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生物分子马达的定向输运机制及其ATP水解动力学

舒咬根  
【摘要】:近十年来,随着单分子操纵技术的发展,分子马达的运动性实验研究已成为生物物理领域的热点之一。对于那些依赖于ATP(三磷酸腺苷)来实现化学能与机械能之间相互转换的分子马达,同时观测ATP水解(或合成)的反应动力学过程和马达机械运动的进程为揭示分子马达的机械化学耦合提供了一条途径。 非持续马达的在位比较低(≤2%),在细胞内的布朗运动特性比较明显。本文引入两态棘轮势模型,将ATP水解的释能反应唯象地视为对布朗马达的一个激励。在外场的作用下,布朗马达会定向漂移,其漂移速度与化学激励强度有关,这一模型在马达的定向漂移速度与ATP浓度之间建立了联系,从而为研究分子马达的机械化学耦合提供了一个理论基础(见第3章)。 集体分子马达在细胞内的行为(如肌肉收缩)不同于单个分子马达。本文在两态棘轮势中讨论了多马达强耦合体系的ATP水解反应动力学,显示了集体马达不同于单个马达的协同效应(见第4章)。 驱动马达的单分子酶学实验揭示了负载对驱动马达的影响。具体表现在两方面:一是降低了马达运动的饱和速度;二是减少了ATP的有效绑定速率。本文提出双头强耦合“滑行”模型(简单的“尺蠖”模式)较满意地解释了上述实验结果(参见第5章)。 有关分子马达及其运动性和机械化学耦合方面的最新实验进展,简要介绍于第2章。


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