo}，或球形珠，{ \em in vitro}，采取高达数百纳米尺度的步骤。通过观察速度和位移随时间的分散，在测量的力和受控的燃料供应（通常是ATP）下，人们可能希望获得对各个步骤中所经历的分子运动的洞察。在最简单的情况下，载荷力${\bm F}$可以被认为是平行于轨道作用的标量阻力$F_x < 0$：然而，最初由Gittes { \em et al.}（1996）施加了垂直（或垂直）载荷$F_z > 0$，而最近Block和同事（2002，2003）以及Carter和Cross（2005）研究了{ \em辅助}（或反向）载荷$F_x > 0$，以及侧向（或横向）载荷$F_y \neq 0$。
2005-06-07 cond-mat.stat-mech
Master equation of proteins in interaction with implicit or explicit solvent
在晶格模型上对蛋白质折叠的理论研究依赖于这样一个假设，即氨基酸附近的水在整个折叠过程中始终处于热平衡。在这个框架内，它一直被认为是平衡外的属性，如折叠时间，可以等同地从一个平均超过一个集合的轨迹的蛋白质与水描述eitherexplanary或通过一个平均场的方法进行评估。为了批判性地评估这一假设，我们建立了一个蛋白质与水分子相互作用的二维晶格模型，该模型可以采用各种构象。这种微观描述的溶剂已被用来进一步推导出一个有效的模型，平均超过所有的自由度的溶剂。在热平衡下，这两种描述是严格等价的，预测了相同的蛋白质折叠构象。该模型允许使用与两种溶剂描述相关的主方程精确计算一些弛豫性质。与折叠途径相关的动力学模式是显著不同的。在这项工作中，我们证明，一个有效的描述溶剂不能正确地描述蛋白质的折叠途径。微观溶剂模型，正确地描述了微观路线，似乎是唯一的候选人研究折叠动力学。
2012-02-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
From aggressive driving to molecular motor traffic
动力蛋白马达蛋白的步长最近的实验结果的启发，我们开发了一个元胞自动机模型的动力蛋白马达的细胞内交通纳入特殊功能的障碍依赖步长的个别电机。我们首先调查的侵略性驾驶模型（ADM），一个简单的元胞自动机为基础的车辆交通模型，其中一个独特的功能是，它允许一个自然的扩展，以捕捉动力蛋白汽车交通的基本特征的属性。我们首先计算几个集体属性的ADM，在周期性和开放的边界条件下，分析使用两种不同的平均场方法，以及通过进行计算机模拟。然后，我们扩展的ADM，将附着和分离的电机上的轨道，这是一个共同的特点，被统称为细胞骨架马达的一大类马达蛋白的可能性。的边界和散装动力学的附着和分离的电机的轨道的相互作用，产生了一个阶段，高和低密度相分离的稳定的畴壁共存。我们还比较和对比我们的结果与模型Parmeggiani等。等（Phys. Rev. Lett. { \bf 90}，086601（2003）），其可以被认为是用于称为驱动蛋白的运动蛋白的密切相关家族的运输的极小模型。最后，我们比较了动力蛋白和驱动蛋白马达的运输效率在一个范围内的模型参数的值。
2006-10-07 cond-mat.stat-mech
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
Energy Transfer in a Molecular Motor in Kramers' Regime
我们提出了一个理论处理的能量转移的分子马达描述的过阻尼布朗运动的多维倾斜周期势。倾斜作为热力学力驱动系统脱离平衡，对于不可分势，能量转移发生在自由度之间。对于深势阱，连续理论转换成一个离散的主方程，这是易于分析。我们使用这个主方程推导出的跳跃率，漂移，扩散，效率和能量转移率的热力学力的正式表达式。这些结果跨越了自由度之间的强耦合和弱耦合，描述了接近和远离平衡状态，并且与广义细致平衡和Onsager关系是一致的。因此，我们在一个单一的理论框架内推导出许多不同的结果分子马达。
2013-09-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Crowding of molecular motors determines microtubule depolymerization
微管的组装和拆卸动力学是由微管相关蛋白紧密控制的。在这里，我们调查如何加上端定向解聚酶的驱动蛋白-8家族调节MT解聚动力学。采用以个人为基础的模型，我们重现实验结果。此外，拥挤被确定为解聚动力学的关键调节机制。我们的分析给出了两个性质不同的制度。对于电机密度超过一个特定的阈值，一个宏观的交通堵塞出现在加端和MT动态成为独立的电机浓度。低于该阈值，在尖端处出现微观交通堵塞，其抵消解聚动力学的影响，使得解聚速度仅由电机密度确定。由于这种密度随MT长度而变化，因此长度依赖性调节是可能的。值得注意的是，电机协同性不影响解聚速度，但只影响解聚酶的末端停留时间。
2011-11-14 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Traffic of cytoskeletal motors with disordered attachment rates
