基于模拟退火法的驱动蛋白机械化学分析

分子马达蛋白驱动蛋白（kinesin）在细胞内运输、有丝分裂纺锤体形成和胞质分裂等基本细胞过程中发挥关键作用，对神经退行性疾病和癌症通路具有重要影响。最近，驱动蛋白已被作为定制设计纳米生物传感器及其他纳米尺度系统的范例进行研究。当其在细胞内沿微管行进时，驱动蛋白经历化学状态和物理构象的转变循环，使其能够在结束持续行走前迈出约 100 个规则的 8.2-nm 步长。尽管已有大量的实验和理论工作，但尚未存在统一的驱动蛋白机械化学微观模型。在此，我们提出了一种方法论，用于优化针对驱动蛋白构建的动力学模型，该模型对底层持续机制的先验假设最少。动力学模型因其数值计算优势而被优选，因为关于驱动蛋白步进机制在所有层级（从原子到微观尺度）的信息完全包含在循环的特定状态中：状态如何转变以及与每次转变相关的速率常数。我们结合马尔可夫链计算与模拟退火优化，以确定最能拟合驱动蛋白速度和持续性实验数据的速率常数。