近年來，隨著光鉗技術(shù)、分子遺傳學(xué)方法、x射線晶體結(jié)構(gòu)分析以及顯微成像等實驗技術(shù)的發(fā)展，使得人們可以對單個分子馬達的運動過程進行觀測和操作，從而對分作馬達的結(jié)構(gòu)、運動學(xué)和動力學(xué)的認識有了長足的進步�，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的分子馬達有上百種，雖然它們在結(jié)構(gòu)上有所不同，但它們都能在消耗化學(xué)能(通常是ATP)／化學(xué)勢的同時沿軌道作定向運動。依據(jù)分子馬達與軌道作用方式的不同，可將分子馬達分為線性分子馬達和旋轉(zhuǎn)式分子馬達。本文簡單介紹了人們較熟悉的肌球蛋白(myosin)、驅(qū)動蛋白(kinesin)、動力蛋白DNA解旋酶和F_1-ATP合酶、細菌鞭毛馬達，討論它們的構(gòu)造、動力學(xué)特征及其在生命活動中的重要作用。通過比較大量有關(guān)肌球蛋白和驅(qū)動蛋白的生物化學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)，每種馬達的頭部都有包含結(jié)合ATP和結(jié)合軌道位點的“催化核”，它們是動力作用的核心，且每種馬達都有與動力作用有著密切聯(lián)系的“頸部”。研究分子馬達的物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，有助于理解其定向運動機制。 因分子馬達處于胞質(zhì)液體的環(huán)境中，物理學(xué)上將其看成是布朗粒子或布朗棘輪，其運動可以納入布朗運動的理論框架去討論，通過非平衡統(tǒng)計物理的Langevin方程或Fokker-Plank進行分析和計算。分子馬達在隨機漲落的同時發(fā)生著一系列周期性的化學(xué)反應(yīng)(如ATP的結(jié)合、水解、ADP和Pi的釋放等)以及由此導(dǎo)致的馬達本身構(gòu)型的變化，構(gòu)型變化進而又導(dǎo)致了分子馬達頭部同軌道作用力大小的變化。這些因素的共同作用，使得分子馬達在由勢漲落引起隨機運動的基礎(chǔ)上出現(xiàn)宏觀定向運動，即定向幾率流。探討馬達定向運動機制就是研究幾率流。構(gòu)造一個分子馬達模型至少需要兩個條件：分子馬達各狀態(tài)之間的化學(xué)反應(yīng)的速率常數(shù)(躍遷幾率)和體系的勢能函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，本文介紹了兩個典型的分子馬達物理模型：一是勢壘的兩態(tài)漲落驅(qū)動的布朗馬達，給出用特征值法求解Fokker-Plank方程的方法。二是具有內(nèi)部自由度的布朗馬達。在此模型中，軌道是一列全同的小球，馬達和軌道都被看成電偶極子，其間的相互作用是電性的，相互作用的大小用分子馬達繞軸心旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部自由度的變化來表示，且假設(shè)旋轉(zhuǎn)是連續(xù)的，并用矩陣連分式的方法解析求解定向流的大小。 為了盡可能與生物學(xué)原型吻合，本文在具有內(nèi)部自由度的布朗馬達的基礎(chǔ)上，提出了 研究生論文：《分子馬達定向運動機制研究》 一個新的模型，假定布朗馬達在幾個分離態(tài)（為計算簡單假設(shè)是兩態(tài)）之間隨機躍遷對應(yīng) 于ATP水解循環(huán)，且軌道是平直的，用差分的方法解FokkerPlank方程，計算幾率流的數(shù) 值解。在討論噪聲強度和躍遷幾率對定向運動的影響時發(fā)現(xiàn)，流的大小對此二者都有一定 的選擇性，且躍遷幾率的大小可能會引起流的反轉(zhuǎn)。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2002
【中圖分類】：Q71
【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
引言
第一章 分子馬達的生物學(xué)研究進展
    §1.1 線性分子馬達
    §1.2 旋轉(zhuǎn)式分子馬達
    §1.3 分子馬達定向運動機制的物質(zhì)物結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
第二章 分子馬達的物理學(xué)研究進展
    §2.1 分子馬達運動機制的基本觀點及力學(xué)、化學(xué)耦合
    §2.2 勢壘的兩態(tài)漲落誘導(dǎo)的分子馬達
    §2.3 具有內(nèi)部自由度的分子馬達
第三章 基于電偶極相互作用的分子馬達
    §3.1 模型
    §3.2 幾率流
    §3.3 噪聲強度及躍遷速率對定向運動的影響
回顧與展望
參考文獻
致謝

【參考文獻】

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1 王宏斌,王金發(fā),zsu.edu.cn;分子發(fā)動機研究進展[J];生物化學(xué)與生物物理進展;2000年03期

本文編號：2846816