非持续性分子马达小系综的随机动力学：平行簇模型

非持续性分子马达必须在系综中协同工作才能产生可观的力或运动。例如，在骨骼肌中，数百个肌球蛋白 II 分子在粗丝中协同作用。相比之下，在非肌肉细胞中，由几十个非肌肉肌球蛋白 II 马达组成的小群体有助于运输、形状变化或机械传感等基本细胞过程。在此，我们针对这一重要情况引入了一种详细且解析可处理的模型。利用肌球蛋白 II 马达循环的三态横桥模型，并利用快速动力冲程动力学和等效状态下马达间负载均分的假设，我们将随机反应网络简化为用于结合和解离动力学的单步主方程（平行簇模型），并推导了系综运动的规则。我们发现，对于恒定外部负载，系综动力学深受肌球蛋白 II 的捕捉键 (catch bond) 特性影响，这导致负载下结合马达的比例增加，从而使即使是小系综也能牢固附着。这种对负载的适应性产生了一种由 Hill 关系描述的凹形力 - 速度关系。对于由线性弹簧提供的外部负载，肌球蛋白 II 系综会动态调整自身趋向于具有恒定平均位置和负载的等长状态。此时，系综的动力学主要由马达在不同种类结合态上的分布决定。随着外部弹簧刚度的增加，存在一个急剧的转变，超过该转变点后肌球蛋白 II 将无法执行动力冲程。从前动力冲程态的缓慢解离保护了系综免于脱离。