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
Duty-ratio of cooperative molecular motors
分子马达存在于人体的细胞中，具有许多不同的重要作用。这些微型机器沿着细丝轨道移动，并有能力将化学能转化为机械功，为细胞运动提供动力。不同类型的电机的特征在于不同的占空比，占空比是电机连接到其灯丝的时间的分数。在肌球蛋白II的情况下-一个非进行性的分子机器与低占空比-几个电机之间的协同性是必不可少的，以诱导沿其肌动蛋白丝轨道的运动。在这项工作中，我们使用统计力学工具来计算合作分子马达的占空比。该模型表明，非进程的电机协同工作的有效占空比低于单个电机的占空比。这种效应的起源是灯丝中产生的弹性张力，当电机从轨道上分离时，这种张力被释放。
2012-01-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Molecular Motor or Molecular Clock: A Question of Load
马达的输出是功，而时钟的输出是信息。在这里，它是讨论如何分子马达可以产生，工作和信息，这取决于负载。如果分子马达的向后和向前步进速率的比率随负载呈指数增加，则每步自由能的变化可用于仅产生功（在失速力下）或仅产生定时信息（在零力下），或两者之间的任何信息。
2017-09-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Fiber plucking by molecular motors yields large emergent contractility in stiff biopolymer networks
细胞的机械性质主要取决于其细胞骨架的张力，细胞骨架是一种生物聚合物网络，由活性马达蛋白施加压力。虽然已知网络的纤维性质强烈影响这些力向细胞尺度的传递，但我们对这一过程的理解仍然不完整。在这里，我们调查通过网络在单个细丝水平的力的传输，并表明，积极的力量可以几何放大的横向电机产生的力“拔”的纤维，并引起非线性张力。在刚性和密集连接的网络中，这种张力导致大的网络范围的拉伸应力，远远超过了线弹性理论的预期。这种放大机制与最近表征的由于纤维屈曲引起的网络水平放大竞争，这表明纤维网络为生命系统放大其分子力提供了几种不同的途径。
2018-05-12 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
Molecular motors stiffen non-affine semiflexible polymer networks
重构的丝状肌动蛋白网络与肌球蛋白马达蛋白形成活性凝胶，其中马达蛋白产生驱动网络远离平衡的力。这种运动活动也可以强烈影响网络弹性;实验表明，在体外网络与分子马达显着硬化。在这里，我们研究了电机产生的力对模拟的2D网络的无热刚性细丝力学的影响。我们将展示异质内部电机应力如何导致网络中的纤维弯曲模式所支配的硬化。电机被建模为力偶极子，导致肌肉样收缩。这些收缩“拉出”系统中的松弛弯曲模式，这引起向更硬的拉伸主导状态的交叉。通过这种机制，马达可以导致非线性网络响应，即使构成细丝本身是纯线性的。这些结果对活细胞的力学具有影响，并为具有可调机械性能的活性生物材料提出了新的设计原则。
2010-09-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active microphase separation in mixtures of microtubules and tip-accumulating molecular motors
微管和分子马达的混合物形成具有不同动力学行为的活性材料，这些行为根据其成分的分子性质而变化。我们绘制了微管和尖端累积驱动蛋白-4分子马达的非平衡相图。我们发现，驱动蛋白-4可以驱动全球收缩或顺从性样伸展动力学，这取决于微管和捆绑剂的浓度。我们还观察到一系列的空间异质非平衡相，包括有限大小的径向星，一维蠕虫状链，扩展的二维双层，和系统跨越三维活性泡沫。最后，我们描述了复杂的动力学途径，产生微相分离的结构和产生的内在挫折之间的取向顺序的丝状微管和尖端积累分子马达的位置顺序。我们的工作表明，在细胞骨架网络中的主动应力和阶段的形式不仅取决于单个电机和细丝的属性，但也取决于成分的浓度和空间排列。
