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非对称周期电场下分子马达定向运动机制的研究

韩英荣  
【摘要】: 分子马达是广泛存在于细胞内部的具有马达功能的酶蛋白生物大分子。生命活动中的许多过程都是基于分子马达的运动,如肌肉的收缩,细胞的有丝分裂,DNA的复制。在生物电场的作用下,分子马达起到了能量转换器的作用,它将三磷酸腺苷分子(ATP)水解所释放的化学能转化为机械能而做功。 细胞内物体的主体运动都是基于分子马达的运动。其中分子马达是如何工作的的?其蕴含的动力学机制是什么?这引起众多生物电工工作者、物理学工作者以及生物和化学工作者极大的兴趣和广泛的关注。 本工作是在上述意义鼓舞下完成的。研究分子马达对生物电工学、纳米科学、生物医学工程以及统计物理学有重要的意义。本工作系统分析了非对称周期电场下分子马达定向运动中有效势与几率流受温度和跃迁率的影响,分析了高负载和逃逸速率对分子马达漂移速率和扩散系数的影响。本文的主要成果是: 1、将生物电相互作用闪烁势应用于分子马达两态福克普朗克方程,分析分子马达的定向运动机制,并且证明其几率流(速度流)不仅与电相互作用势有效斜率有关,同时还与电相互作用的有效势场的势垒高度有关。所以有效势场倾斜斜率和其势垒高度对几率流都有影响。 2、应用描述随机过程的主方程方法,建立了四态主方程,讨论了高负载下分子马达的定向运动。结果表明分子马达的漂移速率理论结果定性与相关实验吻合。 3、采用主方程方法分析了逃逸速率对分子马达的漂移速率、分子马达停留时间、行走距离及其扩散系数的影响;结果表明逃逸速率不为零时分子马达的漂移速率和扩散系数比逃逸速率为零时要小,而其停留时间要变大,分子马达行走距离随逃逸速率的增加而变小。


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