出于分子马达和tau蛋白之间的相互作用的实验结果，我们扩展了基于晶格的模型的细胞内运输，包括第二种粒子，局部影响电机丝附着率。我们考虑各种精确可解的限制的随机多粒子模型之前，专注于低电机密度制度。在这里，一个近似处理的基础上的随机游走行为的单电机给出了良好的定量协议与模拟结果的τ-依赖的电机电流。最后，我们讨论了我们的结果可能的生理影响。
2010-02-19 cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Intra-cellular traffic: bio-molecular motors on filamentary tracks
分子马达是利用某种形式的输入能量进行机械功的大分子复合物。这些马达在其上运动的神经轨迹由蛋白质（例如，微管）或核酸（DNA或RNA）。通常，许多这样的发动机在同一轨道上同时移动，它们的集体性质与高速公路上的车辆交通有表面上的相似之处。我们开发的模型提供了“统一”的描述：在低密度极限下，一个模型捕获了单个电机的传输特性，而在更高的密度下，同一模型解释了相互作用电机的集体时空组织。通过与车辆交通的类比，我们引入了新的量来表征分子马达在其轨道上的时空组织的性质。我们展示了如何交通样的细胞内集体现象取决于相应的个别电机的机械化学。
2008-01-15 cond-mat.stat-mech 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
A Brownian Dynamics Model of Kinesin in Three Dimensions Incorporating the Force-Extension Profile of the Coiled-Coil Cargo Tether
驱动蛋白家族的马达蛋白参与多种细胞过程，运输物质和产生力。随着实验技术的最新进展，例如可以探测单个分子的光镊，人们越来越感兴趣地了解马达蛋白将化学能转化为机械功的机制。在这里，我们提出了一个数学模型的化学和三维力学的驱动蛋白马达蛋白，它捕获了许多力依赖的功能的电机。对于将货物附着到马达的系绳的弹性，我们开发了一种方法，用于从光阱数据导出非线性力-延伸关系。对于驱动蛋白头，货物，和显微镜阶段，我们制定了一个三维布朗动力学模型，考虑到排除体积相互作用。为了有效地计算统计数据的模型的算法，提出了使用两步协议，该协议分离的模型的化学动力学的模型的机械特征的模拟。利用该方法计算了马达输送的小球的力相关平均速度和随机参数，并与实验数据进行了比较。
2009-10-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Energetics and efficiency of a molecular motor model
Mogilner等人提出的线性分子马达模型的能量学和效率（Phys.Lett. 237，297（1998））从分析的角度进行了分析。该模型是基于蛋白质摩擦与轨道的耦合Langevin方程的运动结合耦合主方程的ATP水解。在这里，电动机的能量和效率是使用多体方案解决的，重点是在最大功率（EMP）的效率。据发现，EMP从约10百分之启发式描述的电机减少到约1千分之一时，将完整的电机动态，由于强大的耗散与电机的动作。
2014-10-03 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Motion of rotatory molecular motor and chemical reaction rate
利用只考虑扩散过程的模型，研究了旋转分子马达的旋转速度和质子迁移率等物理量与化学反应速率的关系.发现了一种特殊的质子转运行为，这种行为增强了马达蛋白的能量转换效率。我们给出了一个自然的解释，即当化学反应速率之间存在某些不平等时，这种行为是普遍的。这为考察分子马达的运动是否受扩散过程控制提供了线索。
2003-08-16 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio
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
Random walks of molecular motors arising from diffusional encounters with immobilized filaments
分子马达在细胞骨架丝上的运动用直线上的定向行走来描述。允许从这条线上分离的概率很小。周围流体的运动可以用对称随机游动来描述。分离和再附着的影响计算的主方程在二维和三维的解析解。结果得到的分数绑定电机，他们的平均速度和位移。平行于细丝的扩散系数变得非常大，因为在束缚马达的定向运动的存在下，分离和随后的再附着导致密度分布的加宽。微管上原丝的出现是由结合位点的内部状态来模拟的。经过一段短暂的时间后，所有的原丝变得同样多。
2003-12-17 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Transport on a Lattice with Dynamical Defects