2021-08-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Bistability, oscillations and bidirectional motion of ensemble of hydrodynamically-coupled molecular motors
我们分析了流体动力学耦合分子马达的集体行为。我们表明，由电机位移引起的局部通量可以引起实验观察到的货物和囊泡的双向运动。通过一个平均场的方法，我们表明，持续的振荡，以及cross-collective电机运动出现，即使是非常大的收集电机，当热噪声是无关紧要的。该分析澄清了负责这种动态的物理机制，通过确定相关的耦合参数和它的依赖关系的几何形状的流体动力耦合，以及系统的大小。我们量化的相图的不同阶段的特点的集体运动的流体动力学耦合电机和持续振荡可以达到生物相关的参数，从而证明在细胞内运输的流体动力学相互作用的相关性。
2017-10-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Fluctuation Theorem for the flashing ratchet model of molecular motors
分子马达将ATP水解产生的化学能转化为机械能。一个被充分研究的分子马达模型是闪烁棘轮模型。我们发现，这个模型表现出的波动关系称为Gallavotti-Cohen对称性。我们的研究强调了这样一个事实，即只有当化学和机械自由度都包括在描述中时，对称性才存在。
2009-07-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Fluctuation relations for molecular motors
本文综述了特殊涨落关系，如Gallavotti-Cohen关系在分子马达棘轮模型中的应用。特别强调的是放在两个国家的模型，如闪烁棘轮模型。我们推导出这些模型的Gallavotti-Cohen波动关系，我们讨论了它的一些影响。
2010-07-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Molecular motors govern liquid-like ordering and fusion dynamics of bacterial colonies
细菌可以调整菌落和生物膜的结构，以提高其在外部胁迫下的存活率。在这里，我们探索细菌相互作用力和菌落结构之间的联系。我们表明，细胞外菌毛电机的活动，提高了当地的秩序和加速细菌菌落的融合动力学。成熟菌落的径向分布函数呈局部流体状有序。有序化的程度和动力取决于运动活动。在更大的尺度上，两个菌落的融合动力学表现出类似液体的行为，从而运动活动强烈影响张力和粘度。
2019-02-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Strain Stiffening Induced by Molecular Motors in Active Crosslinked Biopolymer Networks
我们通过将分子马达建模为力偶极子，研究了具有柔顺和刚性交联的肌动蛋白网络的弹性响应。我们的有限元模拟表明，对于顺应性交联剂，如细丝蛋白A，网络可以被硬化两个数量级，而硬化实现与不顺应性的链接，如scruin是显着较小，通常是一个因素的两个，在最近的实验非常一致。我们表明，差异产生的事实，即电机能够拉伸的顺应性交联到最大可能的程度，这反过来又导致变形的长丝。随着施加的应变增加，细丝进一步变形，导致硬化的弹性响应。当交联不顺从时，由于马达引起的收缩力不会以显著的方式改变网络形态，因此仅观察到小的硬化。
2010-09-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spontaneous Oscillations of Collective Molecular Motors
我们分析了一个简单的随机模型来描述电机分子，在大的群体合作，并提出了一个物理机制，可以导致振荡运动，如果电机弹性耦合到他们的环境。超过临界燃料浓度，系统的非移动状态相对于具有角频率ω的模式变得不稳定。我们提出了一个扰动的描述系统附近的不稳定性，并证明振荡频率是由典型的时间尺度的电机。
1996-11-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Active translocation of a semiflexible polymer assisted by an ATP-based molecular motor
