机械生物学中切换行为的几何特征

参与细胞机械生物学过程的蛋白质已进化出对施加力的专门且令人惊讶的响应。表现出抓滞-滑滞切换（catch-to-slip switching）和力诱导路径切换的生化转化在细胞黏附、机械感知与信号传导以及蛋白质折叠中发挥重要作用。我们表明，这些切换行为由描述力诱导的束缚态与过渡态变形的流场中的奇点所产生。这些奇点允许在二维（2D）自由能景观中对切换机制进行完整刻画，并为阐明高维模型中新颖的切换形式提供路径。值得注意的是，产生抓滞-滑滞切换的奇点几乎出现在每个 2D 自由能景观中，这意味着几乎任何允许 2D 模型的键在适当力下都会表现出抓滞-滑滞行为。我们将分析应用于 P-选择素和抗原提取的模型，以说明这些奇点如何为解释已知行为和预测新行为提供直观框架。