Gliding microtubules exhibit tunable collective rotation driven by chiral active forces
本研究通过实验和模拟揭示，马达施加的主动力中的手性可在无形状手性时驱动微管滑行中集体旋转，且可通过调节丝刚度调控旋转速度与方向。
2025-07-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Collective force generated by multiple biofilaments can exceed the sum of forces due to individual ones
集体动力学和细胞骨架丝产生的力在许多细胞过程中是至关重要的。调查一束N独立的细胞骨架丝推靠墙的生长动力学，我们表明，化学开关（ATP/GTP水解）导致一个集体的现象，目前是未知的。获得力-速度的关系，捕获化学开关的不同模型，我们表明，分析和数值计算，集体失速力的N个灯丝是大于N倍的失速力的一个单一的灯丝。利用一个精确可解的玩具模型，我们对N=2的情形，解析地证明了上述结果。我们，进一步，数值显示存在这种集体现象，N>=2，在现实的模型（随机和顺序水解），模拟肌动蛋白和微管束生长。我们定量预测的多余的力量，并认为这种集体效应是有关的非平衡性质的化学开关。
2014-05-14 physics.bio-ph q-bio.SC
Bifurcations and nonlinear dynamics of the follower force model for active filaments
本文利用计算动力系统方法研究主动细丝随动力模型中的分岔，追踪时间周期分支并发现新的准周期状态，同时分析细长度的影响，从而全面刻画该模型的非线性动力学行为。
2024-06-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Collective Dynamics in Active Polar Polymer Assemblies
该研究通过含时间随机性的活性梯度驱动TDAPs，揭示位阻互锁导致低浓度下层级缠结与凝胶化的新机制。
2025-09-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Multicomponent rendezvous of cofilin, profilin and twinfilin at the actin filament barbed end
本研究通过结合高通量单丝实验与理论，揭示了profilin、cofilin和twinfilin在肌动蛋白丝barbed端的多组分协同动力学，发现成对相互作用可有效描述其解聚行为。
2023-11-11 physics.bio-ph
Flexibility Induced Motion Transition of Active Filament: Rotation without Long-range Hydrodynamic Interaction
本文从形状运动学和流体动力学的角度研究主动半柔性细丝的运动。三种类型的细丝运动被发现：平移，蛇形和旋转。柔性的变化将导致形状运动学的不稳定性，并进一步导致形状运动学相对于质心运动的不对称性，这分别导致从平移到蛇形的类连续过渡和从蛇形到旋转的类一阶过渡。特别有趣的是，我们发现，长程流体动力学相互作用是不必要的细丝旋转，但可以显着提高其外观的参数区域。这一发现可能提供了一个证据，即实验发现的集体旋转的活动丝更有可能产生的个人财产，即使没有远程流体动力学相互作用。
2012-10-23 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Long-range nematic order and anomalous fluctuations in suspensions of swimming filamentous bacteria
我们研究的集体动力学细长的游泳者在一个非常薄的流体层设计长，丝状，非翻滚细菌。强约束诱导弱的碰撞时，其中，足够大的密度的细胞，引起全球的有序排列。这种均匀但波动的相，在最大的实验上可达到的毫米尺度上观察到，表现出由标准模型预测的群集特性，如Vicsek风格的极性粒子模型与排列：真正的长程有序和非平凡的巨数波动。
2017-02-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Supramolecular assemblies in active motor-filament systems: micelles, bilayers, and foams