在这项工作中，我们研究了跨膜纳米孔的聚合物的辅助易位，其中分子马达施加由ATP分子的水解提供燃料的力。在我们的模型中，马达在固定的时间内切换到其活动状态，同时等待ATP分子结合并触发脉冲，在指数分布的时间间隔内。聚合物被建模为珠弹簧链与排除的体积和弯曲的贡献，并在一个随机的三维环境中移动与Langevin动力学建模在固定的温度。由此产生的动力学表明，取决于链的灵活性的Michaelis-Menten易位速度。研究了不同弯曲度下平均迁移时间随聚合物长度的标度行为。
2017-05-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Bounds and phase diagram of efficiency at maximum power for tight-coupling molecular motors
在不可逆热力学框架下研究了紧耦合分子马达的最大功率效率。结果表明，电磁脉冲仅取决于热力学电流与力之间的本构关系。根据本构关系的特点，将马达分为线性、超线性、次线性和混合型四类，并分别得到了这四类分子马达的电磁脉冲范围。导出了电磁脉冲的精确边界，并将其表示为每个电机步中燃料释放的自由能的显式函数。构造了一个相图，清楚地表明了参数（负载分配系数和燃料在每个电动机步中释放的自由能）所在的区域如何决定EMP值是大于还是小于1/2。该相图揭示了在生理条件下使用ATP作为燃料的马达可以在小的负载分配因子（$<0.1$）下以最大功率和更高的效率（$>1/2$）工作。
2013-02-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Morphological and dynamical properties of semiflexible filaments driven by molecular motors
我们考虑一个明确的模型的半柔性丝运动在两个维度上的滑行测定马达蛋白质，附着到和脱离丝段随机，脱离率取决于当地的负载经历。附着的马达蛋白沿着细丝移动到它的一端，其速度随着马达蛋白的延伸而非线性地变化。作用在灯丝上的合力使它失去平衡。从平衡的距离反映在端到端的分布，改性的弯曲刚度，和过渡到螺旋形态的聚合物。活动的局部应力依赖性导致质心的速度和方向的相关波动，从而导致其动力学中的一系列弹道扩散交叉。
2019-05-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Molecular Motors Interacting with Their Own Tracks
通过分析可精确求解的离散态"烧桥“模型，从理论上研究了沿线性晶格运动并通过可逆破坏特定晶格键与之相互作用的分子马达的动力学.分子马达被视为扩散粒子，当经过它们时，可以不对称地破坏或重建周期性分布的弱连接。我们明确的动力学性质的计算表明，耦合的无偏分子马达与桥燃烧机制的运输导致一个定向运动，降低波动，并产生一个动态的过渡在低浓度的弱链接的限制。后向偏置分子马达与烧桥机制之间的相互作用产生了复杂的动力学行为。对于可逆解离，分子马达的向后运动减慢。在一定的参数范围内，分子马达的运动方向会发生变化。分子马达也经历非单调的波动，由于两个相反的机制的作用：减少活动后，烧毁的网站和锁定的大波动。当两种机制具有可比性时，会观察到较大的空间波动。对于桥的不可逆燃烧，分子马达的性质是不同的，在一定浓度范围内，速度和波动被抑制，并且还观察到动态转变。系统的动力学进行了讨论的有效驱动力和不同的扩散制度之间的过渡。
2007-12-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Beating of eukaryotic flagella via Hopf bifurcation of a system of stalled molecular motors
提出基于滑动反馈的非线性多尺度模型，连接分子马达微观动力学与鞭毛宏观运动，并经线性稳定性分析和非线性模拟验证其通过 Hopf 分岔产生自发拍动。
2024-12-08 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Efficiency at maximum power of interacting molecular machines
我们研究了分子马达系统在最大功率下的效率。我们考虑两种模型的驱动蛋白电机上的微管：对于简化和详细的模型，我们发现，多体排斥效应提高了效率，在最大功率的多电机系统，相对于单电机的情况下。值得注意的是，我们发现，这种效果发生在一个有限的区域的系统参数，兼容的生物相关的范围。
