驱动蛋白及其作用研究进展

驱动蛋白是一种非常重要的细胞内运输"货物"的分子马达,它沿着微管运动来行使其功能.介绍了驱动蛋白的结构、运动及物质运输机制、在精子发生过程中的功能以及在抑制癌症过程中的作用,并对驱动蛋白及其作用研究存在的问题进行了探讨,为今后更进一步深入研究和认识驱动蛋白提供有价值的新信息、新思路.     

基于分子马达的活细胞内微粒逃离势阱的运动概率

用Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ方程研究了在活细胞内作拟布郎运动的微粒在分子马达驱动下跳离势阱的运动概率,进而得到ＡＴＰ分子的水解反应概率、马达蛋白分子的反应概率以及确定与活细胞内微粒膜连接的马达蛋白分子数和ＡＴＰ分子数的统计表达式。     

持续蛋白马达步进速度的优化研究

持续蛋白马达是公认的最小生物热机,它们能够利用ATP水解释放的能量并借助两个"脚"沿着生物聚合物的微管前进。更为有意义的是这种运动能够实现生物细胞内"货物"的输运。驱动蛋白马达是持续马达的典型例子,它们可在细胞内沿细胞骨架的蛋白丝输送细胞器。通过目前公认的驱动蛋白马达模型讨论了马达的步进速度,并且模型中始终考虑马达向后的步进行为。发现激活态下自由能的减少可加速驱动蛋白马达的催化循环,并可使马达向前或者向后的跃迁更加频繁。同时驱动蛋白马达优化后的反转几率与实验中观测到的结果一致。该结论表明在自然选择过程中驱动蛋白马达通过进化速度可以获得最大化。     

分子马达 构建“小”的世界

科普便利贴:机体的一切活动,从肌肉收缩、细胞内部的运输、遗传物质(DNA)的复制,到细胞的分裂等等,在分子水平上,都是具有马达功能的蛋白质大分子做功推动的结果。因此,它们被称为分子马达或蛋白质马达、蛋白质机器等。到目前为止,已有百种以上的分子马达被确定,它们在机体内执行着各种各样的生物功能。分子马达都是沿着相应的蛋白丝做定向运动。这些蛋白丝起着"轨道"的作用,它们都是有极性的,因而也是有方向性的。这些分子马达可高效率地将贮藏在腺苷三磷酸(ATP)分子中的化学能直接转换为机械能,产生协调的定向运动而做功。迄今为止,人类尚无由化学能直接转换为机械能做功的任何记载,因而由生物体反映出的这种独特的能量转换形式不仅对于生命活动至关重要,而且人类也可以从新的角度出发去认识、研究及利用这种能量转换的分子机制。因此,分子马达做功原理及能量转换机制一直是分子生物学、物理学、生物化学等诸多学科中最为引人注目的领域之一,并且会在相当长的时间里成为多学科共同面临的一个极具挑战性的科学领域。     

分子马达定向运动的合作机制

分子马达是当前生物学和物理学的前沿课题,其定向运动的动力学机制一直是科学家关注的焦点之一.生物体内的分子马达一般是很多个一起协同工作.相互作用与合作在分子马达集体行为中起了很大作用.本文概述了分子马达合作运动的现象和机制.为进一步阐述合作的意义,本文详细讨论了分子马达必须依靠合作才能实现定向输运的两种情况.第一种,分子马达通过合作,在过阻尼条件下克服不停闪烁的棘齿势,实现了定向运动.第二种,分子马达通过合作,可以将一个方向上输入的驱动能量转化到垂直方向上做功,并产生定向输运.     

静电相互作用对驱动蛋白马达运动的影响

利用一种常见驱动蛋白(1BG2)和微管蛋白(1TUB)的结晶结构,通过静电计算得到了马达头部和微管蛋白表面的电势分布,并对比晶体结构分析了微管势场对马达头部正电势区域的作用.此外,利用解泊松方程的方法计算了驱动蛋白与微管间的静电相互作用,并发现马达沿微管轴向运动时所处的微管电势场具有周期性,其周期与马达步进周期有很好的一致性.最后,结合计算结果提出了驱动蛋白在静电作用下的运动机制.     

纳米机器——分子马达的研究现状及前景

本文介绍了分子马达的研究现状,并对它的研究前景进行了展望,更充分地说明了研究分子马达的机制对我们的重要性。     

双头布朗马达定向运动的物理模型

基于非平衡态涨落理论和驱动蛋白结构特征，建立了双头布朗马达运动的物理模型，提出了两头之间相互作用的机制以及布朗马达与轨道相互作用势的三态闪烁形式。对布朗马达运动暂态过程的计算结果表明，当布朗马达与轨道的相互作用势在三态之间闪烁时，布朗马达定向运动且运动速度大小依赖于环境温度和三态势之间的跃迁率。     

基于大位阻烯烃的光驱动分子马达——从分子机器到智能材料

分子机器是指在分子级别上能根据外界刺激作出类似机械运动响应的分子.基于大位阻烯烃的光驱动分子马达，在特定波长照射下，碳碳双键可以发生异构，可通过热力学过程控制单向旋转的方向.单向旋转的特殊性是区别于其他光响应分子开关的最重要特征.文章主要介绍分子马达的功能性合成，并简述其在可控分子运动、动态自组装和智能材料方面的研究进展.     