本文建立马达-丝状体活性物质的微观模型并推导连续介质方程，揭示胶束、双层和泡沫的形成及分支与指状不稳定性机制。
2024-01-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Emergent Structures in an Active Polar Fluid : dynamics of shape, scattering and merger
空间局部化的缺陷结构自发出现在一个积极的极性流体的流体动力学描述，包括极性的'肌动蛋白'丝和'肌球蛋白'马达蛋白，（联合国）结合到丝和施加积极的收缩应力。这些新兴的缺陷结构的特点是不同的纹理，可以是静态或移动-我们推导出有效的运动方程，这些“扩展粒子”，并分析其形状，动力学，相互作用和散射。根据碰撞参量和推进速度，这些活性缺陷经历弹性散射或合并。我们的研究结果是相关的动态肌动球蛋白致密结构在细胞皮质，重组肌动球蛋白复合物和二维活性胶体凝胶。
2017-01-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Asymptotic theory of hydrodynamic interactions between slender filaments
流体动力学相互作用在生物物理学研究中非常重要，因为它们影响微生物和自推进颗粒的集体和个体行为。例如，微游泳者水平的HI决定了个体之间的吸引或排斥，从而决定了他们的集体行为。同时，游泳附属物（如纤毛和鞭毛）之间的HI影响游泳步态，同步束和异时波的出现。在这项研究中，我们解决的问题之间的细长细丝分离的距离大于他们的轮廓长度（d>L）的渐近计算和数值模拟。我们首先推导出两根任意形状刚性纤维的扩展阻力矩阵的解析表达式，作为d/L>1的逆幂级数展开式。我们的渐近级数展开的系数，然后评估使用两个行之有效的方法细长细丝，连续力理论（RFT）和细长体理论（SBT），我们的渐近理论进行了验证，使用数值模拟的基础上SBT的情况下，两个平行的螺旋。该理论捕捉到了d/L>1的相互作用的定性特征，这为更深入地理解流体动力学控制的现象（如丝间同步和多鞭毛推进）开辟了道路。为了证明我们的结果的有用性，我们接下来将我们的理论应用到两个螺旋并排旋转的情况下，在那里我们量化了所有力和扭矩对它们之间的距离和相位差的依赖性。使用我们的理解成对的HI，然后我们提供的旋转螺旋的圆形阵列的情况下的物理直观。我们的理论结果将有助于研究细菌鞭毛，节纤毛和细长的微游泳者之间的HI。
2021-07-07 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Cellular dynamics emerging from turbulent flows steered by active filaments
提出含两个张量序参量的连续介质理论，揭示活性丝束流动排列参数如何调控上皮细胞层的活性湍流、细胞取向及拓扑缺陷运动。
2025-01-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Zoology of collective patterns modulated by non-reciprocal, long-range interactions
Universidade Federal do Rio de Janeiro（里约热内卢联邦大学）；CY Cergy Paris Université（塞吉-蓬图瓦兹CY大学）
研究非 reciprocity 和长距离相互作用对集体模式的影响，发现不同拓扑结构和运输特性，揭示了单物种活性粒子在二维和三维中的物理特性。
2026-04-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active dislocations and topological traps govern dynamics of spiraling filamentous cyanobacteria
研究二维受限超长丝状蓝细菌的集体滑行动力学，发现“活性螺旋”涌现图案，通过活性位错和拓扑陷阱机制揭示黏附力、活性与几何在稳定动态图案形成中的关键作用。
2023-05-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Rapid local compression in active gels is caused by nonlinear network response
