《分子馬達運動機制的理論研究》是依託華南師範大學，由艾保全擔任項目負責人的青年科學基金項目。
《分子馬達運動機制的理論研究》是依託華南師範大學，由艾保全擔任項目負責人的青年科學基金項目。項目摘要本項目擬從理論上研究典型的線性分子馬達－肌球肌動蛋白系統和旋轉分子馬達－F0F1-ATPase分子馬達系統的運動理論機制...
可以把分子馬達看成一個最簡單的納米機器人，像一種長了兩條“腿”的肌球蛋白分子馬達，可以做線性推進運動，在人體內，它的一大作用是在細胞內搬運小泡等物質，理論上，如果再給它裝個筐，它也能運其他東西。目前，科學家還在研究怎樣把多個分子馬達組合，或把它們和其他分子聯繫，組成一個稍微“複雜”的機器。
本項目旨在任意非平衡過程中均成立的漲落定理基礎上建立隨機非平衡熱力學，以期能夠更好地刻畫分子馬達的行為，研究分子馬達的功率、效率、耗散功以及最大功率對應的效率問題（稱為能量利用的經濟性問題），並將理論結果與分子動力學模擬結果以及實驗結果相比較。通過本項目的研究，有可能提煉出生命運動和進化中的一條...
建立一個能量循環促進力學形變的分子馬達模型。揭示熱漲落環境中的布朗粒子如何從一個子庫里吸取能量進而產生定向流的機制；探索具有結構的馬達分子的內部形變對其巨觀運動和熱力學性質的影響。為新近的實驗現象提供可能的理論解釋分子馬達提供理論解釋並且開闢非點粒子輸運研究的新方向。
（7）對於分子機器RNA聚合酶的性質進行了理論上的研究，主要考慮了兩個方面的問題，一是RNA聚合酶的運動可能會因某些原因被暫時阻止，二是RNA聚合酶的運動情況與相應的軌道性質（即DNA上啟動子的序列）是相關聯的。 該項目的研究成果對於進一步的理解和看清楚分子馬達的相關性質具有一定的幫助作用，並對相關的試驗具有...
從本質上來講，骨骼肌的收縮行為源於肌球蛋白分子馬達，它是一種納米尺度的分子機器，分子馬達通過水解三磷酸腺苷（ATP）產生作用力推動細肌絲與粗肌絲相對運動，大量的分子馬達集體做功使肌肉產生收縮。目前肌肉收縮的微觀機理研究主要集中在分子馬達循環過程的定性描述上，很難對分子馬達微觀動態力學行為進行精確解析。另外...
馬達分子在障礙物周圍聚集並誘導鏈嫁接的盤自發產生定向運動。此外我們發現鹽離子特別是高價離子會削弱聚合強度，引起複合體解離。研究進一步加深了對藥物輸運過程涉及的基本物理問題的理解。受項目資助，共發表9篇SCI論文，1 篇softmatter，2篇JCP, 培養博士生1名，碩士生4名。
我們的研究有助於闡明肌肉發育的分子機制，為建立肌肉相關疾病防治的新策略提供理論基礎。結題摘要 肌肉不僅是重要的運動器官，在代謝和內分泌調控方面也扮演重要角色。成肌細胞作為一種未分化的肌肉前體細胞，是肌肉分化再生的基礎，在肌肉相關疾病的細胞移植治療上有很大潛力。CDO 信號是調控p38MAPK活性和成肌細胞...
目前，肌球蛋白VI的運動圖像已經基本得到刻畫，但是關於其運動和調控機制的理論問題尚未解決。本研究擬針對肌球蛋白VI的馬達結構域、Unique insert、近端尾部等幾個重要結構域進行系統的分子結構和分子動力學分析。結合多層次的動力學模型和動力學分析方法，探索肌球蛋白VI分子特殊運動模式的結構基礎和相互作用基礎，刻畫...
分子機器和分子馬達受當前納米科技時代研究的熱點領域。分子轉子作為一類關鍵分子器件，設計和實現具有特定轉動性質的轉子是所面臨的關鍵科學問題之一。本項目以量子化學計算結合核磁共振弛豫速率測量等多種實驗手段考察了化學微環境對分子轉子的調控作用。首先我們發展了基於分子簇模型模擬凝聚態中轉子化學微環境的理論模型，...
