發(fā)布時(shí)間：2017-06-10 04:02

  本文關(guān)鍵詞：類脂膜小尺度曲率彈性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：生物物理學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科，它是用物理的理論和方法來研究生物體系的學(xué)科。細(xì)胞作為生命體系的基本單元一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是單分子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展，人們能夠獲得關(guān)于細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的更多信息。細(xì)胞質(zhì)膜是細(xì)胞與細(xì)胞外環(huán)境的選擇性屏障，它控制細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的進(jìn)出，維持著細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。脂筏是質(zhì)膜上富含膽固醇和鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域，被認(rèn)為與膜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)分選均有密切的關(guān)系。關(guān)于脂筏的形成原因以及脂筏性質(zhì)的研究，引起了科研工作者的興趣。 細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的輸運(yùn)過程也是一個(gè)重要的研究課題。膜泡運(yùn)輸是蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)方式中的一種，囊泡作為細(xì)胞內(nèi)裝載貨物的容器，會(huì)通過馬達(dá)蛋白沿著細(xì)胞微管做靶向的運(yùn)輸。在這個(gè)過程中，如果囊泡受到細(xì)胞中微絲的阻擋，就會(huì)發(fā)生形變。這個(gè)過程中，囊泡的形變也是一個(gè)很有意思的研究課題。 本論文主要包含兩個(gè)部分，第一部分內(nèi)容主要是對(duì)脂筏的物理形成機(jī)制進(jìn)行探討。類脂膜主要由飽和的類脂分子，不飽和的類脂分子以及膽固醇構(gòu)成。在低于臨界分層溫度的條件下，這三種組分會(huì)自發(fā)的形成兩種相，一種是流體有序相（Liquid-ordered phase），另外一種是流體無序相（Liquid-disordered phase），分別簡稱為Lo相和Ld相。在細(xì)胞膜上的這些小的Lo相區(qū)域，被稱為脂筏。這部分中，我們研究了兩相共存的類脂膜在受到外部引入曲率影響時(shí)，膜上類脂分子的相分離情況。由于Lo相和Ld相的類脂膜具有不同的彎曲剛度模量，外部引入的膜的曲率會(huì)導(dǎo)致在相邊界處的類脂分子傾斜，偏離膜的法向方向，從而在兩相的邊界處產(chǎn)生一個(gè)有效線張力。所以整個(gè)體系存在線張力和傾斜能的競爭關(guān)系。 這一部分得到的主要結(jié)果有: 首先，解析推導(dǎo)出存在一個(gè)臨界的外加曲率值，當(dāng)外加曲率大于這個(gè)臨界值時(shí)，類脂分子趨向于形成多個(gè)微觀尺度的lo/ld疇。這個(gè)臨界曲率半徑的數(shù)值范圍大概在10nm-100nm之間。 其次，通過計(jì)算得出了形成多個(gè)微觀尺度的lo/ld疇時(shí)，對(duì)應(yīng)的臨界線張力的解析表達(dá)式。同時(shí)提出可以通過增大外加曲率，提高lo/ld疇之間彎曲剛度系數(shù)差距等方法來減少疇邊界處的線張力。 再次，將類脂分子看作是圓柱曲面上的單位矢量，采用二維曲面變分的方法，計(jì)算了類脂分子在圓柱面上的相分離情況。我們得到了體系總能量的解析表達(dá)式，探討了在不同的Lo疇，Ld疇構(gòu)成組分比例下，疇的尺寸隨著歸一化線張力的變化關(guān)系。隨后推導(dǎo)了在Lo疇，，Ld疇組分相差不大和相差很大兩種情況下，Lo疇尺寸的解析表達(dá)式，討論了這兩種情況下，Lo疇的尺寸隨膜的各個(gè)參數(shù)之間的變化關(guān)系。 最后，我們還考慮了類脂分子在球面上的相分離的情況。和柱面推導(dǎo)過程類似，我們通過一些近似，同樣解析得到了該體系在球面上的能量表達(dá)式，并以此為基礎(chǔ)，討論了球面上疇的大小隨著歸一化線張力的變化關(guān)系。 第二部分的主要關(guān)注的是，在活細(xì)胞中，馬達(dá)蛋白沿著微管輸運(yùn)囊泡過程中，囊泡遇到細(xì)胞微絲阻擋時(shí)，進(jìn)而發(fā)生形變的過程。與經(jīng)典的囊泡拉伸實(shí)驗(yàn)不同，細(xì)胞內(nèi)的囊泡并不是由單一組分構(gòu)成的，而不同種類的類脂分子形狀各異，因此在拉伸過程中，外力會(huì)導(dǎo)致這些不同種類的類脂分子非對(duì)稱分布，進(jìn)而會(huì)影響膜的自發(fā)曲率�？紤]到這個(gè)因素，我們?cè)诮?jīng)典的Helfrich自由能中引入與組分有關(guān)的自發(fā)曲率，同時(shí)考慮到滲透壓、表面張力等能量，解析得到了囊泡被拉伸成管狀膜過程中，拉力隨管狀膜拉伸長度的變化關(guān)系。計(jì)算結(jié)果表明，通過引入隨組分有關(guān)的自發(fā)曲率，修正后的Helfrich理論得到的拉力要小于前人基于經(jīng)典Helfrich理論計(jì)算得到的結(jié)果，這與我們得到的一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加吻合。 論文總共分為以下四章。第一章綜述，詳細(xì)介紹了生物膜的研究歷史，以及其在生物體內(nèi)的各種重要功能。然后介紹膜的主要化學(xué)成分，同時(shí)還介紹了兩種重要的仿生生物材料，類脂雙分子層和脂質(zhì)體，以及這兩種材料的一些性質(zhì)。接下來介紹了生物單分子實(shí)驗(yàn)中常用的實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，最后論述了膜的彈性理論研究進(jìn)展和主要成果。 第二章，本章論述了膜的完整彈性理論。首先介紹了膜的彈性研究中常用到的基礎(chǔ)知識(shí)，微分幾何和變分法相關(guān)內(nèi)容。然后完整介紹了膜的彈性理論中的各種概念和能量、彎曲能、傾斜能、壓縮能以及表面張力能等。隨后我們首次給出了膜的完整能量密度表達(dá)式，推導(dǎo)了在柱面下膜的形狀方程。最后對(duì)該方程做相關(guān)假設(shè)和推廣，得到的簡化方程能夠與前人相關(guān)工作得到的方程相類比。 第三章，具體研究了在圓柱形曲面和球面上，類脂膜上的類脂分子在外加曲率作用下的相分離情況。 第四章，研究了活細(xì)胞中馬達(dá)蛋白輸運(yùn)囊泡過程中囊泡的形變問題。通過在經(jīng)典的Helfrich自由能中引入與膜組分有關(guān)的自發(fā)曲率，得到了在遠(yuǎn)場和近場情況下，拉取形成管狀膜時(shí)所需要的拉力，并于前人工作相比較。
【關(guān)鍵詞】：類脂膜 彈性理論 Helfrich理論 脂筏 囊泡輸運(yùn)
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q615;Q241
【目錄】：

