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肌肉收缩与分子马达间的协作行为

胡锋  
【摘要】: 本文研究了肌肉收缩时,肌肉细胞中的一种大分子——分子马达间的协作行为。 分子马达是细胞内的一种蛋白质分子,具有将化学能转化为机械能的能力。对单个分子马达的动力学研究和多个分子马达协作现象的研究,是目前生物物理上的一个热点。 运用能量守恒定律,本文探讨了分子马达间的两种特定的协作行为:(一)n_0个分子马达同步的工作,并且其工作过程与外部的环境无关。(二)n_0个分子马达同步的工作,但其工作的时间T_(on)与细纤丝的速度v成反比,即T_(on)=A/v,其中A是一个单位量纲因子。并且分别计算了这两种协作行为得出的肌肉所负荷外力与收缩速度的关系。 本文还尝试从复杂系统的角度去看肌肉系统的行为,研究了一个弹簧耦连小球的模型。在这个模型中,我们用两种不同的方式去激活系统中的小球:随机激活方式和集团激活方式。我们发现,在随机激活方式下,系统运动得更快。 本文安排如下: 首先是一段关于从理论物理研究到生物物理研究及至分子马达协作行为研究的引言。 J\硕士学位论文 Q一少WSfE广S川I讥 第一章是关于肌肉收缩生物背景的介绍。之所以要介绍肌肉收缩,是因 为肌肉收缩是分子马达协作的典型生物现象。 第二章与第三章是本文的主体部分,具体研究了分子马达间的协作行 为。 第二章首先介绍了生物细胞内的三类分子马达,并且对于单个分于马达 的定向运动的研究也作了一个简单的介绍。紧接着,分二节介绍了分子马达 的协作行为。在乙2节中,将大量的分子马达看作可以处于两态变化的,位 于硬杆上的点粒子。我们研究了在这种模型下,硬杆移动的速度(对应肌肉 收缩的速度)与ATP的浓度,硬杆移动的速度与外力的关系。随后的一节研 究了分子马达两种特定的协作行为,计算了在这两种特定的协作行为下,肌 肉收缩的速度与外力的关系,并将其与实验上得到的相应的关系作了比较。 第三章是我们的一个尝试。因为肌肉系统类似于现在正在研究的复杂系 统,我们尝试着从复杂系统的角度看肌肉系统。目前,在对复杂系统的研究 中,令人感兴趣的问题是:组成系统的单元间如何协作,给系统的整体带来 新的特性;系统的整体是如何要适应环境而对其内部的单元间进行调整等 等。在这儿,我们也想看一下,在肌肉系统中,这大量的分子马达部分与整 体的关系怎样,系统在后一时刻对前一时刻的依赖夫系怎样。我们具体研究 了一个弹簧耦连小球的模型,在计算机上具体计算了两种不同的激活方式对 整体运动的影响。 6I_994 十6力66土于11医祖 贝U 7 Q 工 人ql dL二口 八U&Z。


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