活细胞中的肌动蛋白细胞骨架与肌球蛋白马达蛋白一起产生直接或间接驱动基本细胞过程的力。细胞骨架的半柔性细丝可以对马达的集体作用作出非线性响应。在这里，我们调查力学和力的产生在一个模型肌动蛋白细胞骨架，在体外重建，通过观察嵌入的微米级探针颗粒的响应和波动。肌球蛋白微丝可以模拟为力偶极子，并引起周围交联肌动蛋白网络的变形。异常相关的探针波动表明，除了普通的线性剪切弹性（不可压缩）力偶极子的响应出现的网络的快速局部压缩的存在。压缩的异常传播可以归因于肌动蛋白丝对微观力的非线性响应，并且与马达产生的大规模凝胶硬化定量一致。
2019-12-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
The physics of active polymers and filaments
活性物质剂消耗内能或从环境中提取能量用于运动和力的产生。已经相当通用的模型，如积极的布朗粒子的合奏，表现出的现象，这是不存在的平衡，特别是运动引起的相分离和集体运动。进一步有趣的非平衡效应出现在组装的结合活性剂，如在线性聚合物或长丝。活性和构象自由度的相互作用产生了新的结构和动力学特征的个别聚合物，以及在相互作用的合奏。这种不平衡聚合物是生命物质的组成部分，从具有由细胞骨架中的马达蛋白和转录过程中的RNA/DNA推动的细丝的生物细胞，到长群集细菌和蠕虫，例如奇异变形杆菌和秀丽隐杆线虫。甚至人工活性聚合物也已合成。活性聚合物或细丝的涌现性质取决于活性过程与其构象自由度的耦合，这方面在本文中得到了解决。切向和各向同性自推进或主动浴驱动的聚合物的理论模型，在存在和不存在的流体动力学相互作用。他们的构象和动力学性质的后果进行检查，强调强烈的影响活动和流体动力学相互作用之间的耦合。新兴的现象，诱导的空间和流体动力学相互作用的特殊功能，突出显示。各种重要的，但理论上未探索，方面的特点和未来的挑战进行了讨论。
2020-06-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spindles and active vortices in a model of confined filament-motor mixtures
本文通过数值模拟受限离散细丝-马达蛋白模型，发现了纺锤体、星体和涡旋等结构的自发形成，揭示了压力、马达速度与密度对自组织状态的影响，并强调需进一步理解活性凝胶微观活动与宏观自组织间的联系。
2011-07-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Phase segregation of passive advective particles in an active medium
局部收缩配置或星状自发出现和消失的积极极性肌动球蛋白丝的集体随机动力学的紧急结构。与活性细丝结合（未结合）的被动颗粒平流进入紫苑，形成短暂的簇。我们研究了相位分离的被动平流标量在介质中的动态星，作为一个函数的星密度和星重塑粒子扩散的比率。粗化的动力学表现出强烈的违反Porod行为，这表明扩散界面。相分离定态显示出强烈的多尺度涨落和间歇性。我们希望这些独特的非平衡功能，体现在肌动蛋白依赖的分子聚集在细胞表面。
2016-01-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Collective behavior of penetrable self-propelled rods in two dimensions
自推进粒子的集体行为在运动性测定中在微尺度上观察到游泳者如精子和细菌以及蛋白质细丝。这类系统的性质既取决于它们的维数，也取决于它们粒子之间的相互作用。我们引入了一个二维自推进杆模型，该模型通过分离位移的伦纳德-琼斯势相互作用。由于有限的势垒，棒能够交叉。这个模型使我们能够有效地模拟系统的自推进杆，有效地在二维移动，但偶尔可以逃脱到第三维，以通过对方。我们的准二维自推进粒子描述了一类活跃的系统，其中包括microswimmer靠近墙壁和细丝推进基板上。利用蒙特卡罗模拟，我们首先确定了被动棒的各向同性相变。使用布朗动力学模拟，我们的特点团簇形成的自推进棒作为一个功能的推进强度，噪音，和能量障碍。与具有无限势垒的棒相反，推进强度的增加不仅有利于对准，而且有效地降低了阻止棒交叉的势垒。因此，我们找到了一个集群窗口，在中等推进强度的最大集群大小。
2014-01-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech 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
Collective migration under hydrodynamic interactions -- a computational approach
