《肌肉收缩与分子马达间的协作行为》由会员分享，可在线阅读，更多相关《肌肉收缩与分子马达间的协作行为（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、硕士学位论文M人 s “ I C R s T I I C S I S第一章是关于肌肉收缩生物背景的介绍。之所以要介绍肌肉收缩，是因为肌肉收缩是分子马达协作的典型生物现象。第二章与第三章是本文的主体部分，具体研究了分子马达间的协作行为。第二章首先介绍了生物细胞内的三类分子马达，并且对于单个分子马达的定向运动的研究也作了一个简单的介绍。紧接着，分二节介绍了分子马达的协作行为。在3 .2 节中，将大量的分子马达看作可以处于两态变化的，位于硬杆上的点粒子。我们研究了在这种模型下，硬杆移动的速度 ( 对应肌肉收缩的速度)与A T P 的浓度，硬杆移动的速度与外力的关系。随后的一节研究了分子马达两种特定的
2、协作行为，计算了在这两种特定的协作行为下，肌肉收缩的速度与外力的关系，并将其与实验上得到的相应的关系作了比较。第三章是我们的一个尝试。因为肌肉系统类似于现在正在研究的复杂系统，我们尝试着从复杂系统的角度看肌肉系统。目 前， 在对复杂系统的研究中，令人感兴趣的问题是:组成系统的单元间如何协作，给系统的整体带来新的特性;系统的整体是如何要适应环境而对其内部的单元间进行调整等等。在这儿，我们也想看一下，在肌肉系统中，这大量的分子马达部分与整体的关系怎样，系统在后一时刻对前一时刻的 谈技关系怎样。我们具体研究了一个弹簧祸连小球的模型，在计算机上具体计算了两种不同的激活方式对整体运动的影响。 四 幸 足
3、 “的 t , 4 t A3 # c.k a 关键词: 肌肉收缩，分子马达，复杂系统，协作行为硕士学位论文MA S T E R S T I IS I SAb s t r a c tT h i s d i s s e r t a t i o n i s m a i n l y c o n c e r n e d w i t h t h e c o o p e r a t i v e b e h a v i o r s o fmo l e c u l a r mo t o r s i n mu s c l e c o n t r a c t i o n .Mo l e c u l a r m o
4、t o r s a r e p r o t e i n m o l e c u l e s i n c e l l s t h a t c a n c o n v e r t c h e m i c a le n e r g y i n t o m e c h a n i c a l e n e r g y . T h e d y n a m i c b e h a v i o r o f s i n g l e m o t o r a n d t h ec o o p e r a t i v e b e h a v i o r s o f l a r g e n u m b e r m o
5、t o r s b e c o m e a n i n t e r e s t i n g t o p i c i nb i o p h y s i c s n o w .I n t h i s d i s s e r t a t i o n ,t w o p a r t i c u l a r c o o p e r a t i v e b e h a v i o r s o f t h e m o l e c u l a rm o t o r s i n m u s c l e i s o t o n i c c o n t r a c t i o n a r e i n t r o d
6、u c e d : ( 1 ) n o a t t a c h e d c r o s s -b r i d g e s w o r k a t t h e s a m e t e m p o , t h e w o r k i n g p r o c e s s i s n o t a ff e c t e d b y t h ee n v i r o n m e n t ; ( 2 ) n o a t t a c h e d c r o s s - b r i d g e s w o r k a t t h e s a m e t e m p o , a n d t h ew o r k
7、i n g r a t e i s p r o p o r t i o n a l t o t h e v e r y v e l o c i t y o f t h i n fi l a m e n t i n t h e c o n t r a c -t i o n . T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n v e l o c i t y a n d e x t e r n l o a d f o r t h e t w o c o o p e r a t i v eb e h a v i o r s a r e c a l c u l a
8、 t e d b a s e d o n t h e e n e r g y c o n s e r v a t i o n .I n t h i s d i s s e r t a t i o n , t h e m u s c l e c e l l i s a l s o i n v e s t i g a t e d f r o m t h e p o i n t o fv i e w o f c o m p l e x i t y . We p r o p o s e a s p r i n g s c o u p l e d l i t t l e b a l l s m o d
