布朗动力学理论模拟动态肌动蛋白纤维的增长

肌动蛋白的聚合耦合三磷酸腺酐(ATP)分子水解成二磷酸腺苷(ADP)分子和磷酸(Pi)的释放两个过程. 因此, 肌动蛋白纤维上的原聚体存在三种不同状态, 即分别结合ATP, ADP/Pi和ADP分子. 原聚体的不同状态导致纤维具有不同的空间图谱, 这些状态的空间分布将影响纤维的各种行为. 为此,建立了相应的分子模型,在布朗动力学模拟中实现了遵循时间演化的连续马尔可夫随机过程的解聚和水解反应; 重点阐述了如何实现纤维两端的聚合和解聚达到化学平衡的方法, 并系统研究了纤维在结合ATP分子的肌动蛋白单体溶液中的增长行为.     

相场动力学模型研究细胞运动中的形态变化

细胞运动涉及细胞骨架和细胞之间的相互协同作用, 其中包括细胞膜上的表面张力作用和曲面弹性能的作用、细胞内肌动蛋白聚合时产生的“突起力”和肌球蛋白作用下的“收缩力”、细胞和基板的相互作用等. 为此, 我们基于相场动力学理论和反应扩散理论, 将细胞内肌动蛋白的动态组装行为、肌球蛋白的生理作用、以及细胞与基体的相互作用等因素与细胞的形态变化和运动相耦合关联起来建立新的细胞运动机制模型, 以研究细胞运动中的形态及速度变化. 通过该理论模型预测在一定生理条件下细胞稳态的形态和运动速度, 研究结果表明理论结果和仿生实验结果相对吻合. 此外, 我们还系统研究了细胞运动速度及形态对肌动蛋白与肌球蛋白浓度以及肌动蛋白组装成微丝的速率常数的依赖关系. 同时, 该理论方法还有望进一步拓展到细胞收缩、细胞分裂、细胞在流动场的运动等复杂体系.     

高分子锚定的流体膜

将高分子自洽平均场理论和膜弹性理论结合起来研究高分子锚定流体膜体系，得到了高分子链热力学平衡浓度的分布和膜的形状.由于膜对高分子的不可穿透性，造成高分子可以实现的构象受到限制，导致高分子对膜施加不均匀的熵压，从而锚定点附近的膜弯离高分子，这些结果符合前人的理论分析和蒙特卡罗模拟的结果.此外，考察了膜和高分子链段之间的相互作用，高分子链长以及膜的弯曲刚性、张力对膜形变的影响. 关键词： 高分子 流体膜 自洽场理论 Helfrich膜弹性理论