分子马达定向运动机制研究

发布时间：2020-10-18 21:08

　　 近年来，随着光钳技术、分子遗传学方法、x射线晶体结构分析以及显微成像等实验技术的发展，使得人们可以对单个分子马达的运动过程进行观测和操作，从而对分作马达的结构、运动学和动力学的认识有了长足的进步。现已发现的分子马达有上百种，虽然它们在结构上有所不同，但它们都能在消耗化学能(通常是ATP)／化学势的同时沿轨道作定向运动。依据分子马达与轨道作用方式的不同，可将分子马达分为线性分子马达和旋转式分子马达。本文简单介绍了人们较熟悉的肌球蛋白(myosin)、驱动蛋白(kinesin)、动力蛋白DNA解旋酶和F_1-ATP合酶、细菌鞭毛马达，讨论它们的构造、动力学特征及其在生命活动中的重要作用。通过比较大量有关肌球蛋白和驱动蛋白的生物化学实验发现，每种马达的头部都有包含结合ATP和结合轨道位点的“催化核”，它们是动力作用的核心，且每种马达都有与动力作用有着密切联系的“颈部”。研究分子马达的物质结构基础，有助于理解其定向运动机制。 因分子马达处于胞质液体的环境中，物理学上将其看成是布朗粒子或布朗棘轮，其运动可以纳入布朗运动的理论框架去讨论，通过非平衡统计物理的Langevin方程或Fokker-Plank进行分析和计算。分子马达在随机涨落的同时发生着一系列周期性的化学反应(如ATP的结合、水解、ADP和Pi的释放等)以及由此导致的马达本身构型的变化，构型变化进而又导致了分子马达头部同轨道作用力大小的变化。这些因素的共同作用，使得分子马达在由势涨落引起随机运动的基础上出现宏观定向运动，即定向几率流。探讨马达定向运动机制就是研究几率流。构造一个分子马达模型至少需要两个条件：分子马达各状态之间的化学反应的速率常数(跃迁几率)和体系的势能函数。在此基础上，本文介绍了两个典型的分子马达物理模型：一是势垒的两态涨落驱动的布朗马达，给出用特征值法求解Fokker-Plank方程的方法。二是具有内部自由度的布朗马达。在此模型中，轨道是一列全同的小球，马达和轨道都被看成电偶极子，其间的相互作用是电性的，相互作用的大小用分子马达绕轴心旋转的内部自由度的变化来表示，且假设旋转是连续的，并用矩阵连分式的方法解析求解定向流的大小。 为了尽可能与生物学原型吻合，本文在具有内部自由度的布朗马达的基础上，提出了 研究生论文：《分子马达定向运动机制研究》 一个新的模型，假定布朗马达在几个分离态（为计算简单假设是两态）之间随机跃迁对应 于ATP水解循环，且轨道是平直的，用差分的方法解FokkerPlank方程，计算几率流的数 值解。在讨论噪声强度和跃迁几率对定向运动的影响时发现，流的大小对此二者都有一定 的选择性，且跃迁几率的大小可能会引起流的反转。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2002
【中图分类】：Q71
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
引言
第一章 分子马达的生物学研究进展
    §1.1 线性分子马达
    §1.2 旋转式分子马达
    §1.3 分子马达定向运动机制的物质物结构基础
第二章 分子马达的物理学研究进展
    §2.1 分子马达运动机制的基本观点及力学、化学耦合
    §2.2 势垒的两态涨落诱导的分子马达
    §2.3 具有内部自由度的分子马达
第三章 基于电偶极相互作用的分子马达
    §3.1 模型
    §3.2 几率流
    §3.3 噪声强度及跃迁速率对定向运动的影响
回顾与展望
参考文献
致谢

【参考文献】

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1 王宏斌,王金发,zsu.edu.cn;分子发动机研究进展[J];生物化学与生物物理进展;2000年03期

本文编号：2846816