2012-10-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Axonemal bending stiffness of $\mathit{Chlamydomonas}$ cilia implies single-motor forces above $5\,\mathrm{pN}$
TU Dresden（德累斯顿工业大学）；Cluster of Excellence Physics of Life, TU Dresden（德累斯顿大学生命物理卓越集群）；B CUBE, TU Dresden（德累斯顿大学B CUBE中心）
本研究通过衣藻轴丝弯曲刚度估算动力蛋白马达的峰值力下限，发现其超过典型失速力，暗示刚度或集体力机制需重新评估。
2026-10-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Simulating a Chemically-Fueled Molecular Motor with Nonequilibrium Molecular Dynamics
大多数分子动力学的计算机模拟都是在平衡条件下进行的--在一个封闭的、孤立系中，或者在一个保持恒定温度或压力的系统中。有时候，在这些模拟中引入额外的张力、剪切力或温度梯度，以探测对外力的一种非平衡响应。然而，催化剂和分子马达的功能是基于化学反应的热力学驱动力引起的非平衡动力学。在这种情况下，模拟需要恒化器能够保持非平衡稳态的化学浓度。我们开发了这样一个动态的计划，并用它来观察一个新的基于粒子的经典模型的链状分子马达周期。分子马达经常用详细的平衡破坏马尔可夫模型来建模，我们通过对模拟的微观动力学进行粗粒化来明确地构建这样一幅图，以提取速率。这项工作确定了粒子间的相互作用，调整这些速率，以创建一个功能的电机，从而产生一个计算的操场，以调查方向偏差，电流生成和耦合强度之间的相互作用，在分子信息棘轮。
2021-11-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Cooperative molecular motors moving back and forth
本文利用两态棘轮模型研究了极性随机交替的细胞骨架轨道上分子马达的双向协同运动。我们的模型基于先前提出的模型[Badoual等人，{ \em Proc. Natl. Acad. Sci. USA} { \bf 99}，6696（2002）]中的方法，并且此外，考虑了由于行走马达的联合作用而在细胞骨架轨道中产生的弹性张力所引起的协同效应。我们表明，无论是计算和分析，这种额外的协同效应导致的双向运动的特征反转时间显着减少，特别是在系统中有大量的电机。我们还发现，双向运动只发生在（几乎）a极轨道上，而即使是轻微的极轨道上的运动是单向的。我们认为，这些意见的起源是敏感的依赖于合作动力学之间的差异，通常工作在和反对瞬时运动方向的电机的数量。
2009-08-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Efficiencies of a molecular motor: A generic hybrid model applied to the F1-ATPase
在单分子检测中，分子马达的运动通常是从测量附着在其上的大探针粒子的随机轨迹推断的。组合动力学由电机的离散步和探针的连续布朗运动组成。最近的实验F1-ATP酶的动机，我们调查三种类型的效率都在模拟和高斯近似。总体而言，我们得到了良好的定量协议与实验数据。特别是，我们澄清的条件下，这些效率之一变得大于一。
2012-09-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Biased transport of elastic cytoskeletal filaments with alternating polarities by molecular motors
我们提出了一个简单的模型，肌动蛋白束的双向动力学与非进行性肌球蛋白电机的滑动检测交替极性。在该模型中，束被表示为一个弹性链的单体组成的正，负极性。束的运动是由下面的马达的拉力引起的，所述马达随机地附接到单体，并且根据单体的极性，在向右或向左的方向上拉动它们。我们证明了完全a-极性链由相同数量的单体组成的正负极性可以表现出有偏的双向运动与非零漂移。这种效应是由于肌球蛋白马达的作用而在链中产生的弹性张力。我们还表明，由于这种张力，附着的电机的概率大大降低，并成为强烈依赖于链的长度。这些令人惊讶的影响点的必要性，考虑弹性的细胞骨架在理论研究的合作动力学的分子马达。
