分子马达肌球蛋白Ⅵ研究进展

生命体的一切活动，从肌肉收缩、细胞内部的运输、遗传物质（DNA）的复制、一直到细胞的分裂等等，追踪到分子水平，都是源于具有马达功能的蛋白质大分子做功的结果，它们称为分子马达（molecular motor）。具体到细胞内的物质运输，生物体主要依靠两种细胞骨架系统——微管和微丝，以及与之相关的马达蛋白。微管、微丝和马达蛋白组成的系统就好比细胞内的交通网络，不断进行着货物的运输，动力由三磷酸腺苷（ATP）水解所产生的能量来提供，其运转效率比一般的马达高得多，有的甚至接近100％。长距离的胞内运输主要是由沿微管运动的驱动蛋白（kinesin）和动力蛋白（dynein）承担，而短距离的运输可能需要在微丝上运动的肌球蛋白（myosin）。     

驱动蛋白及其研究进展

 生命活动与体内的输运过程密切相关。像我们在宏观层次中用到的热机一样,在生物体内也存在着许多具有马达功能的微观“机器”--分子马达(molecularmotor)。它们广泛存在于肌肉纤维和细胞组织中,是一种特殊的蛋白质大分子。     

旋转分子马达的代表——ATP合成酶

 所有生物的运动系统都与能量的输运有着密切的联系。这主要是由于具有马达功能的大分子蛋白质做功的结果,这些蛋白质分子被称为分子马达或蛋白质马达。它们在体内占有特殊的地位,是生命活动和生命现象的主要承担者。这些运动系统有一个共同的特点即ATP(三磷酸腺苷)水解释放的能量通过分子马达的构象变化可高效地将化学能转换为机械能。因此,分子马达就起到了能量转换器的作用。分子马达的运动协调起来就产生了宏观的运动。但是,这些运动如何协调起来产生生命现象和生命活动,则需进一步研究。到目前为止,人类已确定了上百种马达,它们在机体内执行着各种各样的功能,已经知道的分子马达有线性分子马达和旋转分子马达。     

分子马达肌球蛋白VI研究进展

生命体的一切活动,从肌肉收缩、细胞内部的运输、遗传物质(DNA)的复制、一直到细胞的分裂等等,追踪到分子水平,都是源于具有马达功能的蛋白质大分子做功的结果,它们称为分子马达(molecularmotor)。具体到细胞内的物质运输,生物体主要依靠两种细胞骨架系统——微管和微丝,以及与     

分子马达的调节机制

细胞维持生命就需要不断与外界进行物质交换,并且在细胞内部也频繁地进行着物质交换。细胞内部高度分化,由不同的细胞器（如细胞核,高尔基复合体等）组成,我们将细胞器比做“工厂”,每个工厂都有自己独一无二的“产品”（货物）,细胞器是如何将产品分配给他们的“消费者”以及其他的工厂呢？在细胞内,运输货物的主要任务由分子马达（简称马达）家族中的肌球蛋白,驱动蛋白及动力蛋白来完成。马达完成运输的过程可分为三步：（1）识别货物并与货物结合;（2）沿着各自的“轨道”完成多个化学．力学循环,运输的过程中可能需要马达之间任务的交接;（3）将到达目的地时,识别目的地并将货物卸下。为了深入的介绍马达的调节机制,在内容上作了如下安排：1．介绍马达的基本概念及分类。2．介绍马达的结构及其运动特性。     

新型分子器件--分子马达

分子马达是人们为了得到纳米尺度的机械部件所设计合成的一种新型复合体系,目前化学家们正采用逐渐组装即“自下而上‘的方法对其进行探索研究,以分子结构和运动特点为标准可将现有分子马达分为分子转子、分子传动装置、分子开关、分子梭、分子转门、分子棘齿等几类。文章介绍了在双键分子体系的研究中Ｋｏｕｍｕｒａ等人的开创性工作以及Ｋｅｌｌｙ等人在三叶轮分子体系的研究方面所取得的突破性进展,同时还展望了分子马达的发展     

生物分子马达

生物分子马达处在生命与纳米两学科的交叉点上,注定会成为本世纪基础研究的主角之一。生物分子马达的研究尽管经历了150多年,但突破性进展出现在最近二十年,这既得益于单分子技术的发展,更要归功于物理学家、生物化学家、医学家及计算学家等的联合交叉研究。文章回顾了分子马达研究的历程,展示了主要成果,也提出了面临的问题。     