基于基质的细胞运动性对于基本生物过程，如组织生长、伤口愈合和免疫应答是必不可少的。即使对这种运动模式的全面理解仍然难以捉摸，但在使用全细胞物理模型进行建模方面已经取得了进展。该模型考虑了细胞运动的主要机制-肌动蛋白聚合，底物介导的粘附和肌动蛋白-肌球蛋白动力学，并将其与空间细胞-细胞和流体动力学相互作用相结合。该模型预测了集体细胞迁移的开始，集体细胞迁移是由于邻近细胞的非弹性碰撞而自发出现的。每个细胞在这里建模为一个积极的极性凝胶，是完成两个漩涡，如果它移动。两个细胞的开放碰撞，两个相互靠近的旋涡湮灭。这导致细胞的旋转，并且与每个细胞中肌动蛋白丝的变形和重新定向一起诱导这些细胞的对齐，并导致持续的平移集体迁移。低雷诺数的影响与非流体动力学模型一样强，但随着雷诺数的增加而减小。
2016-05-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Collective dynamics and self-organization of active particles on random networks
三维细胞外基质（ECM）中的集体细胞迁移对许多生理和病理过程至关重要。迁移细胞可以通过肌动蛋白丝收缩产生主动拉力，该拉力被传递到ECM纤维并导致系统中动态演变的力网络。在这里，我们阐明了这种力网络在调节集体细胞行为的作用，使用最小的活性粒子网络（APN）模型，其中活性粒子可以拉动纤维和跳跃的网络相邻节点之间的本地durotaxis。我们的模型揭示了一个动态的过渡，作为粒子数密度接近临界值，从一个“吸收”状态包含孤立的固定的小粒子团簇，一个“活跃”状态包含一个单一的大集群进行不断的动态重组。这种重组是由集群中的高度动态的“激进”粒子的子集，其数量也表现出在相同的临界密度的过渡为主。由于粒子拉力的作用，“影响球”的渗流是这种转变的基础。我们的研究结果表明，一个强大的机制的基础上ECM介导的机械耦合的集体细胞行为在三维ECM。
2019-04-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Solvent hydrodynamics enhances the collective diffusion of membrane lipids
膜脂的集体运动超过数百纳米和纳秒是至关重要的亚微米复合物的脂质和蛋白质在细胞膜中的形成。这些动力学很难通过实验获得，目前也知之甚少。著名的Saffman-Debrück（SD）理论的结论之一是，小于Saffman长度（微米）的脂质扰动不受包埋溶剂流体动力学的影响。使用分子动力学和粗粒模型与隐式流体力学，我们表明，这是不正确的。膜和溶剂之间的流体动力学相互作用强烈地增强了所有尺度的脂质的短时间集体扩散。在膜和溶剂之间在法向方向上转移的动量（SD理论未考虑）在膜上切向传播，从而在脂质之间诱导长程排斥力。因此，脂质集体扩散系数与干扰波长成比例地增加。我们发现定量协议与预测的异常扩散在准二维动力学，观察到的胶体局限于一个平面，但嵌入在3D溶剂。
2018-03-11 physics.bio-ph
Photosynthetically-powered phototactic active nematic fluids and gels
该研究揭示光强梯度如何诱导蓝细菌丝状体从极性运动转向双极运动并自组装为二维、三维活性向列结构，定量刻画序参量演化、流凝转变及缺陷行为。
2023-09-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Collective behavior of self-propelled rods with quorum sensing
活性剂-如运动性测定中的泳动颗粒、细菌、精子和细胞骨架丝-显示出多种多样的运动性诱导的集体行为，如聚集、聚集和相分离。在生物膜形成过程中，泳动颗粒和细菌的致密悬浮液的行为由两种主要的物理机制决定：（i）体积排阻（短程空间排斥）和（ii）群体感应（由于局部化学环境的改变而导致的较长距离的减少的推进）。为了系统地表征这样的系统，我们研究半穿透自推进杆在两个维度上，与推进力，随着当地杆密度的增加，采用布朗动力学模拟。体积排斥和群体感应都导致相分离，然而，结构和杆动力学有很大的不同。群体感应增强了团簇的极性，诱导了团簇边缘的杆状细胞的非对称性，并增强了团簇形成。对于系统，其中杆在高密度下基本上变得被动，观察到星状和条纹的形成。与具有较小纵横比的杆相比，具有较大纵横比的杆系统显示出更有序的结构，这是由于它们具有更强的对齐，具有几乎圆形的星状结构，以获得强烈的密度依赖性推进力。随着群体感应相互作用范围的增大，局域密度减小，星状结构变得不稳定，并出现极性刺猬簇和具有结构域的簇。我们的研究结果表征结构的形成和动力学由于两个质量不同的相互作用机制，空间位阻和群体感应，这两个相关的工程泳微泳以及生物膜形成的细菌的竞争。
