本文選題：肌節(jié)收縮　切入點：肌球蛋白　出處：《浙江大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：肌節(jié)作為骨骼肌的結(jié)構(gòu)和功能單元,主要由粗肌絲和細(xì)肌絲構(gòu)成,粗肌絲上伸出多個II型肌球蛋白。在骨骼肌收縮時,肌球蛋白會周期性地結(jié)合于細(xì)肌絲,并對其施加力作用,致使肌絲間會發(fā)生相對滑動。對骨骼肌收縮進(jìn)行定量研究,有助于理解力對肌球蛋白工作的影響;有助于認(rèn)識分子馬達(dá)間的協(xié)調(diào)作用;有助于加深對分子馬達(dá)工作機制的認(rèn)識;有助于促進(jìn)對分子馬達(dá)參與的諸多細(xì)胞活動的研究,如細(xì)胞分裂、纖毛擺動、細(xì)胞機械感知和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運輸?shù)�。本文利用理論建模與數(shù)值模擬方法對骨骼肌收縮進(jìn)行多尺度研究,工作或可以用于設(shè)計高能量轉(zhuǎn)換率的人工馬達(dá)。主要研究內(nèi)容有:(1)利用肌節(jié)收縮的穩(wěn)態(tài)模型,對不同情形下的肌節(jié)收縮過程進(jìn)行模擬。研究ATP水解脫開方式和斷鍵脫開方式對工作肌球蛋白力的調(diào)節(jié)作用。模擬結(jié)果表明,在肌球蛋白僅可通過ATP水解方式從細(xì)肌絲脫開時,工作肌球蛋白的數(shù)目隨著外力的增大而增多,此時工作肌球蛋白上的力近乎不變,呈現(xiàn)力穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。在肌球蛋白僅能通過逆鎖鍵斷鍵方式從細(xì)肌絲脫開時,工作肌球蛋白的數(shù)目不能得到很好的調(diào)節(jié),此時肌球蛋白上的力隨著外力的增大而增大,表明肌球蛋白的力穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象與逆鎖鍵的存在無關(guān)。(2)結(jié)合肌球蛋白的結(jié)構(gòu),發(fā)展肌球蛋白的瞬態(tài)模型,研究肌球蛋白的做功過程,討論溫度對肌球蛋白做功的影響。結(jié)果表明,肌球蛋白上的力與滑移距離間呈雙線性關(guān)系,在肌節(jié)收縮時,做功過程中肌球蛋白上的力近乎不變,做功結(jié)束后肌球蛋白上的力隨著滑移距離的增大而線性減小。隨著溫度的升高,肌球蛋白的等長肌力會增大,等張收縮長度會下降,而肌球蛋白可釋放的彈性能卻近乎不變。(3)利用肌球蛋白的狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型,分析肌球蛋白的脫開方式,計算肌球蛋白不同脫開方式的脫開速率。結(jié)果表明,肌球蛋白的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和斷鍵間存在耦合性,由于狀態(tài)轉(zhuǎn)換速率要高于肌球蛋白的斷鍵速率,致使實驗所測得肌球蛋白脫開速率較高。(4)結(jié)合肌球蛋白做功的瞬態(tài)模型,建立肌節(jié)收縮的瞬態(tài)理論,研究肌球蛋白做功過程對肌節(jié)收縮的影響,建立肌球蛋白行為與肌節(jié)行為之間的聯(lián)系。在模型中考慮肌球蛋白斷鍵方式,研究斷鍵方式的存在對肌節(jié)收縮速度、工作肌球蛋白數(shù)目和工作肌球蛋白上力的影響。肌節(jié)收縮瞬態(tài)模型下肌節(jié)收縮速度、工作肌球蛋白數(shù)目和其上的力隨外力的變化趨勢與實驗結(jié)果相近,隨著外力的增大,肌節(jié)收縮速度減小,工作肌球蛋白的數(shù)目增多,工作肌球蛋白上的力近乎不變。結(jié)果表明瞬態(tài)模型能較好地模擬肌節(jié)收縮,可用于進(jìn)一步的瞬態(tài)過程研究,如模擬肌節(jié)收縮的力瞬態(tài)過程和速度瞬態(tài)過程;模擬應(yīng)力纖維對基體剛度的感知過程等。
[Abstract]:As the structural and functional unit of skeletal muscle, sarcomere is mainly composed of coarse muscle silk and fine muscle filament, and more than one type II myosin is projected from the coarse muscle filament. When skeletal muscle contracts, myosin periodically binds to fine muscle filament and exerts force on it. The quantitative study of skeletal muscle contraction is helpful to understand the effect of myosin on myosin work, to understand the coordination between molecular motors, to deepen the understanding of the working mechanism of molecular motors, to cause relative slippage between myofilaments, to study quantitatively the contraction of skeletal muscles, and to understand the effects of myosin on myosin work. Contribute to the study of the many cellular activities in which molecular motors are involved, such as cell division, cilia swing, Cellular mechanical perception and intracellular material transport. In this paper, a multi-scale study of skeletal muscle contraction was carried out using theoretical modeling and numerical simulation. Work may be used to design artificial motors with high energy conversion rates. The effects of ATP hydrolysis and bond breaking on the working myosin force were studied. The simulation results showed that myosin could be removed from the fine muscle filament only by ATP hydrolysis. The number of working myosin increases with the increase of external force, and the force on the working myosin is almost invariable, showing a steady force phenomenon. The number of working myosin can not be adjusted well, and the force on myosin increases with the increase of external force, indicating that the force steady-state phenomenon of myosin has nothing to do with the existence of inverse locking bond. The transient model of myosin is developed, the working process of myosin is studied, and the effect of temperature on the work of myosin is discussed. The results show that the force on myosin has a bilinear relationship with the slip distance. The force on myosin is almost unchanged during work, and the force on myosin decreases linearly with the increase of slip distance after the work is finished. With the increase of temperature, the equal length myosin force increases, and the iso-tensional contraction length decreases. However, the elastic energy released by myosin is almost invariable. (3) using the state transition model of myosin, we analyze the mode of release of myosin and calculate the rate of release of myosin in different ways. The results show that, There is coupling between state transition and broken bond of myosin. Because the rate of state transition is higher than that of myosin, the experimental results show that the rate of myosin de-opening is higher than that of myosin, and the transient model of myosin work is combined with myosin. To establish the transient theory of myosome contraction, to study the effect of myosin work on the contraction of myosome, and to establish the relationship between myosin behavior and sarcomere behavior. To study the effect of bond breaking mode on the contraction velocity, the number of working myosin and the working myosin force. The number of working myosin and the force on the working myosin were similar to the experimental results. With the increase of the external force, the contraction speed of myosin decreased and the number of working myosin increased. The results show that the transient model can simulate the contraction of sarcomere, and can be used to study the transient process of myosin, such as force transient process and velocity transient process. Simulate the sensing process of stress fiber to matrix stiffness, etc.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：Q445

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本文編號：1652427