除了單分子操縱，單分子實時視見也是近幾年單分子生物學的發展熱點。細胞活體研究中，螢光蛋白（GFP和DsRed）的發現開闢了螢光單分子檢測的新領域，並涉及物理光學的最新技術，如近場掃描光學顯微鏡和廣野顯微鏡等。皮牛頓力學 生物大分子（如分子馬達）運動或轉動主要靠ATP水解獲得能量。一個ATP分子水解能約20kT，這裡...
不同來源的肌球蛋白驅動肌動蛋白運動速度有很大的差異,骨骼肌肌球蛋白、平滑肌肌球蛋白和盤基網柄菌肌球蛋白推動肌動蛋白運動速度分別為8.4μm/s、1μm/s和3μm/s。還有人從藻類細胞(Chara)純化到一種肌球蛋白,能以50μm/s的速度驅動肌動蛋白運動。至今尚無一種比較完善的、能普遍被人們接受的理論以解釋...
推導出耦合分子馬達隨機效率表達式和低濃度下輻照致DNA分子碎裂的碎片統計分布。.本項目有助於人們加深理解非平衡穩定態熱力學，也將在理論上配合我國實驗工作者開展DNA輻照損傷研究。使對兩個具體小系統(耦合分子馬達做功效率和低濃度下DNA分子碎裂分布)的理論研究與實驗結果符合。甚至為新的實驗提供建議選題。
近年來，軟凝聚態物理和生命科學的交叉科學領域成為國際理論研究的一大熱點。 分子動力學、耗散粒子動力學、布朗運動學等分子模擬理論是有效深入研究模型化的複雜生命體系的主要手段。 生物膜結構、細胞骨架的複雜組織結構、信號傳導、細胞運動和細胞分裂等模型化體系是最近生物物理研究的熱點之一。主要研究方向：生物膜和...
近八年來利用美國國立健康研究院院內經費開展多個科研項目：第一次證明非肌性分子馬達ⅡA 對於胎盤和血管發育具有重要作用；率先利用昆蟲桿狀病毒系統成功表達全長非肌性分子馬達蛋白複合物（500kDa）；首次在小鼠胚胎幹細胞中發現基因打靶效率高達96%的基因位點（通常情況下只有1-10%）具有重要的理論研究和時間套用價值...
6.4.1 周期開關常外力下的運動 461 6.4.2 餘弦力驅動下的鎖模行為 462 6.5 欠阻尼FK系統的低速動力學 466 6.5.1 直流外力驅動下的小阻尼FK系統 466 6.5.2 連續化極限：sine-Gordon方程 468 6.5.3 低速區的共振台階的機制及平均場理論 472 6.5.4 平均場理論的物理解釋 477 6.5.5 共振...
本項研究將為闡明纖維素生物合成的機理、有效利用生物質能源和改良重要經濟作物棉花的品質，提供重要的理論指導。2.以對農作物危害非常嚴重的兩種病毒，菸草花葉病毒(TMV)和黃瓜花葉病毒(CMV)，為研究對象，以模式植物擬南芥和菸草為寄主植物材料，利用現有的擬南芥馬達蛋白突變體材料，根據病毒對這些突變體的侵染致病...
3.3 形形色色的分子馬達 3.3.1 分子馬達的種類 3.3.2 驅動蛋白和動力蛋白家族 3.3.3 肌球蛋白家族 3.3.4 旋轉分子馬達家族 3.4 朗之萬輸運理論 3.4.1 布朗運動 3.4.2 布朗運動的朗之萬方程 3.4.3 朗之萬方程在分子馬達研究中的套用 3.5 主方程方法 3.5.1 隨機主方程 3.5.2 主方程...
