现实约束下分子马达的设计原理与最优性能
软凝聚态物质
2018-03-14 v1 生物物理
亚细胞过程
摘要
分子马达的性能以其功率输出和能量效率为特征，在由步进速率函数和马达-轨道相互作用势所张成的马达设计空间中进行了研究。解析结果与模拟表明，要在生理相关负载下产生高功率，需要一种在构型空间中狭窄窗口内限制向前步进的门控机制。通过推导非平衡马达的普适热力学定律，我们发现由于速度涨落，任何现实马达-轨道相互作用在失速时的最大扭矩（力）都低于其理论极限。我们的研究揭示了马达-轨道相互作用的一种权衡：强相互作用虽为向前步进产生高功率输出，但也导致更高的无用自发向后步进概率。我们的分析与模拟表明，这种权衡在存在自发向后步进（即松散耦合）时对最大马达效率设定了基本限制。平衡该权衡可导出马达-轨道相互作用的最优设计，使未与能量源完美耦合的现实马达在最大效率接近 1 时达到最优。文中讨论了与现有数据的比较及对未来实验的建议。
引用
@article{arxiv.1801.09758,
title = {Design principles and optimal performance for molecular motors under realistic constraints},
author = {Yuhai Tu and Yuansheng Cao},
journal= {arXiv preprint arXiv:1801.09758},
year = {2018}
}