弯曲细丝组装体中的阻挫与堆积：从等距到同构束

生物细丝（丝状蛋白）的密堆积束是众多生物材料中常见且关键的结构单元。虽然大多数束由本征笔直的细丝形成，但也有一些显著的例子表明蛋白质细丝具有天然或本征曲率，例如螺旋状细菌鞭毛。我们研究了螺旋弯曲细丝束中，热力学上对致密且规则细丝间堆积的偏好与力学上对均匀细丝形状的偏好之间的非线性相互作用。束中的几何约束使得完美的细丝间（恒定间距，即等距）堆积与完美的细丝内（恒定形状，即同构）堆积互不兼容。因此，我们预测束的堆积对束尺寸表现出强烈的敏感性，从小半径时的等距堆积演化为大半径时的同构堆积。这两种极端状态之间转变的性质取决于堆积畸变的热力学代价：弹性约束束中的堆积随尺寸平滑演化，而渗透压缩束中的堆积可能在有限束半径处出现从等距堆积的奇异转变。我们考虑了细丝饱和溶液中束的平衡组装，并表明同构堆积的力学代价导致了自限平衡束直径，其尺寸和热力学稳定范围既取决于凝聚机制，也取决于细丝的螺旋几何。