Molecular motors couple chemical transitions to conformational changes that perform mechanical work in a wide variety of biological processes. Disruption of this coupling can lead to diseases, and therefore there is a need to accurately measure mechanochemical coupling in motors in both health and disease. Optical tweezers, with nanometer spatial and millisecond temporal resolution, have provided valuable insights into these processes. However, fluctuations due to Brownian motion can make it difficult to precisely resolve these conformational changes. One powerful analysis technique that has improved our ability to accurately measure mechanochemical coupling in motor proteins is ensemble averaging of individual trajectories. Here, we present a user-friendly computational tool, Software for Precise Analysis of Single Molecules (SPASM), for generating ensemble averages of single-molecule data. This tool utilizes several conceptual advances, including optimized procedures for identifying single-molecule interactions and the implementation of a change point algorithm, to more precisely resolve molecular transitions. Using both simulated and experimental data, we demonstrate that these advances allow for accurate determination of the mechanics and kinetics of the myosin working stroke with a smaller set of data. Importantly, we provide our open source MATLAB-based program with a graphical user interface that enables others to readily apply these advances to the analysis of their own data.

中文翻译：

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单分子数据整体平均的计算工具

分子马达将化学转变与构象变化结合起来，在各种生物过程中进行机械工作。这种耦合的破坏会导致疾病，因此需要准确地测量电机在健康和疾病中的机械化学耦合。具有纳米空间和毫秒时间分辨率的光镊为这些过程提供了宝贵的见解。然而，布朗运动引起的波动会使精确解决这些构象变化变得困难。一种强大的分析技术提高了我们准确测量运动蛋白中机械化学耦合的能力，它是单个轨迹的整体平均。在这里，我们提出了一个用户友好的计算工具，单分子精确分析软件 (SPASM)，用于生成单分子数据的整体平均值。该工具利用了几个概念上的进步，包括识别单分子相互作用的优化程序和变化点算法的实施，以更精确地解决分子跃迁。使用模拟数据和实验数据，我们证明了这些进步允许用较少的数据集准确确定肌球蛋白工作行程的力学和动力学。重要的是，我们为我们的基于 MATLAB 的开源程序提供了一个图形用户界面，使其他人能够轻松地将这些进步应用到他们自己的数据分析中。包括用于识别单分子相互作用的优化程序和变点算法的实施，以更精确地解决分子跃迁。使用模拟数据和实验数据，我们证明了这些进步允许用较少的数据集准确确定肌球蛋白工作行程的力学和动力学。重要的是，我们为我们的基于 MATLAB 的开源程序提供了一个图形用户界面，使其他人能够轻松地将这些进步应用到他们自己的数据分析中。包括用于识别单分子相互作用的优化程序和变点算法的实施，以更精确地解决分子跃迁。使用模拟数据和实验数据，我们证明了这些进步允许用较少的数据集准确确定肌球蛋白工作行程的力学和动力学。重要的是，我们为我们的基于 MATLAB 的开源程序提供了一个图形用户界面，使其他人能够轻松地将这些进步应用到他们自己的数据分析中。