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分子马达是细胞内能够直接将贮存在ATP分子中的化学能转化为机械能,并参与物质输运的“纳米机器”。分子马达运动特性的研究已成为生物物理领域的热点之一。目前,研究较为深入的分子马达主要为肌球蛋白类、驱动蛋白类、动力蛋白类和旋转马达类。其中Myosin V是肌球蛋白超大家族中一类具有显著运动特征的肌球蛋白:其他的肌球蛋白一般以集体协作的方式运动,而Myosin V则可以单独地沿微丝作定向运动。 随着单分子光镊技术、荧光纳米成像以及高速原子力显微镜技术的发展,Myosin V运动特性方面实验研究取得了长足的进步。与此同时,理论研究者也建立了一系列的模型,主要有“交臂模型”、“弹性杆臂模型”以及“多段刚性臂模型”等,来解释Myosin V的运动特性。 Myosin V的定向运动经历了多种化学态和力学态的变化过程,其实质就是化学态与力学态的耦合过程。本文针对Myosin V定态持续性运动,结合“Hand-over-Hand”运动模式,建立了Myosin V机械化学循环的四态模型,认为Myosin V可以在其相互连接的两态之间进行随机跃迁。利用主方程和贝尔方程对模型进行分析和定量计算,得到在定态条件下,Myosin V持续运动的平均速度、平均弛豫时间、平均运行长度。理论结果同实验数据基本吻合,这为解释Myosin V的运动特性提供了新思路。 本文包括四章,第一章肌球蛋白超大家族的介绍;第二章是Myosin V的运动特征的研究现状;第三章是本文的核心内容,建立Myosin V机械化学循环的四态模型,对模型进行分析与计算,并将得到的结果与实验数据相比较;第四章是本文总结与展望。