다중 분자모터에 의한 세포내 수송과정의 활성 브라운 동역학 전산모사

Abstract

다중 분자모터에 의한 세포 내 카고 수송에 대한 물리적 메커니즘을 이해하기 위해 결합된 활성 브라운 동역학 모형(coupled active Brownian dynamics model)을 고려한다. 브라운 동역학 전산모사를 실행하여 다중 분자모터의 동역학에 대한 상 도표(phase diagram)를 얻고, 분자모터의 열역학적 특성을 잘 반영할 수 있는 최적화된 에너지 변환 함수를 찾는다. 분자모터에 대해 알려진 변수들을 사용하여, 열적 잡음(thermal noise)의 효과를 조사하고, 또한 카고 수송을 위해 결합된 분자모터 수에 따른 효과에 대하여 조사한다. 한 개의 카고를 운반하는 다중 분자모터의 정지 힘(stall force)은 열적 잡음으로 인해 변화되지 않는 반면에, 카고-다중 분자모터의 평균속력은 열적 잡음에 의해 감소된다. 한편, 결합된 분자모터의 수를 증가시키면, 정지 힘은 분자모터 수에 선형적으로 비례하여 증가하나, 카고-분자모터 복합체의 평균속력은 크게 변하지 않는데, 이는 실험적 관측과도 일치한다.;We consider a coupled active Brownian dynamics model to understand the physical mechanism of the intracellular transport of a cargo by multiple molecular motors. By performing the Brownian dynamics simulation, we obtain the phase diagram of the dynamics of multiple motors and find the optimal energy conversion function elucidating the thermodynamic features of the molecular motors. Using the realistic parameters of the molecular motors, we investigate the effects of the thermal noise as well as the varying number of participating motors. The stall force of multiple motors with a cargo is not altered due to the thermal noise. On the other hand, the average velocities of motors with a cargo are decreased due to the thermal noise. As the number of participating motors increases, the magnitude of the stall force is found to increase linearly proportional to it, while the mean velocity of the motor-cargo complex remains unchanged, in agreements with the experimental observations.