9、e l . We c o m -p a r e t w o w a y s o f a c t i v a t i n g l i t t l e b a l l s i n w h i c h w e fi n d t h e r a n d o m a c t i v a t i n gs y s t e m r u n s m o r e q u i c k l y t h a n t h e a s s e m b l e d a c t i v a t i n g s y s t e m .T h e w h o l e d i s s e r t a t i o n i s a r
10、 r a n g e d a s f o l lo w i n g :i n硕士学位论文MA S T L R S T I I H S I Sf fi r s t i s a n i n t r o d u c t i o n f o r t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n p h y s i c s a n db i o l o g y .C h a p t e r o n e i s s o m e b i o l o g i c a l k n o w l e d g e a b o u t t h e m u s c l e . B e
11、 c a u s e w ea r e p a r t i c u l a r l y i n t e r e s t e d i n s k e l e t a l m u s c l e , w e p a y m u c h a t t e n t i o n t o t h es k e l e t a l mu s c l e .I n c h a p t e r d w c， t h e c o o p e r a t i v e b e h a v i o r o f m o l e c u l a r m o t o r s i n i n v e s t i -g a t e
12、 d . T w o p a r t i c u l a r c o o p e r a t i v e b e h a v i o r s ( m e n t i o n e d a b o v e ) a r e i n t r o d u c e d .I n c h a p t e r t 从 e ， w e t r y t o i n v e s t i g a t e t h e m u s c l e c e l l f r o m t h e p o i n t v i e w o fc o mp l e x i t y s y s t e m. We p r o p o s
13、e a s p r i n g s c o u p l e d l i t t l e b a l l s m o d e l . We c o m -p a r e t w o w a y s o f a c t i v a t i n g l i t t l e b a l l s i n w h i c h w e fi n d t h e r a n d o m a c t i v a t i n gs y s t e m r u n s m o r e q u i c k l y t h a n t h e a s s e m b l e d a c t i v a t i n g
14、s y s t e m.C h a p t e r f o u r i s a c o n c l u s i o n o f t h e w h o l e d i s s e r t a t i o n .K e y w o r d s : mu s c l e c o n t r a c t i o n , mo l e c u l a r m o t o r s , c o m p l e x i t y s y s t e m, c o o p e r a t i v eb e h a v i o r sI v一 一 一 一 - 一 - - - - - -硕士学位论文M A S I
15、王 R s T I I F S I S引言如果从16 世纪末伽利略的比萨斜塔实验算起，物理学作为一门 科学发展到今天己经历了三百多年。经过这三个世纪的完善和发展，尤其是2 0 世纪初发展起来的相对论和量子力学，以及2 0 世纪后半期发展起来的混沌理论，使人们对大至星体宇宙，小至分子、原子甚至夸克，以及我们周围的复杂世界，有了更深刻的认识。当世界再次进入一个新世纪的时候，越来越多的物理学家开始用已 有的物理理论解释我们周围丰富多彩的自 然现象、经济现象和社会现象时，产生了如复杂性科学这样崭新的学科和许多边缘性的学科，如生物物理学，化学物理学，经济物理学等。本文所要涉及的领域属于生物物理学。早在
16、1 7 9 1 年， 物理学 家伽伐 尼( L .G a l v a n i ) 用电 刺激蛙神 经， 发 现了 生物的导电 现象。 德国生理学家社布瓦 雷蒙 ( E .H .D u b o i s - R e y m o n d ) 终生都 在用物理学中电的技术进行生物电的实验研究，为电生理学的建立和发展作出了贡献。1 9 世纪中叶， 杜布瓦雷蒙同另外三位生理学家冯 布吕克( E . W.v o nB r u c k e ) 、 路德 维希( C .F .W.L u d w i n g ) 和亥 姆霍 兹( H .v o n H e l m h o l t z ) 相 遇， 一致表示要用物理的分子和原子的机理来研究、解释全部生命过程，可以说这种表示，是他们认识了物理学的理论和技术在研究生命过程中的重要作用。而在5 0 多年前，量子力学创始人之一的奥地利著名物理学家薛定愕写了一本小书 生命是什么。这本小书引起了物理学家研究生命现象的极大兴硕士学位论文N I A S C L l C s i 7 I V S I S趣。这批物理学家中的最著名者