2010-05-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Force-Velocity Relations of a Two-State Crossbridge Model for Molecular Motors
讨论了分子马达的力-速度关系。它们可以在两种极限情况下进行分析计算：大量和一对电机。研究了应变相关剥离率对电机特性的影响。它可以导致线性，肌球蛋白样，驱动蛋白样和异常曲线。特别是，我们指定的条件下，振荡行为可能会被发现。
1998-06-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Sterically Driven Current Reversal in a Model Molecular Motor
本文通过非平衡分子动力学模拟最小化索烃马达模型，发现调节结合位点与催化位点间距可借空间位阻机制使穿梭环定向电流反转。
2023-08-09 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
Extreme-Value Statistics of Stochastic Transport Processes: Applications to Molecular Motors and Sports
我们推导出精确的表达式的极值（最大值和最小值）的空间位移和有偏随机游动的波动熵流的有限时间统计。我们的方法捕捉到了分子马达沿线性细丝运动的极端事件的关键特征。我们的结果推广了熵产生的下确界定律，并揭示了其最大值和最小值分布的对称性。我们还表明，全生成函数的弛豫谱，因此任何时刻，有限时间极值分布可以写在随机矩阵理论的马恩科-帕斯图分布。利用这一结果，我们获得了估计的极值统计的随机运输合适的Wishart和Laguerre随机矩阵的特征值分布。我们证实了我们的结果通过数值模拟的随机模型的分子马达和讨论作为说明性的例子，我们的理论在体育的背景下。
2020-08-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Brownian diode: Molecular motor based on a semi-permeable Brownian particle with internal potential drop
考虑了一个具有内部推进机制的等温布朗电动机模型。发动机是一种布朗粒子，它对周围的理想气体分子是半透明的。通过粒子的分子通道由类似于跃迁速率理论中的势控制，即特征在于由势垒分离的具有有限能量差的两个定态。内部电势降维持了通过粒子的分子通量的二极管样不对称性，这导致粒子的稳定漂移。
2013-02-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Transport of Molecular Motor Dimers in Burnt-Bridge Models
通过分析离散状态随机连续时间烧桥模型，对分子马达二聚体动力学进行了理论研究.在这些模型中，分子马达的运动被看作是沿着具有周期性分布的弱连接（桥）的晶格的随机行走。当粒子穿过弱连接时，它可以以概率$p$被破坏，驱动分子马达向一个方向运动。精确计算了二聚体分子马达的动力学性质和有效生成力随桥浓度$c$和燃烧概率$p$的变化关系，并与单体马达的动力学性质进行了比较.结果表明，二聚体和单体的速度之比永远不会超过2，而二聚体和单体的分散度相差不大。对于大多数参数组，二聚体的相对有效生成力（与单体相比）也不能大于2。然而，在$c=1/2$的特殊情况下，对于晶格之间的非零位移，二聚体可以产生非常大的力。我们的计算并没有显示出以前的计算研究预测的胶原酶马达蛋白在真实的生物系统中产生的力的显着增加。通过详细考虑燃烧桥附近的粒子动力学，讨论了所观察到的二聚体分子马达的行为。
2007-09-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interacting molecular motors: Efficiency and work fluctuations
我们调查模型的“可逆棘轮”与相互作用的粒子，介绍了我们早些时候[Europhys。Lett. 84，50009（2008）]。我们进一步澄清了由于相互作用的效率提高的效果，并表明它是充满活力的起源，而不是减少波动的后果。我们还显示了复杂的结构中出现的相互作用和密度依赖性的电流和响应函数。的工作和输入能量的波动特性详细表明远离平衡的性质的动态。