分子马达与布朗马达

综述了有关分子马达,主要是肌球蛋白马达和动蛋白马达的实验研究进展情况,并对理论模型,特别是近年来广为流行的布朗马达模型作了介绍和评论。最后展望了这一领域的发展前景及其所面临的挑战性问题。     

神奇的生物酶——旋转分子马达

 生命是美丽的,美丽因生命而存在,生命因美丽而永恒。生命科学以其特有的魅力吸引人们参与到对它的研究中来,研究生命科学、向生命学习将是本世纪生命科学研究的特色。众所周知,ATP(三磷酸腺苷)作为生物体内的能量货币,其合成作用是生物世界中最普遍的化学反应,其水解反应所释放的能量为系统提供了驱动力,使得分子马达沿着轨道做定向运动。到目前为止,人类制造的任何一部宏观机器都无法同分子马达运动的连续性、高效性以及运动中各个部分所表现出的协调性相比。     

世界上最小的电冰箱

比利时和美国的两位科学家最近研制出一个由单手征的（或不对称的）分子组成的微观马达。当将这个马达放在两个具有不同温度的水容器之间时，马达自动地向一个方向运动来调整热的不均，这样就将热量从高温的水容器传输到低温水容器中。     

单分子荧光检测在生命科学中的应用

文章对单分子荧光检测在分子马达、离子通道、信号分子、蛋白折叠、蛋白构象变化动力学、酶活性反应、细胞过程实时观察等生命科学领域中的应用进行了介绍.这些研究结果表明,单分子荧光检测在研究生物大分子的活动规律与机制方面不但有着无法替代的优越性,而且有着广阔的发展空间.     

驱动蛋白单向运动机理

驱动蛋白马达在实验和理论上已被进行了广泛的研究. 然而, 其行进运动的微观机理仍未确定. 在本文中我们基于化学、力学和电学耦合提出了一个交臂模型来描述这种行进运动. 在该模型中，驱动蛋白两个头的ATP水解化学反应速率由作用在其颈上的力（包括内部弹性力和外部负荷）来调控. 在低外部负荷情况下, 驱动蛋白的后头的ATP水解化学反应速率远大于前头的速率, 因而两个头在ATP水解化学反应和力学周期循环中是协调的且马达以每步消耗一个ATP的方式的行走. 在大的前向负荷情况下, 两个头的ATP水解化学反应速率变得可比拟, 因而两个头在ATP水解化学反应和力学周期循环中不再很好地协调. 该模型与驱动蛋白的结构研究结果以及ATP水解化学反应路径一致. 利用此模型所估算的驱动力（约5.8 pN）与实验结果（5~7.5 pN）一致. 所估算的每步中的运动时间（约10）也与实验测量值（0~50）符合. 解释了已观察到的每步（8nm）分为两个半步的现象. 所得到的运动速度-负荷曲线与已有的实验结果一致.     

用弹性模型分析分子马达向前向后运动的概率

通过考虑分子马达kinesin的两个头处于不同的力学化学状态时具有不同的劲度系数,建立了弹性模型并根据玻尔兹曼定律分析了分子马达向前向后的行走概率,得到向前向后运动概率之比与外力的依赖关系,与Carter和Cross的实验结果相吻合.并且还用建立的弹性模型分析了实验上观察到的分子马达单向运动的因为以及在有外力时分子马达...     

基于冲击力模型的分子马达动力学分析

从分子马达输运特点和实验现象出发,建立满足朗之万方程的冲击力模型,分析分子马达定向输运的动力学行为.研究发现:在合适的冲击力和噪声强度的共同作用下,分子马达可以稳定的梯跳跃迁运动和有效的输运;分子马达在轨运动的方向由冲击力的方向决定;另外,虽然在不同的噪声强度时平均速度都不为零,但是整个分子马达系综的高效输运对噪声强度有一定的选择性;系综的平均速度随着负载力的增大而减小,甚至会产生反方向的运动.     

