论文摘要
分子马达是利用化学能进行机械做功的纳米系统,天然的分子马达,如:驱动蛋白、DNA和RNA聚合酶、肌球蛋白、ATP合酶等,在生物体内参与了胞质运输、DNA和RNA复制、细胞分裂、肌肉收缩、ATP的合成等一系列重要的生命活动。分子马达包括线性分子马达和旋转分子马达两大类。众多的分子马达中,ATP合酶作为典型的旋转分子马达,由于其特有的动力学特性引起了人们的广泛兴趣。该马达蛋白既可在跨膜质子势的推动下催化合成ATP;也可以利用水解ATP释放的化学能而充当质子泵,把质子从线粒体基质中输送到内膜外侧,其能量转化效率高达100%。旋转分子马达的这些特点给生物物理学提出了新颖而富于挑战性的新课题。正是在以上意义鼓舞下,本工作首次采用随机动力学主方程方法研究旋转分子马达,以便从ATP合酶动力学的角度进一步了解旋转分子马达动力学机制。具体工作如下:结合旋转分子马达ATP合酶结构的生物背景,选取ATP合酶一个β亚基上的催化位点研究,将γ亚基沿3α3β的运动轨迹视为一维运动,首次运用随机主方程方法,建立了四态随机跃迁旋转催化运动的理论模型。通过对ATP合酶做旋转催化运动的动力学行为作定性分析,得到各态分布几率与ATP浓度之间的变化关系,以及旋转角速度、扩散系数与ATP浓度和负载力之间的变化曲线,得出符合旋转分子马达生物机理的结果,定性半定量地解释了ATP合酶的一些实验现象。