考虑排除体积效应和溶剂效应的生物大分子过孔理论模型研究

发布时间：2017-04-10 16:11

  本文关键词：考虑排除体积效应和溶剂效应的生物大分子过孔理论模型研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生物大分子穿越纳米孔在许多生物系统中是一种重要的生物现象,如病毒基因组(viralgenome)的输运,核糖核酸(RNA)穿越核孔复合物(nuclear pore complex),蛋白质(protein)穿越线粒体(mitochondria)以及药物分子进入细胞核。将电解液中的离子视为离散粒子,基于Poisson方程、Fokker-Planck方程以及Navier-Stokse方程,建立了电渗流驱动生物大分子穿越充满电解液纳米孔的理论模型。将生物大分子视为一自避行走链(self-avoiding chain),采用自洽场理论,对外势场驱动自避行走链穿越纳米孔的输运过程进行了研究。建立的理论模型同时考虑了外电势差,电解液带电离子的Coulomb静电势(电解液效应),纳米孔吸引势和链段间相互作用势(排除体积效应)对生物大分子穿越过程自由能以及构型熵的影响。模拟结果表明,在相同条件下,生物大分子在高电价电解质溶液中熵垒大于低电价电解质溶液中的熵垒,从而导致在高电价电解质溶液中生物大分子穿越时间远慢于在低电价电解质溶液中的穿越时间。此外,纳米孔的吸引势增大了生物大分子的自由能,这能增加穿越成功的概率。平均穿越时间随着排除体积效应的增大而减小。而电解液效应将延长平均穿越时间。
【关键词】：生物大分子过孔 电解液效应 排除体积效应 自由能 构象熵
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q71
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 变量说明8-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 引言10-12
• 1.2 纳米技术在纳米孔上的应用发展12-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.4 本课题研究的意义15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第二章 生物大分子穿越纳米孔的理论基础17-34
• 2.1 输运理论17-20
• 2.1.1 输运理论简介17-19
• 2.1.2 Fokker-Planck方程19-20
• 2.2 Navier-Stokes方程20-23
• 2.3 高分子链构象统计理论及统计物理基础23-31
• 2.3.1 热力学基础(熵,自由能)23-26
• 2.3.2 排除体积效应26-27
• 2.3.3 单链的静态构象27-31
• 2.4 自洽场理论31-33
• 2.4.1 自洽场理论简介31-32
• 2.4.2 扩散方程32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 生物大分子穿越纳米孔的理论模型34-46
• 3.1 生物大分子穿越纳米孔的物理模型34
• 3.2 球体中内电解液溶剂的流体方程34-35
• 3.3 描述球体内的离子分布的Fokker-Planck方程35-36
• 3.4. Coulomb静电势效应引起的的漂移系数A_1和扩散系数B_136-39
• 3.5. Brown效应引起的的漂移系数A_2和扩散系数B_239-41
• 3.6. 描述考虑排除体积效应的生物大分子链在球体内的扩散方程41-42
• 3.7 生物大分子穿越纳米孔的构象自由能和穿越时间42-45
• 3.7.1 穿越过程构象自由能42-44
• 3.7.2 到达和穿越时间44-45
• 3.8 本章小结45-46
• 第四章 生物大分子穿越纳米孔数学模型的数值求解46-62
• 4.1 控制方程的无量纲化46-51
• 4.1.1 Navier-Stokes方程46
• 4.1.2 描述球体内离子分布的F-P方程46-49
• 4.1.3 扩散方程49-51
• 4.2 控制方程的离散化51-52
• 4.2.1 Navier-Stokes方程51
• 4.2.2 Fokker-Planck方程51-52
• 4.2.3 生物大分子扩散方程52
• 4.3 控制方程的求解52-60
• 4.3.1 SOR迭代法53
• 4.3.2 Newton-Raphson法53-54
• 4.3.3 延拓法54-58
• 4.3.4 Runge-Kutta法58-60
• 4.4 程序逻辑图60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 数值结果分析62-75
• 5.1 离子分布计算结果63-64
• 5.2 纳米孔参数及大分子链长度对穿越时间的影响64-66
• 5.3 排除体积效应和电解液效应对各个阶段自由能、构象熵的影响66-73
• 5.4 排除体积效应和溶剂效应对平均到达时间和平均穿越时间的影响73-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75-76
• 6.2 展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 耿利娜;姜萍;徐建栋;车宝泉;屈锋;邓玉林;;纳米技术在毛细管电泳和微流控芯片电泳生物大分子分离中的应用[J];化学进展;2009年09期

2 王成刚;莫志宏;;蛋白质/核酸相互作用研究方法进展[J];生命科学;2006年02期

3 杨玉良;邱枫;唐萍;张红东;;高分子体系的自洽场理论方法及其应用[J];中国科学(B辑 化学);2006年01期

4 王凯歌,窦硕星,王鹏业,金爱子,顾长志;利用纳米孔研究DNA[J];物理;2004年08期

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本文编号：297082