2011-05-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Collective transport of weakly interacting molecular motors with Langmuir kinetics
基于纤维的细胞内转运涉及分子马达蛋白的集体作用。实验证据表明，微管（MT）丝结合的马达蛋白，如{ \it驱动蛋白}在运输过程中相互之间以及与周围细胞环境的相互作用很弱。基于这些观察结果，我们研究了分子马达在开丝上集体单向输运的驱动格子气模型，该模型考虑了分子马达在开丝上的短程相互作用，并通过分子马达的吸附-脱附朗缪尔（LK）动力学将分子马达在开丝上的输运过程与周围的细胞环境耦合起来.我们分析这个模型的框架内的平均场（MF）理论的限制{ \it弱}之间的相互作用的电机。我们指出这个模型与Katz-Lebowitz-Spohn（KLS）模型的非保守版本的映射。该系统表现出丰富的相行为与各种不均匀的相，包括局部冲击的大部分的灯丝。我们得到的稳态密度和电流分布，并分析它们的相互作用的强度的函数的变化。我们将这些MF结果与蒙特卡罗模拟进行比较，发现只要电机相互作用较弱，MF分析就显示出相当好的一致性。我们还绘制了非平衡MF相图。
2015-01-09 cond-mat.soft
Efficiency and Fluctuation in Tight-Coupling Model of Molecular Motor
提出了一个简单的分子化学发动机紧耦合模型。化学发动机的效率及其平均速度可以明确地计算。扩散常数近似估计使用波动定理。采用随机边界条件进行了Langevin模拟，并将数值结果与理论计算进行了比较。
2006-05-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of Molecular Motors in Reversible Burnt-Bridge Models
利用离散态随机“烧桥”模型，对以特定晶格键相互作用为动力的分子马达的动力学性质进行了理论研究。分子马达被描述为随机游走器，当穿过它们时，它们可以破坏或重建周期性分布的弱连接（“桥”），概率相应地为$p_1$和$p_2$。对于任意的参数值$p_1$和$p_2$，得到了精确和明确的动力学性质，如速度和色散。对于无偏随机步行者，可逆燃烧的桥梁的结果在一个有偏见的定向运动与动态过渡观察在非常小的浓度的桥梁。在向后偏置的分子马达的情况下，其向后的速度降低，并且在一定的参数范围内观察到运动方向的反转。研究还发现，色散表现出一个复杂的，非单调的行为与一些参数的大波动。通过分析烧毁桥附近分子马达的行为，讨论了系统的复杂动力学。
2009-11-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
How does the motion of the surrounding molecules depend on the shape of a folding molecular motor ?
偶氮苯基分子在光照下具有异构化的性质。与光致异构化性质有关，含偶氮苯的材料是无法解释的大量质量输运的对象。在这项工作中，我们使用一个理想化的矩形生色团模型来研究异构化诱导的运输生色团尺寸的依赖性。我们的研究结果表明，存在一个电机臂长度阈值诱导运输，这对应于主机分子的大小。在阈值以上，扩散运动与发色团长度成比例地增加。有趣的是，我们发现只有一个非常小的发色团宽度依赖的诱导扩散运动。我们非常简化的电机再现相对较好的行为观察到使用真正的DR1电机分子，这表明复杂的关闭程序和详细的形状的电机是不必要的诱导分子运动。
2017-12-03 cond-mat.soft
From Feynman's ratchet to timecrystalline molecular motors
该研究提出形状空间联络可绕过费曼棘轮限制，利用热振动驱动打结聚丙氨酸分子在水中产生独立于角动量的集体定向旋转，为时间晶体分子马达设计与NMR验证提供思路。
2023-04-24 cond-mat.soft nlin.AO physics.bio-ph
Phenomenological framework for nonequilibrium steady states of molecular motors
