小型布朗马达集群中的力产生

某些革兰氏阴性菌的运动由IV型菌毛表面丝的回缩介导，而这对其感染能力至关重要。回缩由强力的分子马达蛋白PilT驱动，产生可超过150 pN的极高力。马达机制的分子细节仍基本未知，而其他特征已被确认，例如PilT马达的环状蛋白结构。PilT系统产生的惊人高力促使我们建立模型研究分子马达中巨力的产生。我们提出一个简单模型，涉及在一具有有限刚度的环形骨架上的形变相互作用的小型马达亚基集群。该模型将马达亚基描述为处于非对称、随时间变化的结合势（闪跃棘轮势）中扩散的粒子，大致对应于ATP水解循环。我们计算了参数空间子集中的力-速度关系，并探究最大力（失速力）如何由刚度、结合强度、集群大小和对称程度决定。根据集群大小与对称程度之间的关系，我们确定了两种定性不同的运行 regime。在这两个 regime 的过渡中，失速力对马达亚基数量呈非线性依赖。与无相互作用的组分相比，我们发现更高效率以及定性不同的力-速度关系。该模型捕捉了菌毛回缩力实验中的若干定性特征，例如在低施加力下大致恒定的速度，以及失速力对ATP浓度变化不敏感。