自然界中的许多输运过程都发生在基底上，通常被认为是一维通道。这些一维底物通常是非静态的：受波动环境的影响，它们可以发生构象变化。在生物细胞中尤其如此，其中底物的状态通常与大分子复合物的主动运动相耦合，例如微管上的马达蛋白或mRNA上的核糖体，从而引起新的有趣现象。受生物过程如核糖体蛋白质合成和马达蛋白质运输的启发，我们引入了耦合到驱动格子气动力学的局部动力学位点的概念。我们调查的动力学缺陷的存在下的运输现象，并发现一个新的制度，其特征在于由一个间歇性的电流和严重的有限尺寸效应。我们的研究结果表明，不仅在生物学中，而且在更一般的情况下，运输的动态缺陷的监管作用的影响。
2013-01-10 cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Force and Motion Generation of Molecular Motors: A Generic Description
我们回顾了生物马达蛋白质的性质，这些蛋白质沿着极性和周期性的线性细丝运动。这种发动机的操作的物理学可以通过耦合到化学反应的简单随机模型来描述。我们分析了力和运动产生的基本特征，并在两态模型的框架下讨论了单电机的一般性质。包含大量马达（如肌肉和鞭毛）的系统激发了在简单模型框架内对许多相互作用马达的研究。在这种情况下，集体效应可能导致新的行为类型，如动态不稳定的稳定状态和振荡运动。
1999-08-28 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio
Boundary-bulk interplay of molecular motor traffic flow through a compartment
在晶格驱动的扩散系统的框架内模拟了马达蛋白质在中间轨道上的流动。电机，被认为是跳跃粒子，执行高度偏置的不对称排斥过程时，绑定到灯丝。它们以一定的速率从纤维上脱离，在封闭的立方腔体中进行无偏随机游动。马达从沿着隔室的对称轴线定位的灯丝的最左（最右）部位注入（提取）。我们探讨了该系统的输运性质，并研究了系统定态上的体边界相互作用。结果表明，剥离速率对系统性能有显著影响。特别是，与ASEP相反，研究表明，当脱离率变化时，束缚颗粒的密度分布表现出不同类型的非单调行为。结果表明，在某些情况下，密度分布的长丝由共存的高和低的区域。
2005-12-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Exact solution of a stochastic protein dynamics model with delayed degradation
我们研究了蛋白质动力学的随机模型，明确包括延迟的降解。我们严格地推导出主方程的过程，并准确地解决它。我们表明，得到的平均值的方程不同于其他直观地提出和振荡行为是不可能在这个系统中。本文讨论了随机时滞系统中关联函数的计算问题，强调了它与马尔可夫过程的区别。精确的结果可以澄清随机性和延迟之间的相互作用。
2011-07-20 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
On the kinetics that moves Myosin V
分子马达蛋白，如肌球蛋白V、动力蛋白或驱动蛋白，不是棘轮，至少不具有闪烁的不对称电位;关键的不对称性在于动力学活动。我们明确的一个简单的马尔可夫模型，强调动力学（和非热力学）方面的随机运输。分析表明，存在的波动对称性的动力学活动，这是反对称下的尾随和领先的头的电机反转的一部分。电机运动的方向由它决定。
2014-12-20 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Enhanced diffusion of molecular motors in the presence of adenosine triphosphate and external force
在恒定外力作用下，分子马达的扩散被认为是一个简单的理论模型的基础上。马达由布朗粒子在一系列周期性放置在直线上的抛物线势中运动表示，并且通过化学反应将势从一个抛物线随机切换到另一个抛物线，这对应于马达蛋白中ATP的水解或合成。结果发现，扩散系数作为力的函数表现出峰值。这种扩散增强的机制和观察它的生物旋转马达F1-ATP酶的可能性，进行了讨论。
2016-05-31 cond-mat.stat-mech
Reverse engineering of mechano-kinetic parameters from stochastic force profiles in heterogeneous ensembles of molecular motors and tracks
Istituto Nazionale di Ottica, Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-INO)（意大利国家光学研究所，意大利国家研究委员会）；University of Florence（佛罗伦萨大学）；Department of Physics and Astronomy, University of Florence（佛罗伦萨大学物理与天文学系）