• 中文摘要5-8
• Abstract8-11
• 第一章 綜述11-29
• 1.1 生物膜簡介11-13
• 1.1.1 生物膜結(jié)構(gòu)模型簡介11-12
• 1.1.2 生物膜的化學(xué)組成12-13
• 1.2 常用類脂膜材料介紹13-16
• 1.2.1 常用類脂分子及其性質(zhì)介紹13-15
• 1.2.2 常見人工合成膜介紹15-16
• 1.3 單分子實(shí)驗(yàn)介紹16
• 1.4 膜的彈性理論研究進(jìn)展16-18
• 1.4.1 Helfrich 理論17-18
• 1.4.2 類脂分子傾斜能的引入18
• 1.5 脂筏的物理理論研究進(jìn)展18-21
• 參考文獻(xiàn)21-29
• 第二章 膜的彈性理論29-47
• 2.1 微分幾何知識(shí)介紹29-33
• 2.1.1 空間曲線29-30
• 2.1.2 空間曲面30-32
• 2.1.3 曲面上的二維微分不變量32-33
• 2.2 變分法33-34
• 2.3 類脂膜的彈性理論34-45
• 2.3.1 彎曲能35-37
• 2.3.2 傾斜能37-39
• 2.3.3 壓縮能39
• 2.3.4 表面張力能39-41
• 2.3.5 基于全能量的形狀方程的推導(dǎo)41-45
• 參考文獻(xiàn)45-47
• 第三章 類脂分子在曲面上的相分離研究47-71
• 3.1 引言47-49
• 3.2 臨界線張力的討論49-50
• 3.3 類脂分子在圓柱面上的相分離研究50-61
• 3.3.1 體系的總能量50-56
• 3.3.2 疇的尺寸隨著線張力變化關(guān)系56-61
• 3.4 類脂分子在球面上的相分離研究61-65
• 3.4.1 體系總的能量62-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 第四章 囊泡的形變71-88
• 4.1 引言71
• 4.2 研究背景71-73
• 4.3 理論模型73-75
• 4.4 體系的總能量75-77
• 4.5 結(jié)果分析77-83
• 參考文獻(xiàn)83-88
• 第五章 總結(jié)與展望88-91
• 一、本論文的研究意義88
• 二、本論文的主要結(jié)論88-89
• 三、本論文主要的創(chuàng)新點(diǎn)89-90
• 四、展望90-91
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文91-92
• 致謝92-93

