持续蛋白马达步进速度的优化研究

高天附, 吕明涛, 延明月

(沈阳师范大学 物理科学与技术学院, 沈阳 110034)

持续蛋白马达步进速度的优化研究

高天附, 吕明涛, 延明月

(沈阳师范大学 物理科学与技术学院, 沈阳 110034)

持续蛋白马达是公认的最小生物热机,它们能够利用ATP水解释放的能量并借助两个“脚”沿着生物聚合物的微管前进。更为有意义的是这种运动能够实现生物细胞内“货物”的输运。驱动蛋白马达是持续马达的典型例子,它们可在细胞内沿细胞骨架的蛋白丝输送细胞器。通过目前公认的驱动蛋白马达模型讨论了马达的步进速度,并且模型中始终考虑马达向后的步进行为。发现激活态下自由能的减少可加速驱动蛋白马达的催化循环,并可使马达向前或者向后的跃迁更加频繁。同时驱动蛋白马达优化后的反转几率与实验中观测到的结果一致。该结论表明在自然选择过程中驱动蛋白马达通过进化速度可以获得最大化。

驱动蛋白马达; 速度; 反转; 熵

0 引 言

在过去的20年间,非偏置力作用下的生物分子马达的定向输运,即棘轮输运已经被广泛的研究。实验上及时空对称性破缺的非线性系统也观察到了这种定向输运行为。能够持续“行走”的马达蛋白可以被看作是最小的生物机器。这种蛋白能够利用水解ATP的能量沿生物聚合物前进,就像在细胞器或者充满化学物质的泡囊内一样,它们在活体细胞中能帮助维持细胞组织输运“货物”。

分子马达是工作在远离热平衡态环境中的纳米机器。……