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.     

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。     

驱动蛋白的结构及运动机制研究进展

驱动蛋白是一种重要的细胞内运输"货物"的分子马达,它基于微管运动,其结构、功能和运动机制是人们主要的研究方面。揭示驱动蛋白的工作机制必将会加深人们对分子马达的认识,而且可以使人类从新的角度去认识、研究和利用这一分子机制。     

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。     

马达蛋白运动轨道的静电特性

在微管结构特点的基础上,介绍了马达蛋白运动轨道的静电特性,如电荷分布、电偶极以及相互作用势,为构造马达蛋白的物理模型提供较为真实的物质基础．     

细菌运动及趋化信号转导网络的研究

细菌运动是其生存及致病的关键条件,其动力来源于运动马达,并受各种信号转导系统的控制.大肠杆菌(E.coli)及相关的沙门氏菌(Salmonella enterica)被普遍用来研究细菌运动.它们游动的动力来源于鞭毛马达驱动鞭毛的转动,并受趋化信号转导系统调控.本文综述了关于细菌鞭毛马达及趋化信号转导系统近年来的研究进展,并展望未来需发展或深入探索的重点和方向.     

吲哚类微管蛋白秋水仙碱结合位点抑制剂的研究进展

癌症威胁着人类健康和生命,开发安全有效的抗肿瘤药物尤为重要.由α-微管蛋白(α-tubulin)与β-微管蛋白(β-tubulin)组装而成的微管是细胞内骨架的主要构成部分,在维持细胞形状、有丝分裂和运动中起着关键作用,是抗肿瘤药物研发的重要靶点之一.本文就吲哚类微管蛋白聚集抑制剂的研究进展进行分类、归纳并总结,期望为...     

复杂力场中磁性刚体航天器混沌姿态运动的控制

提出了压缩映射-参数微扰方法应用于控制受地球磁场和万有引力场共同作用，具有结构内阻尼的磁性刚体航天器在接近地球赤道面的圆轨道上的混沌姿态运动．利用压缩映射和线性逼近产生一个参数微扰反馈序列，使混沌轨道稳定在嵌入混沌吸引子内的一个不稳定周期轨道上，实现将混沌运动转化为周期运动．混沌吸引子中不稳定周期不动点以及雅可比矩阵的近似计算利用了闭回路对的观测信息．压缩常数可在(-1，1)内灵活选取，给出了保证最优控制过程的压缩常数．数值计算结果证实了此方法在控制复杂力场中航天器混沌姿态运动的有效性．     

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。     

小腔游仆虫(Euplotes aediculatus)皮层微管胞器的荧光标记

应用荧光紫杉醇直接荧光标记和抗a-微管蛋白抗体免疫荧光标记,显示了纤毛虫小腔游仆虫(Euplotes aediculatus)皮层纤毛器微管、纤毛器基部附属微管和背皮层表面微管等结构,以及皮层纤毛器微管的形态发生.结果表明,该游仆虫背皮层表面网在形态上与嗜银网相一致,也是一种微管类细胞骨架;与其他几种游仆虫比较,前仔虫口纤毛器和背皮层纤毛器微管的形态发生存在不同的模式,其形态发生可能具有种的特异性,可以作为种的分类依据之一.此外,与FLUTAX(fluorescence taxoid)标记方法相比较,抗α-微管蛋白抗体免疫荧光标记能较清晰地显示游仆虫背皮层表面微管网及早期发生的额腹横棘毛原基和背触毛原基,推测该游仆虫的细胞背表面微管网与其他微管结构其微管蛋白组分可能存在差异,且形态发生中伴随着皮层纤毛器微管的组装和成熟,其微管蛋白组分同时也在不断发生变化.     