该研究开发了一个随机框架，用于描述具有不同力学-动力学特性的肌球蛋白马达异质集合，并实现了对力学-动力学参数及集合大小的同时推断，为表征异质性肌动蛋白-肌球蛋白系统提供了定量工具。
2026-09-09 cond-mat.stat-mech
The Mathematical Theory of Molecular Motor Movement and Chemomechanical Energy Transduction
在水环境中由循环生化反应驱动的单马达蛋白质分子运动模型的数学公式导致以耦合扩散方程为特征的漂移布朗运动。在这篇文章中，我们介绍了连续模型的基本概念，并回顾了问题的一些渐近解。随机，非平衡热力学解释的数学方程及其解决方案。一些相关的数学，主要是在随机过程领域，进行了讨论。
2001-06-15 cond-mat.stat-mech q-bio
Walks of molecular motors interacting with immobilized filaments
分子马达在细胞骨架丝上的运动用直线上的定向行走来描述。允许从这条线上分离的概率很小。周围流体的运动可以用对称随机游动来描述。分离和再附着的影响计算的主方程的解析解。结果得到的分数绑定电机，他们的平均速度和位移。封闭的系统在有限的几何形状（管，板）导致一个实验上可实现的问题，这是研究在一个连续的描述，也在数值上的晶格模拟。
2004-08-30 cond-mat.stat-mech
Brownian molecular motors driven by rotation-translation coupling
我们研究了三种布朗马达模型，它们通过打开和关闭一个势将旋转扩散转化为定向平移运动。在第一个模型中，空间不对称势通过整流旋转扩散产生定向平移运动。它的行为很像一个传统的闪光棘轮。第二种模型利用旋转扩散和漂移来产生平移运动，而没有空间不对称的潜力。该第二模型可以由布朗马达机制（扩散驱动）或动力冲程（漂移驱动）的组合驱动，这取决于所选择的参数。在第三个模型中，布朗电机和动力冲程机制的元素通过在三个不同状态之间切换来组合。生物马达蛋白的模型的相关性进行了讨论。
2006-06-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
A Stochastic Model of Translocation of Knotted Proteins
针对打结蛋白质易位时可能因结收紧卡住或结滑开实现易位的问题，构建带时间周期性势场的能量势垒模型模拟分子马达作用，得到易位时间与拉力周期的关系并分析其渐近极限和生物学意义。
2023-11-07 cond-mat.stat-mech
Pump process of the rotatory molecular motor and its energy efficiency
研究了受ATP合成酶$F_o$旋转马达启发的棘轮模型的泵送过程。在这个模型中有两种特征时间。一个是动力学的，系统的弛豫时间。另一些是化学反应，即质子与马达蛋白结合或解离的化学反应速率。它们之间的不等式影响物理量的行为，例如旋转速度和穿过膜的质子泵送速率。计算了能量转换效率，并讨论了能量转换效率提高的条件。质子泵送速率和效率具有峰值，其中化学反应速率和弛豫时间的倒数之间的某组不等式成立。对于一定的负载值，效率也有一个峰值。泵过程的最佳效率条件与马达过程的最佳效率条件是一致的。
2004-11-06 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.QM
Thermodynamic inference in molecular motors: a Martingale approach
针对纳米级分子马达直接测量难、信息提取有限的问题，提出基于鞅理论的热力学推断策略，利用停时积分涨落定理和熵产生偏移界，在F1-ATPase模型中实现了旋转功、有效温度等热力学量的估计。
2025-09-02 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Understanding Mechanochemical Coupling in Kinesins Using First-Passage Time Processes
驱动蛋白是一种以步进方式沿微管运动的进行性马达蛋白，其运动由ATP水解提供动力。最近的实验已经研究了单个驱动蛋白分子的各个步骤和ATP水解之间的耦合，明确考虑到向前步骤，向后步骤和determination。动力蛋白中的机械化学耦合的理论研究，扩展了成功地用来描述传统的马达蛋白的动力学的方法，提出。驱动蛋白从微管的不可逆determination的可能性也明确考虑。利用首次通过时间方法，采用最简单的两态模型对驱动蛋白中机械化学耦合的实验数据进行了全面的描述。结果表明，驱动蛋白向前或向后移动一步，或不可逆地解离的停留时间是相同的，虽然这些事件的概率是不同的。它的结论是，目前的理论观点，只有马达蛋白分子的向前运动耦合到ATP水解，是一致的所有可用的实验观察驱动蛋白。
