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分子马达动力学

分子马达是一类将化学能转化为机械能的微小机器 .对二维模型的研究表明 ,  (本文共3页) 阅读全文>>

河北工业大学
河北工业大学

分子动力学与从头分子动力学对分子马达kinesin催化核心的研究

生命在于运动,生命世界大多数形式的运动是通过很小的蛋白机器来驱动,这种机器称为分子马达。这些分子马达沿着细胞质中运动轨道,转运广泛的物质,驱动细胞的移动,促使细胞的分裂,分子马达的缺陷可以引起严重的疾病甚至导致个体死亡。分子马达中的kinesin(驱动蛋白)以ATP为能量来源,沿着微管运动。虽然对kinesin的功能已经进行了大量的实验研究,但是人们现在依然不清楚kinesin是如何水解ATP,并将水解过程中ATP所释放的化学能转化为机械能。对这些问题的研究,是当前生命科学领域最前沿的课题之一。在过去20年中,计算化学和生命科学领域发展迅速,彼此之间的紧密结合,形成了新的交叉学科-计算分子生物学。计算分子生物学已广泛应用于生命科学的各个领域,并在蛋白质折叠、蛋白质三维结构预测等方面取得了突破性进展。在计算分子生物学的方法中,分子动力学方法在生物大分子体系的研究中得到了广泛的应用;Car-Parrinello动力学(CPMD)是近...  (本文共83页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

细胞骨架网络结构的力学行为研究

细胞骨架,是一种动态的、复杂的生物聚合物交联网络,它和相关交联蛋白以及分子马达蛋白共同协作,是维持细胞形态、驱动细胞运动的主要载体。细胞的力学性质主要取决于其内部的细胞骨架,细胞骨架则主要依赖于肌动蛋白和各种交联蛋白组装而成的三维网络结构。肌动蛋白单体可以聚合成具有双螺旋结构的半柔性肌动蛋白纤维,在各种结合蛋白的协助下,肌动蛋白纤维可以交联形成具有特定生物功能的肌动蛋白结构,从而形成不同的细胞骨架网络,比如肌动蛋白皮质层、应力纤维、板状伪足、丝状伪足等。机理化、定量化理解各种细胞骨架网络的变形特征和承载能力,是理解细胞相关生物功能的基础。本文应用蒙特卡洛和朗之万动力学数值模拟方法,主要研究了肌动蛋白网络自组装生长的动力学行为和半柔性纤维随机交联网络的力学响应,具体工作如下:对于自组装生长的肌动蛋白网络,它可以为细胞及细胞内细菌迁移提供驱动力。我们应用蒙特卡洛模拟方法,基于分子水平的肌动蛋白聚合、分支、封端和解聚反应的随机和协作行...  (本文共127页) 本文目录 | 阅读全文>>

东华大学
东华大学

基于高分子模型的分子马达动力学研究

分子马达是生物体内将三磷酸腺苷(ATP)水解释放出来的化学能直接转化为定向机械能的一类蛋白质酶的总称。其运动机制的核心是:将无规的化学反应热直接转化为有序的机械能。分子马达的运动机制已成为当今生物学界和物理学界的研究热点,因为它涉及到一个更为广泛的物理问题:在没有外力的作用下,如何将无规的热运动转化为定向的机械能?对这个问题的解答将直接让人联想到违背热力学第二定律的第二类永动机。生物学家关注的是分子马达的微观领域,它们致力于分子马达的蛋白质生物结构和构象形态的研究;而物理学家则从宏观的角度把分子马达抽象成为一个简单的粒子,研究其将随机运动转化为定向运动的机制,至于分子马达的内部细微结构往往被忽略。本文则以分子马达的中的驱动蛋白为原型,兼顾其生物结构和物理意义,提出了支化链模型,线性场和不对称势场下的高分子链模型,从高分子的角度来研究分子马达的运动机制。1.本文用短链组成了一个一端吸附的3臂支化链模型,用来模拟驱动蛋白在运动过程中...  (本文共96页) 本文目录 | 阅读全文>>

厦门大学
厦门大学

生物分子马达的定向输运机制及其ATP水解动力学

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...  (本文共108页) 本文目录 | 阅读全文>>

燕山大学
燕山大学

生物分子马达的机械化学耦合动力学研究

生物分子马达是一种由生物大分子构成并将化学能转化为机械能的纳米级微型电机,动力学特性直接决定了它的工作机理和工作特性。目前对于生物分子马达的研究都是基于生物或化学原理,很少考虑其在运动过程中的动态机械变形及其在机械化学耦合效应中的作用和影响。为此,本文对F_1-ATPase分子马达的机械化学耦合动力学问题进行了系统的研究。本文以F_1-ATPase分子马达为研究对象,首先基于机械振动力学,建立F_1-ATPase的动力学模型。分析了F_1-ATPase的自由振动,求出了模态函数,讨论了参数变化对主振型的影响规律。利用模态叠加法,分析了随机热激励下F_1-ATPase的受迫振动,求出了随机响应,并确定了γ亚基的动态波动扭转角均方值。推导了F_1-ATPase分子马达运动时间与转速的计算公式,分析了它们的影响因素及其随影响因素的变化规律,分析了不考虑机械化学耦合时F_1-ATPase运动时间的相对误差。考虑切变模量的非线性因素,建立...  (本文共94页) 本文目录 | 阅读全文>>