基于三磷酸腺苷调节的分子马达单向能量跃迁模型

分子马达的梯跳运动和在过阻尼溶液中动力学原理尚未揭示清楚, 从分子马达输运特点和实验现象出发, 构建满足朗之万方程的单向能量跃迁模型, 并通过Monte Carlo方法分析了分子马达的随机动力学行为. 结果表明, 在合适的跃迁能量作用下, 分子马达可以利用噪声进行稳定的梯跳运动和有效的输运, 但负载力会减弱分子马达系统的输运能力; 轨道周期势虽影响分子马达速度的大小但不会改变其运动方向, 分子马达运动方向由跃迁能量决定; 另外, 虽然在不同的噪声强度时平均速度不为零, 但是分子马达系统的高效输运对噪声有一定选择性. 关键词： 分子马达 能量跃迁 朗之万方程 噪声强度     

分数阶双头分子马达的欠扩散输运现象

研究具有幂律记忆性的细胞液中双头分子马达的定向输运现象,选取幂函数作为广义Langevin方程的阻尼核函数,建立了分数阶过阻尼耦合Brown马达模型,讨论了阶数及耦合系数对双头分子马达定向输运速度的影响. 仿真结果表明,分数阶过阻尼双头分子马达也会产生定向输运现象,并且在某些阶数下会产生整数阶情形所不具有的反向定向流. 当噪声强度固定时,输运速度随着阶数以及耦合系数的变化均会出现广义随机共振现象. 特别地,研究发现双头分子马达在记忆闪烁棘轮势中具有某些单头分子马达所不具备的运动特性,定向流的大小和方向由噪声与双头间作用力相互耦合控制. 关键词： 分数阶双头分子马达 欠扩散 定向输运 广义随机共振     

物理学和生物学(下)

3　生物问题的诸多层次对生命现象的研究必须在众多层次上进行 .最微观的层次包含分子和原子的相互作用 ,从小分子(糖、脂肪、核苷酸、氨基酸 )、钙镁钾钠等金属离子、水分子 ,到生物大分子 (DNA ,RNA ,蛋白质以及它们的复合体 )的结构和相互作用 ,特别是中心法则所涉及到的复制、转录、剪接、翻译 ,以及翻译之后的修饰、运输 ,还有各个阶段上的查错和修补 .然后是各种基本构件所组成的途径和网络 :调控网络、代谢网络、免疫网络、信号传导网络等等 .再往上是细胞、组织、器官乃至个体 ,从生物化学到生理学的研究 .更上层次则是种群动力…     

肌球蛋白Ⅵ分子马达周期势场下的弹性扩散模型

肌球蛋白Ⅵ分子马达因其特殊的结构及胞内功能,其动力学原理成为研究的热点. 从肌球蛋白Ⅵ自身结构和实验现象出发,建立其弹性扩散模型,并通过Monte Carlo方法分析了肌球蛋白Ⅵ满足朗之万方程的随机动力学行为. 结果表明,在环境噪声作用下,具有弹性势能和轨道周期势能的肌球蛋白Ⅵ可以进行梯跳运动和有效的输运,但负载力会减弱分子马达系统的输运能力;当弹性系数一定时,弹性链越长平均速度越小,当弹性链长度一定时,合理选择弹性系数平均速度可达到最大值;另外,负载力的存在使肌球蛋白Ⅵ在接触位点的平均驻留时间呈指数增加. 关键词： 分子马达 肌球蛋白Ⅵ 朗之万方程 弹性扩散模型     

分子马达的三态周期跳跃模型

研究了在一维三态周期跳跃模型下分子马达的定向运动 .对于给定的任意初始分布 ,得出了与时间有关的几率分布的解析表达式 ,包括到达稳态之前的所有的瞬态过程 ,由此可获得马达在各个时刻的漂移速度v、扩散系数D以及描述马达随机性质的随机参数r(randomnessparameter ) .同时还计算了马达到达稳态所需要的特征时间 .并把计算结果同实验进行了比较 .     

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, 非保守力在体系与外界能量交换中发挥重要作用. 四态模型较好地反映了马达力学化学过程的各个状态及相应的构象变化. Motor protein is a kind of small machines that convert chemical energy to mechanical works. It is revealed from the study of the two dimensional model that the non conservative impulsive force plays a significant role in the exchanging process of energy. A four state model characterizing the coupling of mechanical and chemical processes of molecular motor is also discussed.