2018-07-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Enhanced mechanical heterogeneity of cell collectives due to temporal fluctuations in cell elasticity
细胞是动态系统，其特征在于生物物理性质如刚度和收缩性的时间变化。最近的研究表明，肌动蛋白丝在细胞皮层（细胞膜下的蛋白质网络）中的招募和释放导致细胞在分裂前变硬，分裂后立即变软。在三维（3D）的细胞集体，目前还不清楚是否在单细胞规模的分裂过程中的刚度变化控制的空间结构和动力学在多细胞规模。这是一个需要理解的重要问题，因为细胞刚度变化在组织空间组织和癌症进展中起着重要作用。使用一个最小的三维模型，结合细胞的出生，死亡，细胞与细胞的弹性和粘附力的相互作用，我们调查的机械异质性的影响-在个别细胞刚度的变化，使肿瘤细胞的集体-肿瘤的空间组织和细胞动力学。我们发现，空间力学异质性的特点是一个球体核心组成的较硬的细胞和较软的细胞在周边出现在密集的三维细胞集体，这可能是一个多细胞肿瘤生长的一般特征。我们发现，提高空间力学异质性增强单细胞动力学和体积肿瘤生长的细胞弹性波动驱动。我们的研究结果可能对理解单细胞刚度的时空变化如何决定肿瘤的生长和扩散具有重要意义。
2022-03-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Noise-assisted quantum electron transfer in photosynthetic complexes
初级电子供体和受体之间的电子转移（ET）在光系统II反应中心（RC）中建模。我们的模型包括（i）两个离散的能级与施主和受主，通过偶极型矩阵元素相互作用和（ii）两个连续流形的电子能级（“汇”），直接与施主和受主相互作用。也就是说，施主和受主的两个分立的能级通过相应的相互作用矩阵元嵌入到它们各自独立的阱中。我们还介绍了经典的（外部）噪声，同时作用于施主和受主（集体相互作用）。我们推导出一个封闭的积分微分方程系统，它描述了非马尔可夫量子动力学的ET。一个区域的参数中，ET动力学可以被简化，并描述耦合常微分方程。使用这些简化的方程，尖锐和平坦的氧化还原电位进行了分析。我们分析和数值计算得到的特征参数，优化ET率和效率在这个系统中。
2013-04-30 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph quant-ph
Instabilities in the transient response of muscle
我们研究的等长瞬态反应的肌肉使用的肌动球蛋白循环的定量随机模型的基础上摆动的双臂假说。我们首先考虑一个单一的对细丝，并表明，当选择的参数，如悬臂位移和横桥弹性的值，以提供有效的能量转换，T2曲线（张力恢复后立即一步位移）显示一个区域的负斜率。如果考虑到细丝柔顺性和结合位点的离散性质，则负斜率减小，但没有消除。这意味着个体半肌节的动力学不稳定。然而，当考虑到整个肌节的对称性时，细丝重排在瞬时过程中变得重要：随着张力恢复，一些半肌节延长，而另一些缩短。这导致如实验观察到的平坦的T2曲线。此外，我们研究的等渗瞬态响应，并表明，对于一系列的参数值的模型显示阻尼振荡，最近在单肌纤维的实验中观察到的。我们的结论是，它是必要的，以考虑集体动力学的许多肌节，而不是一对单丝的动态，解释肌肉的瞬态响应时。
2003-03-20 physics.bio-ph q-bio
A versatile framework for simulating the dynamic mechanical structure of cytoskeletal networks
计算机模拟可以帮助理解简单成分之间的相互作用如何产生集体材料属性。在这里，我们介绍了一个粗粒度的模型，使模拟网络的肌动蛋白丝，肌球蛋白马达，交联蛋白在生物相关的时间和长度尺度。我们证明，该模型定性和定量地捕捉实验观察到的一套趋势，包括统计的细丝波动，机械响应剪切，电机motilities，和网络重排。我们使用模拟来预测交联肌动蛋白网络的粘弹性标度行为，在肌球蛋白运动分析中表征肌动蛋白的轨迹，并开发序参量来测量模拟肌动蛋白网络的收缩性。因此，该模型可以作为一个平台的解释和设计的细胞骨架材料的实验，以及进一步发展的模拟纳入活性元素。
2017-05-28 physics.bio-ph
Coupling of cytoplasm and adhesion dynamics determines cell polarization and locomotion
