在粘弹性细胞质中运输货物的分子马达：如何以动力冲程克服亚扩散？

大量实验已证明，活体生物细胞细胞质中较大示踪物（如信使 RNA 和内源性亚微米颗粒）的被动扩散异常缓慢，⟨δx²(t)⟩ ≃ t^α，其中 0 < α < 1，这被归因于细胞质的粘弹性物理本质。这一发现引出了一个问题：这种粘弹性环境在多大程度上影响主动的细胞内运输？自由亚微米货物（如囊泡和细胞器）的亚扩散是否总是意味着分子马达（如驱动蛋白）的运输异常缓慢，即定向运输的特征是平均距离的亚线性增长，⟨x(t)⟩ ≃ t^{α_eff}，其中 0 < α_eff < 1？在此，我们研究一个通用模型方法，该方法结合了普遍接受的驱动蛋白马达的双态布朗棘轮模型，该模型基于由闪烁结合势驱动的沿微管的连续态扩散。马达弹性耦合到一个货物粒子上，而该粒子又受到粘弹性细胞质环境的影响。根据货物尺寸、负载力、结合势振幅和分子马达的转换频率等物理参数，运输既可以是正常的 (α_eff = 1)，也可以是异常的 (α ≤ α_eff < 1)。我们特别详细地展示了，尽管货物粒子的被动扩散异常缓慢，高效的正常马达运输如何能够涌现，以及当参数改变时，同一马达在同一细胞中的主动运动如何可能变得异常缓慢。