提出了一种以有效温度表示的分子马达能量效率的表达式，该有效温度是根据关联函数与其速度敏感度的比值定义的。我们还提出了一个数值结果，关于这个温度的热棘轮模型。此外，我们的表达效率使用已知值驱动蛋白可以充分解释实验结果。这里提出的框架有一个封闭的形式现象，是独立于任何详细的模型。
2003-10-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Sequence heterogeneity and the dynamics of molecular motors
序列异质性对分子马达动力学的影响进行了回顾和分析，使用一组最近推出的晶格模型。首先，我们审查结果的影响，异质性的轨道，如单链的DNA或RNA的动力学的电机。我们强调如何预测的行为可能会被观察到实验异常漂移和扩散的电机在很宽的范围内的参数附近的失速力和讨论的极端极限强偏置电机与单向跳跃。然后，我们考虑在一个环境中的动态包含各种不同的燃料供应化学能的电机运动，无论是在一个异构的或在一个周期性的轨道。沿着周期性轨道的运动的结果是相关的驱动蛋白马达在溶液中与不同的核苷酸三磷酸燃料源的混合物。
2005-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Fine-structured large deviations and the fluctuation theorem: Molecular motors and beyond
通过考虑大偏差理论中的次指数贡献，我们确定了耦合到分子马达的珠子的可观测位移的概率分布中的精细结构。更一般地说，对于沿周期性衬底的任何随机运动，这种方法揭示了这种分布的离散对称性，其中隐藏的自由度导致通常与波动定理相关的斜率的周期性调制。与以前对实验数据的解释相反，由分子马达施加的平均力与该斜率的长时间渐近性无关，而必须从其短时间极限中提取。
2014-07-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Dynamics of relaxation to a stationary state for interacting molecular motors
马达蛋白是一种具有活性的酶分子，它驱动着多种生物学过程，包括遗传信息的传递、细胞运输、细胞运动和肌肉收缩。众所周知，这些生物分子马达通常通过集体行动来执行其细胞任务，并且在指定整体集体行为的个体马达之间存在相互作用。与马达蛋白集体动力学相关的基本问题之一是它们是否在稳态条件下发挥作用的问题。为了研究这个问题，我们分析了相互作用的分子马达系统到定态的弛豫。我们的方法利用了一个最近开发的理论框架，该框架将马达蛋白的集体动力学视为相互作用粒子的完全不对称的简单排斥过程，其中通过一种物理上一致的方法考虑相互作用。弛豫到稳态的动力学分析使用依赖于平均场描述的畴壁方法，该方法考虑了一些相关性。结果表明，系统在排斥作用下会迅速弛豫，而吸引作用总是减慢到达定态的速度。它还预测，对于一些参数范围内的最快的弛豫可能实现弱排斥相互作用。我们的理论预测与Monte Carlo计算机模拟进行了测试。我们的研究结果对生物系统的影响进行了简要讨论。
2017-08-02 cond-mat.soft
Elastically coupled molecular motors
我们研究了细丝弹性对集体分子马达运动的影响。据发现，超过一个特征值（电机刚度除以通过附加电机之间的平均位移）的骨干灵活性，电机产生力的能力相比，刚性耦合电机减少，而最大速度保持不变。计算了两种不同解析近似下的力-速度关系，并与蒙特卡罗模拟进行了比较。最后，我们通过引入具有应变相关分离率的电机来扩展我们的模型。一个显着的交叉，从几乎双曲线形状的希尔曲线的刚性骨干的线性力-速度关系非常有弹性backbones是found. With现实的模型参数，我们表明，骨干的灵活性在肌肉的生理条件下没有发挥作用，但它应该是在某些体外试验中观察到的。
1998-06-08 cond-mat.soft q-bio
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
Non-Equilibrium Effects of Molecular Motors on Polymers
