耦合布朗马达的定向运输研究
本文从分子马达结构,周期势的,非平衡热涨落等几个方面,深入分析了分子马达的输运机制.首先我们研究了分子达的构造及其所处环境.分子马达能够进行主动运输且输运效率...
作者：
冯玉宇
摘要：
物质和能量输运之间的关系一直是人们孜孜不倦在探寻的重点问题之一.在诸多输运现象中,生命活动中外力效果为零甚至是无外力的主动输运引起了学者广泛的注意.本文的研究受启发于生物体内一些蛋白能直接将ATP的化学能转化为机械能,无需经过热能的中间态,由这些蛋白进行的能量转化,其效率率远远超过了人造系统,我们称这类蛋白质为分子马达.分子马达在生命体内广泛存在,并行使着自身特定的职能,研究发现是这些分子马达的存在使得生命体的主动运输成为可能.人们准确分析了分子马达所处的环境,将分子马达简化为在空时非对称周期势中,受外部非平衡热涨落影响的布朗马达,从而模拟出生物体生命活动的机理.本文从分子马达结构,周期势的,非平衡热涨落等几个方面,深入分析了分子马达的输运机制.首先我们研究了分子达的构造及其所处环境.分子马达能够进行主动运输且输运效率之高,与其自身结构息息相关.在实验分析驱动蛋白,动力蛋白,肌球蛋白这三类分子马达蛋白的结构和在生物体运动的机理,再从物理学角度分析,将其视作处于棘轮势中的布朗粒子,分析其机械化学性质,并介绍如何实现了对分子马达从生物学向物理学的跨越.其次分了在噪声影响下粒子的输运,利用噪声谐振子严格可解的特点,对产生简谐噪声的坐标项和产生简谐速度噪声的速度项进行分析,解出能够反映噪声性质的关联函数,从而很好的模拟出对分子马达输运产生影响的非平衡热涨落.其次,通过对各种分子马达模型进行分析,对于分子马达的研究从一维的棘轮势着手,分别研究了粒子体系仅仅受棘轮势惯性影响,以及在添加外部非高斯噪声后,粒子体系受棘轮势惯性影响和噪声影响下,粒子体系的输运机制.对模型进行拓展,在二维的棘轮势中,分子马达仅仅受棘轮势和受棘轮势和噪声共同影响下,粒子体系的输运机制.最后,基与对粒子间存有相互作用的考虑,可以将分子马达看做是耦合的布朗粒子,考虑耦合分子马达受棘轮势和噪声影响下,粒子体系的输运机制.本文从时间,空间,分子马达内部结构以及马达所处环境等几个方面,简单的介绍了分子马达定向输运的产生机制,建立了较为完善的分子马达模型,深入的对分子马达输运机制进行了探讨.获得了各种最佳的参数,这些参数有助于指导以后纳米机器的制备,以及单分子操纵技术参数的选取,通过适当的调整参数还可以有效的实现粒子流的增强,抑制和反转,为进行粒子筛选参数的选取提供了依据.
关键词：
分子马达 噪声 棘轮势 输运机制