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 和智君,汪旭;阿托品對(duì)中國倉鼠V79細(xì)胞有絲分裂過程的影響[J];癌變.畸變.突變;1999年03期

2 徐忠東,彭景中;線粒體與細(xì)胞凋亡[J];安徽教育學(xué)院學(xué)報(bào);2001年06期

3 袁鷺;周傳江;蒲德永;;Cu~(2+)脅迫誘導(dǎo)花鰱血細(xì)胞凋亡的研究[J];安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)(上半月刊);2009年03期

4 侯麗霞;劉新;張玉喜;楊洪兵;;《細(xì)胞生物學(xué)》緒論課教學(xué)實(shí)踐與探討[J];安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)(上半月刊);2011年17期

5 康潔,余曉麗;植物細(xì)胞凋亡機(jī)理的研究[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2005年08期

6 朱道圩;楊宵;理莎莎;符真珠;毛俊;;流式細(xì)胞儀在果樹作物倍性鑒定上的應(yīng)用[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2006年24期

7 陳合;張強(qiáng);趙燕;;復(fù)合酶降解玉米秸稈工藝條件的研究[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2007年29期

8 石岳香;周敏;唐忠海;饒力群;;長春花內(nèi)生真菌的分離及鑒定[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2008年29期

9 鄧為科;蔡奇英;鄧為彬;葛剛;洪一江;;蘿卜愈傷細(xì)胞凋亡的初步研究[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2009年04期

10 張明;;中藥復(fù)方多糖的急性毒性研究[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2010年25期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張淑琴;馬英忱;程兆剛;赫萬恒;曹洪娜;;理論力學(xué)中“點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)”教學(xué)的幾點(diǎn)思考[A];力學(xué)與工程應(yīng)用（第十三卷）[C];2010年

2 呂金印;陸璃;高俊鳳;;不同劑量~(60)Co輻照對(duì)小麥葉片保護(hù)酶活性的影響[A];中國科協(xié)2005年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集——核科技、核應(yīng)用、核經(jīng)濟(jì)論壇[C];2005年

3 楊筱珍;吳旭干;姚桂桂;成永旭;王春琳;;三疣梭子蟹第一次卵巢發(fā)育過程中卵母細(xì)胞和卵泡細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的觀察[A];2008年上海市動(dòng)物學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（一）[C];2008年

4 馬勇杰;李紅;許凱黎;古宏晨;;人肺腺癌細(xì)胞SPC-A-1與人正常肺WI-38對(duì)納米顆粒吞噬作用的比較研究[A];上海市顆粒學(xué)會(huì)2005年年會(huì)論文集[C];2005年

5 潘景芝;許延鐸;王琦;;玉竹內(nèi)生真菌的分離鑒定及其化學(xué)成分的初步研究[A];第八屆海峽兩岸菌物學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2007年

