薄膜活性凝胶微观模型中的非平衡结构与动力学

在 ATP 存在的情况下，分子马达产生主动力偶极子，驱动蛋白细丝悬浮液远离热力学平衡，导致奇特的动力学和图案形成。微观建模有助于量化单个马达加细丝与分子及超分子尺度上的组织和动力学之间的关系。在此，我们展示了活性凝胶广泛数值模拟的结果，其中马达和细丝被限制在两个无限平行板之间。模型包含了热涨落和细丝之间的排除体积相互作用。系统地改变马达运动、附着和脱离的速率（包括来自细丝末端的差异脱离速率），揭示了一系列非平衡行为。强烈的马达结合产生了我们称为星状体、束或层的结构化细丝聚集体，其稳定性取决于马达速度和差异末端脱离。观察到的结构对马达速率和细丝浓度依赖性的主要特征可以通过简单的单细丝模型来捕捉。松散结合的聚集体表现出超扩散质量传输，其中细丝平移随滞后时间缩放，且具有依赖于马达动力学的非唯一指数。我们发现细丝速度作为马达速度和末端脱离函数的经验数据坍缩，这表明相关参数空间的维数降低。最后，我们讨论了微观建模在活性凝胶领域的前景。