微管力学对水解和灾变的影响

我们引入了一种微管力学模型，该模型包含相邻原纤维间二聚体的横向键、二聚体的弯曲刚度以及模拟空间位阻约束的原纤维间排斥相互作用，旨在探究机械力对水解和灾变的影响。我们采用变构二聚体模型，其中微管蛋白二聚体由平衡弯曲角表征，该角度因二聚体水解而从 $0^\circ$ 变为 $22^\circ$。这也会影响横向相互作用能和弯曲能，从而改变微管的力学平衡状态。由于水解引起二聚体的构象变化，机械力也会通过改变机械能来调节水解速率，进而影响水解速率。通过微管力学产生的相互作用导致了水解动力学中的关联效应，而此前的研究尚未考虑这一点。假设机械能对水解速率起主导影响，我们研究了矢量水解和随机水解两种情况下最可能的水解路径。通过研究相对于横向键断裂的稳定性，我们确定了沿水解路径的灾变起始构型以及横向键断裂力的数值。如果允许相邻原纤维间二聚体的横向键在超过该阈值力时断裂，我们的模型会表现出雪崩式的灾变事件。