拓撲相變與熱力學相變（關於Lyapunov指數、KS熵等動力學指標與相變的關係研究）； （3）少體非平衡體系的漲落理論與自由能關係（非平衡態統計物理的一些新發展）； （4）低維體系的熱傳導，反常擴散，巨觀輸運行為的調控； （5）分子馬達與定向輸運； 和一些其他新出現的有實際意義又有基礎理論意義的內容。
甚至動物群體的集體運動等都可以認為是活性物質體系的典型系統。顯然活性物質是與統計物理、軟物質物理、生物物理及流體力學等複雜非平衡體系密切相關的交叉研究領域。同時現在非常流行的一些人造的膠體系統，分散式機器人、無人機集群的出現，展現了活性物質的概念對理解和設計未來先進智慧型體系具有重要的理論價值。
光鑷從鮮為人知， 集中在少數物理學家的實驗室中， 只能簡單地操控微米細胞到目前可以實現對單分子亞納米級精度的測量， 極大地促進了定量生物學的發展。光鑷技術已成為眾多學科的科學家渴望的工具。理論發展概況 光鑷技術的理論主要是利用各種計算方法研究聚焦光束與微粒的相互作用力。首先是單光束梯度力阱與微粒的相互...
雙紡錘體理論的提出提供了一種先前未知的機制。接下來需要探討的是雙紡錘體是否在人類中也發揮相同的作用。因為，這將為研究如何改善人類不育治療提供非常有價值的信息 。染色體 當細胞從間期進入有絲分裂期，間期細胞微管網路解聚為游離的αβ-微管蛋白二聚體，再重組成紡錘體，介導染色體的運動；分裂末期紡錘體微管...
7 酶分子的自驅動和酶驅微納馬達 208 7．1 概述 208 7．2 酶分子馬達及其原理 209 7．2．1 生物分子馬達 209 7．2．2 酶分子馬達的自驅動機理 210 7．2．3 酶分子馬達運動的觀測方法 213 7．3 酶驅微納馬達與微泵 214 7．3．1 概述 214 7．3．2 酶驅微納馬達運動機理 215 7．3．3 酶驅微...
地球的自轉運動及其與地球各圈層的相互作用 生物多樣性保護 細胞凋亡 隨傳、發育和進化的統一 分子識別、化學信息學和化學反應智慧型化問題 人能否在地球以外長期生存 腦神經系統動力學 探索生命的遺傳語言 如何控制化學反應方向 未來的認知神經科學能否給意識以新的解釋 地球演化的統一理論 思維與智慧型的本質 人腦如何組織...
5.機械振動的分析研究。這是機械動力學的基本內容之一，已發展成為內容豐富、自成體系的一門學科。6.機構分析和機構綜合。此項內容一般是對機構的結構和運動而言，但隨著機械運轉速度的提高，機械動力學已成為分析和綜合高速機構時不可缺少的內容。理論及套用 1.分子機械動力學的研究：作為納米科技的一個分支，分子...
細胞生物學(Cell Biology)是研究和揭示細胞基本生命活動規律的科學，它從顯微、亞顯微與分子水平上研究細胞結構與功能。細胞增殖、分化、代謝、運動、衰老、死亡，以及細胞信號轉導，細胞基因表達與調控，細胞起源與進化等重大生命過程。基本信息 細胞生物學是以細胞為研究對象，從細胞的整體水平、亞顯微水平、分子水平等...
8.2.2 等待時間和步進方向都隨機的布朗運動模型 . . . . . . . . . 190 8.3 分子群體動力學類似於馬爾可夫過程 . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 8.3.1 生–滅過程描述細胞中化學物質群體數量的波動 . . . . . . . 192 8.3.2 生–滅過程在連續確定性近似中接近穩定...
本項目主要研究內容與成果如下： （1）採用耗散粒子動力學（Dissipative Particle Dynamics, DPD）理論與方法，建立了一種新的細胞力學模型，即細胞微結構模型。該模型綜合考慮細胞膜的磷脂雙分子層結構，並以細胞骨架為基礎，引入交聯蛋白、分子馬達等微結構以及解離/反解離、聚合/解聚合、摺疊/解摺疊等生理過程。對比...
本研究的實施，將為闡明NM IIA促進食管磷癌轉移機制提供新的理論基礎。結題摘要 食管鱗癌是我國死亡率居第四位的惡性腫瘤，轉移擴散是其預後不良的首要原因。NM IIA是能夠結合併移動肌動蛋白的分子馬達蛋白，其功能依賴於對其裝配狀態的調節。促使NM IIA裝配及去裝配的蛋白在腫瘤組織及細胞中都呈高表達，我們...
