盐离子对蛋白质带电特性的影响

本文应用分子理论,研究盐离子对蛋白质带电特性的影响,理论模型考虑蛋白质与阴离子的结合作用。研究发现,由于蛋白质与阴离子的结合,距离蛋白质表面附近处的阴离子被吸附在了蛋白质表面,在距离蛋白质表面附近区域,阴离子分布较少。通过计算体系中的静电势,我们发现,在距离蛋白质表面附近,静电势呈现了较大的负值,带正电荷的阳离子感受到静电吸引,会出现在距离蛋白质表面附近的区域,这会使得在距离蛋白质表面附近的区域,阳离子数目增多。这样,在不同阴离子浓度、以及阴离子与蛋白质不同结合能条件下,阴离子会在不同程度上影响蛋白质的带电特性、影响体系中的静电特性。通过考察不同结合能条件下,蛋白质表面电荷面密度随阴离子浓度的变化关系还发现,较大的结合能会使得阴离子与蛋白质结合增快,蛋白质表面会呈现从正电荷态向负电荷态的转变。理论结果符合实验观测,由此表明,盐离子与蛋白质的结合导致蛋白质表面带电特性的改变,是盐离子影响蛋白质带电特性的本质。     

Hes1调控 AKT-MDM2-p53-PTEN通路的一种物理机制

基于Hill动力学与Michaelis-Menten方程，建立理论模型研究发状分裂相关增强子1(hairy and enhancer of split 1,Hes1)调控蛋白激酶B (Protein Kinase B,AKT)-鼠双微体2 (Murine Double Minute2,MDM2)-抗癌基因p53(p53)-第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因(Phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten,PTEN)通路的一种物理机制.研究发现，Hes1通过与PTEN结合抑制PTEN表达，并调控AKT信号.表明了Hes1蛋白的合成，以及Hes1与PTEN相互作用调控AKTMDM2-p53-PTEN通路信号，将会有效地控制细胞结果 . Hes1作为AKT-MDM2-p53-PTEN信号通路中上游调节的重要因素，还可以在一定程度上通过影响p53蛋白功能，改变p53对肿瘤的抑制性.理论结果可用于预测Notch通路信号异常诱导的致癌性，并进一步揭示了Notch信号通路影响细胞AKT-MDM2-p53-PTEN通路的激活...     

药物小分子穿越磷脂双层膜输运过程中的时滞效应

本文基于扩散动力学，建立了一种新的药物小分子穿越磷脂双层膜输运的理论模型，研究药物小分子穿越磷脂双层膜输运的动态过程，考察药物小分子跨膜输运过程中的时间延迟(时滞)效应。研究发现，药物小分子在数分钟内穿越磷脂双层膜各区域进入细胞，由于时滞效应，穿膜过程呈现了周期性演化特性。当药物小分子数量增加到一定程度，磷脂分子层会出现微小孔，让积累的药物小分子快速通过。通过分析模型中各参数的敏感性，我们还发现，药物小分子在磷脂双层膜内不同区域的扩散特性，以及输运过程的时滞性，都会对药物小分子穿越磷脂双层膜的动力学有较大程度的影响。理论结果符合模拟、实验观测，进一步深刻揭示了药物小分子穿越磷脂双层膜的穿膜特性，可为设计确切的疗法药物提供必要的参考和新方案。     

模型化研究药物小分子阻滞细胞周期

基于扩散动力学与细胞信号传导动力学，研究药物小分子对细胞周期的阻滞特性.理论模型考虑药物小分子穿越细胞膜输运的动力学特性，以及进入细胞内的药物分子对细胞周期的阻滞效应.研究发现，穿越细胞膜内层进入细胞内的药物分子，将会在很大程度上决定药物分子对相关的靶向基因、蛋白的阻滞功效.细胞膜对药物分子的输运特性，是影响药物分子阻滞细胞周期的关键因素.另外，药物分子的降解程度，将会改变药物分子与靶向基因、蛋白作用时间，进而改变对相关细胞生长增殖的抑制效应.通过对模型中各参数的敏感度分析，我们确认了药物分子穿越细胞膜、进入细胞内过程的多种因素对细胞周期的抑制效应.本文理论结果符合模拟、实验观测，进一步深刻揭示了药物小分子阻滞细胞周期的物理机制，可为设计确切的疗法药物提供必要的参考和新方案.     

模型化研究两细胞间基因、蛋白耦合振荡中的噪声效应

本文基于Hill动力学与Michaelis-Menten方程，建立理论模型研究两细胞间基因、蛋白耦合振荡中的噪声效应.研究发现，在Notch信号通路中，两细胞间基因、蛋白耦合振荡呈现了周期振荡特性，表明了细胞间信号传导的同步振荡特性.“内在”噪声和“外在”噪声对两细胞间基因、蛋白耦合振荡有着不同的作用.内噪声有利于细胞间Notch信号通路中各基因、蛋白表达再次提升.外噪声诱导通路中基因、蛋白的表达水平降低，周期振荡变得阻尼.内、外噪声共同作用不仅可使得基因表达适当并呈现出持续振荡模式，而且还可使得细胞间基因转录合成相应的蛋白过程呈现出持续振荡模式.从而表明了基因表达的内、外噪声共同作用有利于控制细胞间基因激活、蛋白合成保持周期节律性.本文理论结果揭示了内外噪声对细胞间Notch信号通路动力学的一种调控机制，确定了内外噪声各自的调控效应，澄清了内外噪声共同作用调控体系持续周期振荡的物理机制，理论结果符合实验，可为设计阻止Notch体系基因、蛋白变异导致的多种疾病和癌症的通路治疗方案提供理论依据.     

模型化研究高分子凝胶体积相变中的共非溶性作用

基于Flory-Huggins理论，我们建立理论模型，研究在共非溶剂(CNS)中，高分子凝胶(PG)体积相变中的共非溶性作用.理论模型考虑PG中CNS的桥接作用、各种分子的混溶效应.研究发现，当CNS与高分子单体间的吸引强度较小时，CNS与高分子单体间桥接作用的减弱，会导致PG体积相变.当CNS与高分子单体间的吸引作用强度较大时，随着CNS与高分子单体间桥接作用的减弱，PG的体积分数呈现两次台阶式的转变，表明PG体系出现两次体积相变.这是由于桥接作用的减弱，虽然会有部分CNS分子被排挤出PG，但是并未完全消除CNS与高分子单体间的桥接吸引作用.所得理论结果符合实验观测，由此表明了共非溶性作用会在很大程度上调控PG的相变行为.