Muscle activation described with a differential equation model for large ensembles of locally coupled molecular motors.
Muscle activation described with a differential equation model for large ensembles of locally coupled molecular motors.
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使用局部耦合分子马达大型集合的微分方程模型描述肌肉激活。
DOI：
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发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
S. Walcott
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
S. Walcott
分子马达通过将化学能转化为机械功，负责活跃的细胞过程。通常，这些马达组一起工作，以执行其生物作用。整体中的马达是耦合的，并表现出复杂的涌现行为。虽然大电机合奏可以建模与偏微分方程（PDE）假设分子功能独立于他们的邻居，这一假设是违反时，电机耦合本地。因此，目前还不清楚如何描述的整体行为的局部耦合电机负责的生物过程，如钙依赖性骨骼肌激活。在这里，我们开发了一个理论来描述局部耦合运动合奏和应用该理论的骨骼肌激活。其中心思想是，肌丝可以分为两个阶段：活动和非活动阶段。这些阶段的相对大小的动态变化由一组线性常微分方程（ODE）描述。由于活动阶段的动力学由PDE描述，肌肉激活由一组耦合的ODE和PDE控制，建立在以前的PDE模型上。与Monte Carlo模拟相比，我们证明了该理论捕获的行为的本地耦合合奏。该理论还可以描述和预测从分子到整个肌肉尺度的肌肉实验，这表明微观到宏观尺度的肌肉模型是触手可及的。
Molecular motors, by turning chemical energy into mechanical work, are responsible for active cellular processes. Often groups of these motors work together to perform their biological role. Motors in an ensemble are coupled and exhibit complex emergent behavior. Although large motor ensembles can be modeled with partial differential equations (PDEs) by assuming that molecules function independently of their neighbors, this assumption is violated when motors are coupled locally. It is therefore unclear how to describe the ensemble behavior of the locally coupled motors responsible for biological processes such as calcium-dependent skeletal muscle activation. Here we develop a theory to describe locally coupled motor ensembles and apply the theory to skeletal muscle activation. The central idea is that a muscle filament can be divided into two phases: an active and an inactive phase. Dynamic changes in the relative size of these phases are described by a set of linear ordinary differential equations (ODEs). As the dynamics of the active phase are described by PDEs, muscle activation is governed by a set of coupled ODEs and PDEs, building on previous PDE models. With comparison to Monte Carlo simulations, we demonstrate that the theory captures the behavior of locally coupled ensembles. The theory also plausibly describes and predicts muscle experiments from molecular to whole muscle scales, suggesting that a micro- to macroscale muscle model is within reach.
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影响因子：
3.3
作者：
Uppulury, Karthik;Efremov, Artem K.;Driver, Jonathan W.;Jamison, D. Kenneth;Diehl, Michael R.;Kolomeisky, Anatoly B.
通讯作者：
Kolomeisky, Anatoly B.
强结合肌球蛋白类似物对带皮骨骼肌纤维钙敏感机械特性的影响。
DOI：
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发表时间：
1992
期刊：
The Journal of biological chemistry
影响因子：
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作者：
Swartz,DR;Moss,RL
通讯作者：
Moss,RL
原肌球蛋白和肌钙蛋白-原肌球蛋白对肌动球蛋白亚片段 1 ATP 酶的双重作用。
DOI：
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发表时间：
1982
期刊：
The Journal of biological chemistry
影响因子：
--
作者：
Lehrer,SS;Morris,EP
通讯作者：
Morris,EP
肌肉跨桥模型中的滞后现象。
DOI：
10.1039/b900551j
发表时间：
2009
期刊：
Physical chemistry chemical physics : PCCP
影响因子：
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作者：
Walcott,Sam;Sun,SeanX
通讯作者：
Sun,SeanX
DOI：
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发表时间：
2012
期刊：
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影响因子：
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作者：
S. Walcott;D. Warshaw;E. Debold
通讯作者：
S. Walcott;D. Warshaw;E. Debold