我们提出了一个通用的粗粒度模型来描述作用于聚合物底物的分子马达，例如，模仿DNA上的RNA聚合酶或微管上的驱动蛋白。聚合物被建模为一个连接的珠链;电机表示为自由扩散的珠，在遇到基板时，通过一个短程吸引力的潜力结合到它。当结合时，马达和聚合物珠粒经历与聚合物相切的相等且相反的主动力;这导致马达沿着聚合物轮廓运动。包括明确的电机区分我们的模型从其他最近的活性聚合物模型。我们研究，通过Langevin动力学模拟，电机活动的影响上的构象和动力学性质的基板。我们发现，活动导致，除了预期的增强聚合物扩散，有效地减少其持久性长度。我们发现，这种有效的“软化”是双折叠分支或发夹出现的结果，并且可以通过改变马达的数量或它们产生的力来调节。最后，我们调查的效果的马达上的结形成的概率。与直觉相反，我们的模拟表明，即使在平衡时，更灵活的基板将显示出增加的打结概率，电机活动导致相对于平衡的打结构象的发生率显着下降。
2020-10-13 cond-mat.soft
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
Contraction of polymer gels created by the activity of molecular motors
我们提出了一个基于非平衡态热力学的理论来描述一种活性聚合物凝胶的力学行为，该凝胶是由分子马达在其溶剂中的加入而形成的。当被激活时，这些马达附着在聚合物网络的链上并缩短它们，从而产生凝胶的全局收缩，这模仿了细胞骨架的主动行为。这些发动机产生的动力是通过ATP水解反应获得的，ATP水解反应将化学能转化为机械功。后者是由在凝胶中的应变能的增量，由于刚度增加。这种效应是用聚合物网络中交联密度的增加来描述的，这降低了它的熵。然后，该理论考虑聚合物网络溶胀和物种扩散来描述凝胶的瞬态被动行为。最后，我们制定了单轴收缩的凝胶板的问题，并与实验结果进行比较，显示出良好的一致性。
2019-05-30 cond-mat.soft
Towards the cellular-scale simulation of motor-driven cytoskeletal assemblies
细胞骨架--聚合物细丝、分子马达和交联剂的集合--是活性物质的基本例子，并且在细胞中组装成引导基本生物功能的细胞器。细胞骨架组装的模拟是模拟细胞过程和理解其惊人的材料特性的重要工具。在这里，我们提出了aLENS，一种新的计算框架，以克服传统的模拟方法的限制。我们的模型分子马达与交联动力学，坚持一个热力学能量景观，并整合系统动力学，同时有效地和稳定地执行之间的长丝-分子势的刚体排斥完全避免在施加空间约束。利用并行计算，我们模拟不同的混合物的几十万到几十万的细胞骨架丝和交联电机，重演自我涌现的现象，如束的形成和屈曲，并阐明如何电机类型，热波动，内应力，和限制决定的演变活性物质聚集体。
2022-06-09 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
The Force Exerted by a Molecular Motor
由单个分子马达施加的随机驱动力（例如，驱动蛋白或肌球蛋白）在周期性分子轨道（微管、肌动蛋白丝等）上移动。从开放的实验测试的一般观点进行了讨论。一个基本的“气压”关系的驱动力的介绍，（一）适用于一系列的动力学和随机模型，（二）是一致的，更详细的表达式需要明确表示的外部施加的负载，（iii）足够接近热平衡，满足爱因斯坦型的关系方面的速度和扩散系数的（无负载）电机。即使在最简单的两态模型中，载荷图呈现出各种不同的形状（包括非单调行为）。先前建议的驱动力的界限是不适用的一般通过分析离散跳跃模型的等待时间分布。
1999-03-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Folding time dependence of the motions of a molecular motor diluted inside an amorphous medium
我们研究了嵌入玻璃材料中的分子马达的位移与其折叠特征时间的关系。我们观察到两种不同的时间机制。对于缓慢的折叠（制度I）的扩散演变非常缓慢的折叠时间，而快速折叠（制度II）的扩散增加强烈的折叠时间，这表明两种不同的物理机制。我们发现，在制度I的电机位移在折叠过程中被抵消的反向位移在展开过程中，而在制度II，这种抵消作用弱得多。我们注意到，制度I的行为是让人想起扇贝定理，在连续介质中的大型电机。我们发现，在电机运动的效率的差异解释了大部分的观察到的两个制度之间的差异。对于快速折叠的电机轨迹显着不同的相反的轨迹引起的以下展开过程中，导致在一个更有效的全球运动比缓慢的折叠。这一结果与涨落理论对时间反转机制的期望一致.与波动定理一致，我们发现当电机产生更多熵时，它们的效率出乎意料地更高，这一结果可以用来显著增加电机运动。
2017-12-03 cond-mat.soft
