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。     

分子马达肌球蛋白动力冲程研究进展

生命在于运动,机体的一切活动,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推动的结果,因此它们称为分子马达或马达蛋白。到目前为止,已有上百种的分子马达被确定,它们在生物有机体内执行着各种各样的生物功能。分子马达都是沿着相应的蛋白丝运动,这些蛋白丝起着轨道的作用。对于真核细胞,最常见的为肌球蛋白马达（Myosin）,     

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     

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。     

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。     

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）。     

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.     

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。     

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     

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...     

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 .     

压电超声马达简介

近年来压电超声马达很引入注目．传统的马达是利用电磁力驱动的，而压电超声马达则是利用压电或电致伸缩材料作为驱动源，直接推动可运动的部件产生直线的或旋转的运动．本义重点介绍压电蠕动马达和超声行波马达的原理和简单结构．     

空时非对称分数阶类Langevin棘齿

研究了空时非对称分数阶类Langevin分子马达棘齿模型,其中势函数是空间对称破缺的周期势,时间非对称类Langevin噪声由Logistic映射生成,而分数阶则刻画了分子马达工作环境的非理想程度.通过将模型转化为离散映射,即研究其整时间点情形,数值模拟了噪声的时间非对称性、势函数的空间非对称性以及分数阶对模型定向输运行为的影响.数值模拟结果表明:噪声的时间非对称性是定向流产生的根源,而势函数的空间非对称性能够与其进行竞争与协作,并在适当的参数条件下导致定向流的逆转;分数阶仅影响定向流的大小而不改变其方向.与经典的整数阶分子马达模型或时间非对称分数阶分子马达棘齿模型相比,该模型可以更为真实地描述分子马达的噪声整流工作机理.     

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。     

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.     

布朗马达的定向输运模型

将系统利用非平衡涨落能量做功，看作是布朗马达受到内外噪声作用的结果，并建立相应的含阻尼、双噪声的扩散模型．通过解析计算和数值模拟，在一维惯性锯齿势中，阐明了乘性噪声驱动布朗马达定向运动的机理，分析了黏滞阻力对定态流的影响．作为应用，解释了单个马达蛋白梯跳运动的实验现象． 关键词：     

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.     

体相微马达双气泡聚并驱动的界面演化机制

微纳米马达是建立微流体环境与宏观操控的桥梁,气泡微马达的驱动速度高,这一优势在实际应用中不可替代.管式气泡马达适用于复杂场景但能量转化率低,气泡驱动的Janus微球马达效率高但仅适用于气液界面附近.鉴于此,本文提出通过双气泡聚并方式驱动Janus微球马达的新体系,调和了高能量转化率与界面受限的矛盾.在实验中,借助高速摄像记录了双气泡聚并驱动微马达的～100μs级过程,气泡聚并紧邻微球发生,通过释放的能量驱动微球显著运动,其融合过程是独特的可动曲壁受限下的气液界面演化问题.进一步结合伪势格子Boltzmann数值方法探究了气泡聚并驱动的流体动力学机制.研究结果揭示了不同时段气泡聚并的细节,给出了气泡颗粒尺寸比等因素对微球位移、初始动能转换率的影响,确认了双气泡聚并释放表面能的高效驱动机制.     

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