6 余杰;;中國蕈菌產(chǎn)品研究[A];首屆中國蕈菌與健康高峰論壇論文集[C];2010年

7 張銀花;李秋明;孫英健;;愛普里諾霉素對(duì)N2a細(xì)胞增殖的影響[A];中國畜牧獸醫(yī)學(xué)會(huì)食品衛(wèi)生學(xué)分會(huì)第十一次學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2010年

8 劉超;邱亞峰;馬志永;;α-皰疹病毒與宿主細(xì)胞骨架相互作用的研究進(jìn)展[A];中國畜牧獸醫(yī)學(xué)會(huì)獸醫(yī)公共衛(wèi)生學(xué)分會(huì)第二次學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2010年

9 張艷普;桑潤滋;孫樹春;田樹軍;;幼畜與成年畜超排卵發(fā)育潛能差異研究進(jìn)展[A];中國畜牧獸醫(yī)學(xué)會(huì)動(dòng)物繁殖學(xué)分會(huì)第十五屆學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2010年

10 時(shí)麗冉;白麗榮;;遺傳學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)中交叉滲透問題的探討[A];高等院校遺傳學(xué)教學(xué)改革探索[C];2010年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 白方方;哈維氏弧菌VHH溶血素對(duì)牙鲆組織細(xì)胞的侵染作用及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡作用研究[D];中國海洋大學(xué);2010年

2 趙景霞;納米氧化鋅對(duì)海馬神經(jīng)元電生理特性的影響及對(duì)PC12細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)制研究[D];南開大學(xué);2010年

3 山廣志;Hsp90抑制劑—格爾德霉素的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及抗病毒構(gòu)效關(guān)系研究[D];北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院;2009年

4 晏杰;Aurora B對(duì)Bacp/Nlp的磷酸化調(diào)控及其參與胞質(zhì)分裂的機(jī)制研究[D];北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院;2009年

5 趙進(jìn)慧;膜計(jì)算仿生優(yōu)化算法及應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2010年

6 屈嘯聲;姜荊提取物抑菌活性的熱動(dòng)力學(xué)研究[D];浙江大學(xué);2009年

7 馬丹;溫度敏感性PNIPAAm-g-PDMS智能表面的制備、性能研究及在細(xì)胞培養(yǎng)中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2010年

8 莊梅玲;三維衣身原型曲面展平技術(shù)的研究[D];東華大學(xué);2010年

9 王立;肌動(dòng)蛋白網(wǎng)架體系在粘附培養(yǎng)哺乳動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂變形中的作用[D];太原理工大學(xué);2010年

10 關(guān)濤;抗葉酸代謝藥MTX誘導(dǎo)神經(jīng)管畸形動(dòng)物模型及其對(duì)基因組穩(wěn)定性的影響[D];山西醫(yī)科大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 潘媛;不同油菜品種硼吸收利用差異與細(xì)胞壁組分關(guān)系的研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

2 龔文芳;棉花抗細(xì)胞凋亡基因GhDAD1的克隆、定位及表達(dá)分析[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

3 司武陽;磷脂酶A1產(chǎn)生菌的選育[D];安徽工程大學(xué);2010年

4 廖甜甜;白細(xì)胞圖像語義識(shí)別分類的研究[D];南昌航空大學(xué);2010年

5 吳]};MGF對(duì)骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞激活的影響及與其增殖的量效關(guān)系[D];上海體育學(xué)院;2010年

6 馬月;家蠶凋亡相關(guān)基因BmICAD的表達(dá)及其功能研究[D];浙江理工大學(xué);2010年

7 江艷;BmCycH基因及其在家蠶中表達(dá)特性的研究[D];浙江理工大學(xué);2010年

8 武永德;兩種不同來源樺褐孔菌多糖的抗氧化與免疫活性的研究[D];浙江理工大學(xué);2010年

9 饒杰;二維硅納米模具的制作工藝研究[D];大連理工大學(xué);2010年

10 胡翔;楊樹與玉米細(xì)胞周期蛋白基因家族全基因組研究[D];安徽農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：類脂膜小尺度曲率彈性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：437326