观察单一表皮细胞的平面粘合剂基板上揭示了两种不同的形态和功能状态，即非迁移对称非极化状态和迁移非对称极化状态。这些状态的特征在于重要的生化细胞成分的不同空间分布和动力学：F-肌动蛋白和肌球蛋白-II形成细胞骨架的收缩部分，质膜中的整合素受体将F-肌动蛋白丝连接到基质。以这种方式，聚集粘着斑复合物，其决定细胞骨架力转导和随后的细胞运动。到目前为止，物理模型已经将这种现象归结为调节控制分子的梯度或细胞不同区域肌动蛋白丝系统的不同机制。在这里，我们提供了一个替代和自组织模型，结合聚合，推动和滑动的细丝，以及形成的粘附位点和它们的力依赖动力学。所有这些现象可以组合成一个非线性耦合的双曲型、抛物型和椭圆型微分方程组。本文的目的是展示参与分子的小尺度力学和动力学的相对简单的关系如何在大尺度细胞水平上再现极化和迁移的涌现行为。
2010-04-13 physics.bio-ph q-bio.CB
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
Active patterning and asymmetric transport in a model actomyosin network
细胞骨架网络，本质上是运动丝组装，在许多发育过程中发挥重要作用，包括结构重塑和形状变化。这些是通过非平衡自组织过程实现的，该过程产生功能模式并驱动细胞内运输。我们构建了一个最小的物理模型，它结合了单个细丝的非线性弹性响应和力依赖的电机动作之间的耦合。通过进行随机模拟，我们表明，电机过程的相互作用，描述为驱动反相关运动的网络顶点，和网络的连通性，这决定了渗透性质的结构，确实可以捕获的动力学和结构的协同性，从而引起不同的模式实验观察。单个细丝的屈曲不稳定性被发现在局部化崩溃事件中起着关键作用，由于局部力的不平衡。电机驱动的屈曲诱导的节点聚集提供了一种动态机制，该机制使二维图案稳定在表观静态渗流极限以下。协调电机动作也被证明可以抑制随机热噪声在大的时间尺度上，二维配置，系统开始，从而保持平面的结构发展过程中。通过对三维锚定网络进行类似的模拟，我们发现肌球蛋白驱动的连接良好的肌动蛋白网络的各向同性收缩，当与机械锚定相结合时，赋予集体运动的方向性，可能代表了一种新的细胞内运输机制，如海星卵母细胞中的染色体易位所揭示的。
2014-12-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Forced-rupture of Cell-Adhesion Complexes Reveals abrupt switch between two Brittle States
细胞黏附复合物（celladhesioncomplex，CACs）通过与配体结合而被激活，在细胞周期调控和细胞外基质粘附等细胞功能中发挥重要作用。受白细胞功能相关抗原-1（LFA-1）的单分子拉伸实验的启发，该抗原在T细胞中表达，与细胞间粘附分子（ICAM）结合，我们使用自组织聚合物（SOP）模型进行恒定加载速率（$r_f$）和恒定力（$F$）模拟以描述配体从CAC断裂的机制。模拟再现的主要实验发现的动力学的破裂过程，即，最可能的破裂力（$f^*$的）上的$\ln r_f$（$r_f$是加载速率）的依赖性表现出两个不同的线性制度。第一种，在低$r_f$下，具有浅的斜率，而在高$r_f$下的斜率大得多，特别是对于LFA-1/ICAM-1复合物，两者之间的过渡发生在窄的$r_f$范围内。从模拟中提取的两个过渡态（TS）的位置显示出从低$r_f$或$F$的高值到高$r_f$或$F$的低值的突变。在其他蛋白质复合物的强迫断裂中，没有发现CAC从一种脆性（TS位置在一定的力范围内是恒定的）状态转换到另一种脆性状态的不寻常行为。我们解释这种新颖的行为，通过构建的自由能分布，$F(Λ)$的，作为一个集体反应坐标（$Λ$）的函数，涉及许多关键的带电残基和一个关键的金属离子。F（$Λ）中的TS位置在临界力处突然改变，表明它而不是分子延伸是良好的反应坐标。我们揭示了一个新的机制，在断裂动力学中观察到的…
2017-11-07 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Collective multicellular patterns arising from cadherin-linked cytoskeletal domains
本文提出了一种显式耦合黏附复合物动力学与胞内力学的生物物理模型，揭示了多细胞群体中由钙黏蛋白连接的细胞骨架直接机械耦合所驱动的全局极化、振荡动力学及超细胞应力链等集体模式。
2025-09-16 physics.bio-ph q-bio.CB
