多个分子马达的协同货物运输

本文从理论上研究了由多个分子马达以协同方式牵引的货粒运输。运输性质主要取决于可能同时牵引货粒的分子马达的最大数目 $N$。由于每个马达在有限步数后必须从纤丝上解离但也可再次结合，实际牵引的马达数目并非常数，而是在零与 $N$ 之间随时间变化。最大数目 $N$ 的增加导致货粒的平均行走距离（或运行长度）的强烈增加。若货粒由多达 $N$ 个驱动蛋白（kinesin）马达牵引，例如，行走距离估计为 $5^{N-1}/N$ 微米，这意味着七个或八个驱动蛋白分子就足以达到厘米量级的平均行走距离。若货粒逆着外部负载力被牵引，该力由多个马达分担，这提供了非平凡的马达-马达耦合以及非线性力-速度关系的普遍机制。随着负载力增加，瞬时速度的概率分布向更小值偏移，变得更宽，并出现多个峰。我们的理论与现有实验数据一致，并给出了可通过系统性体外实验验证的定量预测。