脱附和吸附对微丝上分子马达合作输运密度分布的影响

1、脱附和吸附对微丝上分子马达合作输运密度分布的影响【摘要】目的讨论脱附和吸附现象对一维微丝上分子马达合作输运密度分布的影响。方法采用一维开放边界条件的完全非对称性简单排挤过程(TASEP)来描绘分子马达在微丝上的合作输运情况，并通过ntearl计算机模拟实验得到分子马达的脱附和吸附概率对其密度分布影响。结果当微丝上分子马达不存在脱附和吸附现象时，微丝中的密度分布有2种稳定的密度相;而当微丝中存在较大的脱附和吸附概率时，微丝的密度分布只有1种稳定的密度相。结论微丝上的密度分布相图取决于分子马达脱附和吸附概率的大校【关键词】分子马达;脱附和吸附;合作运输;密度分布Abstrat:bejetiveTi

2、nvestigatetheeffetsfthephenennfdesrptin/adsrptinnthedensityprfilesftheperativetransprtbyleulartrsnne-diensinalirfilaents.ethdsnediensinalttallyasyetrisipleexlusinpresses(TASEP)ithpenbundaryeretakentdesribetheleulartrsperativetransprtntheirfilaent.Andtheeffetsfleulartrsdetahentandattahentratetthedens

3、ityprfileserestudiedbyusingntearlputersiulatinexperients.ResultsIntheabsenefdesrptinradsrptinbyleulartrs,tsteadyphaseserebservedinthedensityprfilesntheirfilaents,hereasinthepresenefalargevaluefdesrptin/adsrptinprbability(D=10),thereasnlynesteadyphasefrthedensityprfilesntheirfilaents.nlusinThedensity

4、prfilephasediagrantheirfilaentsisdependentnthevaluesfdesrptin/adsrptinprbabilityfleulartrs.Keyrds:leulartr;desrptinandadsrptin;perativetransprt;densityprfile任何生物的一切活动，如肌肉收缩、神经信号的传输、遗传物质(DNA)的复制、细胞的分裂等，追踪到分子程度，都是来源于具有马达功能的蛋白质大分子做功推动的结果。实验说明，分子马达既具有酶的活性又具有运动活性，可催化三磷酸腺苷(ATP)水解为二磷酸腺苷(ADP)和无机磷(Pi)，并将储藏在A

5、TP分子中的化学能高效地转化为机械能，产生协调的定向运动，将细胞器和各种细胞内物质沿着细胞骨架系统从合成部位快速有效地运送到功能部位。当前，分子马达定向运动的研究不仅有助于深化认识生命活动的本质，而且可以进一步理解生物体内能量转化的过程。因此这一问题的研究是一个涉及生物、化学、物理等多学科的重要课题。近几年来，一维的完全非对称简单排挤过程(TASEP)已经成为一个研究分子马达沿纤维丝的定向运动过程的常用模型，即将马达看作一个自驱动粒子在一维格子气中作定向运动，其中微丝中的分子马达以一定的几率进出的情况已经引起了广泛研究，如含有朗缪动力学(LK)的TASEP模型。这一模型首先由Pareggian

6、i、Fransh、Frey(PFF)3人根据蛋白质分子沿着细胞纤维定向运动过程所提出的，研究分子马达在纤维丝上的定向运动时存在着以一定的几率从纤维丝脱附到细胞质中和以一定的几率从细胞质吸附到纤维丝上这一现象。此外，研究发现分子马达在运输过程中，马达之间存在合作运输的现象,比方多个分子马达同时运输体积和质量较大的细胞器，而这一过程可以用含有朗缪动力学过程的分子马达合作输运的TASEP过程来描绘。考虑到分子马达之间的合作运输现象，本文采用含有朗缪动力学过程的一维开放边界条件的TASEP模型来描绘分子马达在微丝上的合作输运情况，通过ntearl计算机模拟实验对微丝密度分布进展了研究，讨论了分子马达的

7、合作运输过程中脱附和吸附几率对微丝密度分布的影响。1模型2ntearl模拟图2无脱附和吸附过程的分子马达合作输运的密度分布相图图3无脱附和吸附过程的分子马达合作输运密度分布图=0.5,=0.2的hd相随着脱附和吸附概率的逐渐增大，相图中的低密度和高密度相逐渐消失，最终当K=1，A=D=10时，其中K=A/D，低密度相和高密度相全部消失，取而代之的只有一个密度相，即最大流相()，如图4所示。此密度相中分子马达合作运输的流量最大，即K=1,且脱附几率较大时，分子马达的运输效率最高。图4K=1，A=D时分子马达合作运输的密度分布相图当微丝中分子马达的脱附和吸附几率不相等时，假如K=3,D=10时，模

8、拟实验发现稳态时的密度分布相仍然只有一个，但不是最大流相，而是高密度相(hd)，如图5所示。由于微丝上的密度较高，此时微丝的流量最小，即K=3且脱附几率较大时，分子马达的运输效率仍然较低。3讨论本文研究了脱附和吸附几率对分子马达合作输运的一维微丝密度分布的影响。当微丝中的分子马达不存在脱附和吸附现象时，相图中只会存在ld和hd两个密度相，且这两个密度相中的分子马达的运输效率都比拟低下。随着脱附和吸附几率的不断增加，当K=1,A=D=10时，相图中将只存在一个密度相，该密度相下的分子马达的运输效率最高;而K=3,D=10时，虽然同样只有一个hd密度相，但该密度相下的分子马达的运输效率同样低下，和

9、不存在脱附和吸附现象的输运效果一样。由上述实验结果可知，在没有脱附和吸附现象条件下，一维微丝上的分子马达合作输运效率非常的低下。只有当存在较大吸附和脱附几率且两者的几率相当时，微丝中的分子马达的输运效率才可以得到较大的进步;而假设吸附和脱附几率相差较大时，这时微丝中的分子马达输运效率仍然比拟低下。这说明要进步微丝中的分子马达的运输效率，就要求存在较大的吸附和脱附概率，同时两者的大小相差不大。由此可以看出假设要进步生物系统中细胞内物质和信号的运输效率，就要进步细胞内细胞骨架即微丝或微管上活性，从而可以增加分子马达在微丝上的脱附和吸附的几率。【参考文献】1LipskyR,KluppS.Lifeis

10、tin:ultisaletilityfleulartrsJ.PhysiaA,2022,352(1):53-112.2QianH.AsipletheryftrprtEinkinesinandenergetisJ.Biphyshe,1997,67(1-3):263-267.3KlEIskyAB,idB.Asiplified“rathetdelfleulartrsJ.JStatPhys,1998,93(314):633-645.4DerridaB.Velityanddiffusinnstantfaperidine-diensinalhppingdelJ.JStatPhys,1983,31(3):433-450.5JuliherF,AjdariA,PrstJ.delingleulartrsJ.RevdPhys,1997,69(4):1269-1282.6HardJ.leulartrsstruturaladaptatinstellularfuntinsJ.Nature,1997,389(6651):561-567.7PareggianiA,FranshT,FreyE