中枢免疫耐受机制的研究进展

随着转基因技术和分子生物学技术的发展,对中枢耐受机制的研究有重要发现,人们对于中枢耐受的一种重要机制--克隆删除机制的认识逐渐达成一致. 分子水平上,对中枢耐受起调节作用的AIRE蛋白被发现,编码AIRE的基因被定位,这使人们对中枢免疫耐受机制的理解深入到基因层面,并取得了一些新的进展.     

Molecular motors

Life implies movement. Most forms of movement in the living world are powered by tiny protein machines known as molecular motors. Among the best known are motors that use sophisticated intramolecular amplification mechanisms to take nanometre steps along protein tracks in the cytoplasm. These motors transport a wide variety of cargo, power cell locomotion, drive cell division and, when combined in large ensembles, allow organisms to move. Motor defects can lead to severe diseases or may even be lethal. Basic principles of motor design and mechanism have now been derived, and an understanding of their complex cellular roles is emerging.     

分子马达运动机制的基本观点及力-化学耦合

从物理学角度讨论了分子马达定向运动机制的基本观点，介绍了用Fokker-Plank方程求解几率流的一般思想，以及分子马达力学和化学过程可能的耦合方式。     

小型爬壁机器人系统设计与应用

针对一种小型的双足爬壁机器人,设计开发了基于DSP2812处理芯片的控制系统.该机器人系统采用双足真空吸盘式结构和用3个电机驱动5个关节的欠驱动结构.双足真空吸盘式结构使其可以在光滑的墙面和天棚行走,又能够在交接面之间完成跨步行走.而欠驱动结构减少了电机的数目,从而减小了机器人的尺寸和降低了机器人的质量和能量消耗,但它也给机器人的控制和运动规划带来了新的挑战.已完成的系统设计包括运动模式设计、关节控制、通信模块设计和吸盘足控制等.实验结果证明了所提出方案的可行性.     

应力释放诱导的酞菁钴转子阵列

利用低温扫描隧道显微镜研究了酞菁钴(CoPc)分子在Cd(0001)表面上形成的自组装单层和转子阵列.在低温生长的酞菁钴分子单层中发现了应力诱导的3种空位结构:单分子空位、两分子空位和三分子空位.研究发现高温退火会导致结构相变:3种空位结构转变为均匀分布的单分子空位阵列.特别有趣的是,在每个单分子空位内部都存在一个酞菁钴转子.在液氮温度下(78 K),酞菁钴转子围绕着空位中心发生偏心转动;在液氦温度下(4.7 K),转子被冻结在空位的边缘上.     

分子元素与功能核酸分子

 介绍了"分子元素"概念。论述了核酸适体的筛选及其作为大分子药物的应用价值,概述了人工碱基的合成及进展;探讨了脱氧核酶的作用原理,分析了分子信标、分子马达在生物传感、生物合成、生物药物研究等方面的应用前景,展望了核酸分子研究领域的前景及面临的挑战。     

Studies on biomechanics of skeletal muscle based on the working mechanism of myosin motors: An overview

Skeletal muscle is the source of human body motion.Many scholars have been studying in this field to reveal its contraction mechanism,and relevant achievements have been awarded the Nobel Prize.This paper reviewed the current researches on biomechanics of skeletal muscle,and concluded two strategies(top-down and bottom-up methods) for the biomechanical research of skeletal muscle.Moreover,this paper generalized two major aspects of muscle research:(1) the multi-force coupling mechanism and the collective operation mechanism of molecular motors;(2) the bioelectrochemical driving and control principium of muscle contraction.We discussed the solution for experimental verification and induced a novel idea to study the biomechanics of skeletal muscle based on the microscopic working mechanism of molecular motor,which is the origin of muscle contraction.Finally we analyzed the disadvantages in existent researches and explored future directions that need further studies.     

单片机在步进电机控制系统中的应用

单片机在步进电机电源部分控制中的应用,使步进电机能实现运行、调速及细分运行,并能提高设备运行的精度和平稳性。     

RecBCD enzyme is a DNA helicase with fast and slow motors of opposite polarity

Helicases are molecular motors that move along and unwind double-stranded nucleic acids. RecBCD enzyme is a complex helicase and nuclease, essential for the major pathway of homologous recombination and DNA repair in Escherichia coli. It has sets of helicase motifs in both RecB and RecD, two of its three subunits. This rapid, highly processive enzyme unwinds DNA in an unusual manner: the 5'-ended strand forms a long single-stranded tail, whereas the 3'-ended strand forms an ever-growing single-stranded loop and short single-stranded tail. Here we show by electron microscopy of individual molecules that RecD is a fast helicase acting on the 5'-ended strand and RecB is a slow helicase acting on the 3'-ended strand on which the single-stranded loop accumulates. Mutational inactivation of the helicase domain in RecB or in RecD, or removal of the RecD subunit, altered the rates of unwinding or the types of structure produced, or both. This dual-helicase mechanism explains how the looped recombination intermediates are generated and may serve as a general model for highly processive travelling machines with two active motors, such as other helicases and kinesins.