2004-06-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Realistic Models of Biological Motion
生物运动的起源可以追溯到分子马达蛋白的功能。细胞质动力蛋白和驱动蛋白在我们的细胞内沿着一条聚合物细丝（微管）运输细胞器。肌球蛋白分子沿着肌动蛋白丝的运动是我们肌肉收缩的原因。最近的实验已经能够揭示个别运动蛋白的运动的一些重要特征，并且已经开发了一种新的统计物理描述-通常被称为“热棘轮”-用于描述这些分子的运动。在这种方法中，电机被认为是布朗粒子沿一维周期性结构的运动，由于非平衡涨落的影响。假设粒子之间的特定类型的相互作用，可以使模型更逼真。我们已经能够给我们的模型的驱动蛋白与弹性耦合的布朗头和肌球蛋白丝的运动，其中电机连接通过一个刚性的骨干解析解。我们的理论预测与各种实验结果非常一致。此外，我们考虑了大量的分子马达之间的相互作用所产生的影响，导致了一些新的合作运输现象。
1998-10-24 cond-mat.stat-mech q-bio
Steady-state dynamics of exclusion process with local reversible association of particles
许多生物学过程都由称为马达蛋白或分子马达的特殊分子支持，这些分子沿着线性蛋白质丝运输细胞货物，并且可以可逆地与它们的轨道相关联。受这些观察的刺激，我们开发了一个理论模型的集体动力学的生物分子马达，占当地协会/解离事件。在我们的方法中，仅通过排斥相互作用的粒子沿着晶格在优选方向上移动，而在远离边界的特定位置处允许可逆缔合。考虑结合/解离位点作为一个局部缺陷，非均匀系统近似为两个耦合的均匀子晶格。这使我们能够获得一个完整的描述系统中的静态动态。研究发现，稳态相的数目和性质强烈依赖于缔合和解离跃迁速率的值。微观参数来解释这些观察结果，以及生物学的影响，也进行了讨论。理论预测与大量的蒙特卡罗计算机模拟吻合得很好。
2021-03-16 cond-mat.stat-mech
Synergic mechanism and fabrication target for bipedal nanomotors
受到能够在活细胞中进行运输的二聚马达蛋白的启发，已经花费了大量的努力来制造具有两个脚样组件的履带行走纳米马达，每个组件可以响应于试剂消耗的局部事件而结合或脱离履带上的锚定基团阵列。制造双足纳米电机的核心问题是电机作为一个整体如何获得定向履带行走的协同能力，因为每个踏板组件通常无法单独进行任何方向漂移。迄今为止实施的双足马达通过直观的策略解决了这个复杂的问题，该策略需要异足马达、用于轨道的多个锚定物种以及用于马达操作的多个试剂物种。在这里，我们提出了一个详细的分子机制，电机水平的方向性产生的homo-pedal电机沿最低限度的异构轨道。最佳地，操作可以减少到随机供应单一种类的试剂以允许马达的自主功能。该机制表明了一种明显降低系统要求的制造目标。有趣的是，该机制的缺陷形式落入众所周知的布朗电机机制的领域，但从该机制的正常工作中出现了明显的特征。
2009-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Exact Solutions of Burnt-Bridge Models for Molecular Motor Transport
运输的分子马达，刺激的相互作用与连续的结合位点之间的特定链接（称为“桥”），理论上研究通过分析离散状态随机“烧桥”模型。当一个无偏的扩散粒子穿过桥时，链接可以以$p$的概率被破坏（“烧毁”），从而为粒子创建一个有偏的定向运动。结果表明，对于燃烧概率$p=1$，系统可以映射到一维单粒子跳跃模型沿周期无限晶格，允许一个精确地计算所有的动力学性质。对于一般情况的$p<1$，本文提出了一种新的理论方法，并显式计算了其动力学性质。对离散时间和连续时间动力学、桥的周期性和随机分布以及不同的燃烧动力学进行了分析和比较。理论预测得到了广泛的Monte Carlo计算机模拟的支持。理论结果用于分析胶原酶马达蛋白的实验。
2006-10-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamic Properties of Molecular Motors in Burnt-Bridge Models
通过离散状态随机“烧桥”模型，从理论上研究了分子马达的动力学性质。粒子的输运被看作是沿具有周期性分布的弱连接的一维晶格的有效扩散。当一个无偏的随机游走者经过薄弱环节时，它可以以概率p被摧毁（“烧毁”），从而在分子马达的运动中提供一个偏差。提出了一种新的理论方法，可以精确计算所有动力学性质的马达蛋白，如速度和分散，在一般条件下。结果表明，弥散是桥浓度的递减函数，而弥散对燃烧概率的依赖关系则更为复杂。我们的计算还显示了一个差距，分散非常低浓度的弱链接，这表明一个动态的相变之间的无偏和有偏扩散制度。理论研究结果支持蒙特卡罗计算机模拟。
2007-05-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
