交流驱动下布朗棘轮的斯托克斯效率研究

发布时间：2020-08-28 01:53

【摘要】：在过去几十年的研究中,生命体内生物分子马达定向运输现象研究引起了学者们的极大兴趣。分子马达在生物体内普遍存在,且种类繁杂功能不一,有些分子马达能够将生物体需要的细胞质以及营养物质输运至特定位置,也有一些分子马达扮演着信息传输的角色。这些分子马达在生物体内对能量的利用效率极高,能够大大缩减能量转换和利用过程,马达的这一特点使其在遗传物质传递和跨膜运输方面有很大优势,因此马达的能量转化机制是该领域的研究热点。通常,生物分子马达尺度大小为纳米量级,因此人们可以把处于运动环境中的分子马达模拟为布朗粒子,人们能够通过研究布朗粒子在热浴环境中的运动过程来研究分子马达的性质。为探究生物分子马达的输运特性,根据不同的实际运行环境人们提出了不同理论模型,通过研究不同棘轮中布朗粒子的运动,不但可以了解布朗马达产生定向运动的机制,找到其定向输运的最优条件,还能够提高棘轮对输入到系统中能量的有效利用。目前,关于分子马达能量的研究仍然有很多问题尚未解决,尤其是交流驱动下无负载时的输运效率问题。本文根据热浴环境的特点,讨论了过阻尼环境中简谐力作用下分子马达的定向输运流以及斯托克斯效率问题,并深入分析了外势的结构、外偏置力振幅及热噪声强度等对棘轮定向输运的影响。研究发现,在一定范围的外势不对称性作用下,棘轮能够产生反向输运。同时,在合适的空间不对称度下,布朗棘轮的负向几率流可达到最大,并且当外偏置力振幅为某一合适值时,粒子的输运能够获得提高。研究还发现,在适当的势垒高度条件下布朗棘轮的斯托克斯效率能够得到提高,从而增强了粒子克服粘滞阻力产生定向输运的能力。本文的研究结果不但可以启发实验上人们设计不同类型的棘轮以增强粒子的定向输运,明确影响粒子定向运动的成因,而且还能为提高布朗粒子的输运效率及医学上的药物输送和纳米尺度的微观器件的控制与研发提供一定的理论基础。
【学位授予单位】：沈阳师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O551
【图文】：

结构示意图,动力蛋白,马达,重链

图 1.1 肌球蛋白马达结构示意图位存在于头部的中心区。马达区域内部还有一个比较长的两者，人们习惯上称为重链，而驱动蛋白最重要的部位是是其自身在重链之后，重要之处在于其可与“负载”结合[15,16]。马达动蛋白不同的是，动力蛋白马达是 1954 年研究者们从四膜虫的，这些动力蛋自较为复杂，特别是他们组成部分的复杂性，蛋白亚基，一般而言，真核细胞内有大量动力蛋白存在，由于，所以在研究鞭毛微丝运动领域十分著名[17]，动力蛋白马达在键，同所有的布朗马达一样，它也可将三磷酸腺苷的磷酸键进一系列构象变化将能量消耗，从而在细胞骨架的微管上进行托质等活动。动力蛋白马达的分子质量较大但是它的体积确是极由具有酶活性的重链、中间链、轻链以及结合蛋白组成。动力端的形状是球形，而动力蛋白的另一端是一个突出点，且该突

示意图,动力蛋白,马达,合成酶

图 1.2 动力蛋白马达示意图马达马达中，ATP 合成酶是广泛存在各类细物质输运所需“货币”的根本所在[23]，间接态。如图 1.3 所示，ATP 合成酶的过程中的动作也十分奇特，类似于链条咬 ATP 的任务，我们知道 ATP 是微管输运TP 合成酶的存在。它由以下部分组成：一常的合酶的分子量较小，其大小差不多

示意图,合成酶,结构示意图

图 1.2 动力蛋白马达示意图旋转分子马达酶有旋转分子马达中，ATP 合成酶是广泛存在各类细胞器中的旋产生细胞内物质输运所需“货币”的根本所在[23]，在生命体内时充当处于间接态。如图 1.3 所示，ATP 合成酶的形状十分有真菌，运动过程中的动作也十分奇特，类似于链条咬合齿轮的负大量有关 ATP 的任务，我们知道 ATP 是微管输运的通货，从都能找到 ATP 合成酶的存在。它由以下部分组成：一个基部和是很大，通常的合酶的分子量较小，其大小差不多为 400kD，

【参考文献】