分子马达的步进与拥挤：从排斥过程视角看统计动力学

马达酶是卓越的分子机器，它们利用核苷三磷酸水解产生的能量来产生机械运动，通过构成其动力学循环的不同步骤实现。这些大分子如今借助先进的实验技术进行研究，以揭示其分子机制和动力学循环的性质，它们参与许多生物过程，从生物聚合（如RNA聚合酶和核糖体）到细胞内运输（如驱动蛋白或动力蛋白等马达蛋白）。尽管单个马达的动力学在理论和实验方面都得到了充分研究，但其步进循环对集体动力学的影响仍不清楚。这方面的进展将提高我们对自然细胞内环境中运输过程的理解，在该环境中，持续性马达酶可能在拥挤条件下运行。因此，在本工作中，我们将当前的统计动力学分析扩展到研究马达的集体输运现象，采用属于排斥过程类的晶格气体模型。通过数值模拟，我们展示了如何解释和使用从拥挤条件下单粒子轨迹计算出的随机性。重要的是，我们还表明时间涨落和非泊松行为与空间相关性以及共移动马达的大（但有限）团簇的出现有内在联系。我们的分析所揭示的性质，对拥挤条件下持续性马达酶的集体输运特性具有重要的生物学意义。