微马达和微生物前沿交叉领域研究进展

微马达是一种可将不同形式的能量转化为动能进而实现自主运动的微型工具。近年来，该研究逐渐拓宽至微马达与微生物交叉领域。总结了微生物马达的制备、微马达在微生物的检测及体内应用等方面的研究进展。微生物的识别机制及生物相容性与微马达的自主运动能力互为补充，因此微生物马达的出现既为微马达的在体应用提供了新思路，也为微生物的检验提供了新方法。目前，受制于制备方法相对落后、运动并非完全可控、体内降解困难等限制因素，相较于其他类型的微马达，微生物马达的研究仍处于相对原始的阶段。提出了对马达新材料的研发和驱动方法的优化将会有效解决问题并赋予微生物马达更加广泛的应用前景。     

细胞骨架微管中一种可能的量子计算

微管是细胞骨架中的重要组成部分和功能组件，其中充满了液体水．该文基于腔量子电动力学描述了微管中水的电偶极子与电磁辐射场的相互作用，并论述了基于量子力学原理的量子计算，探讨了微管实现量子计算的一种可能机理．     

洋葱根尖分生区细胞中的微管

用间接免疫荧光法在荧光显微镜下可以观察到植物根尖细胞分裂周期中微管捧列的变化.本文通过这一免疫细胞化学的方法研究了洋葱根尖分生区细胞中的微管周期.结果表明洋葱根尖细胞周期中有四种微管排列的方式,且这四种排列方式是一个循序渐进变化的过程,即周质微管、早前期带微管、纺锤体微管和成膜体微管.这四种微管的出现与细胞分裂周期密切相关,构成了典型的细胞微管周期.     

驱动蛋白分子Kif14细胞内中小体定位的研究

为了探讨决定人体驱动蛋白分子Kif14在细胞有丝分裂末期时定位于细胞中小体的功能域,构建了驱动蛋白分子Kif14各功能域的绿色荧光蛋白(GFP)真核细胞表达质粒,分别转染于人体子宫颈癌细胞He La中.应用聚丙烯酰氨凝胶电泳和免疫印迹法(Western Blot)检测各蛋白的表达情况;应用免疫荧光染色法(immunofluorescence)分别对微管蛋白(Tubulin)、着丝粒相关蛋白(CREST)和DNA染色,荧光显微镜下观察各绿色荧光融合蛋白在有丝分裂末期的亚细胞定位.结果发现,细胞有丝分裂末期,驱动蛋白分子Kif14的N末端GFP融合蛋白定位于中小体(midbody),马达区GFP融合蛋白沿微管分布,杆状尾区GFP融合蛋白以点状分布于细胞质,尾区GFP融合蛋白分布于整个细胞中.由此认为,Kif14驱动蛋白分子的N末端延伸区决定该蛋白分子在细胞有丝分裂末期定位于中小体.     

包囊游仆虫包囊形成和解脱过程中微管蛋白基因表达的变化

采用干涉相差显微术和实时荧光定量PCR(Q-PCR)技术显示,腹毛类纤毛虫包囊游仆虫(Euplotes encysticus)包囊形成和解脱过程中,细胞微管胞器始终处于非装配及装配的功能活动状态,脱包囊过程中伸缩泡的运动对细胞充分吸水用于微管胞器的再装配及细胞运动起了关键的作用,细胞内α-、β-和γ-微管蛋白基因的表达量相伴发生变化.其中,微管胞器去分化时,细胞形成毛基体非吸收型包囊,细胞α-、β-和γ-微管蛋白基因的表达量整体呈现逐渐减少的趋势,其细胞微管蛋白基因的相对表达量从大到小依次是β-、α-和γ-微管蛋白基因,但α-、β-微管蛋白基因的起始拷贝数远大于后一种微管蛋白基因的表达量;微管胞器再分化时,伴随着伸缩泡的剧烈伸缩运动,口纤毛器和体纤毛器微管先后形成,细胞在包囊内做旋转运动并脱囊而出,迅速转化为营养细胞,期间细胞内α-、β-和γ-微管蛋白基因的表达量呈现从小到大增加的趋势,其微管蛋白基因的相对表达量从大到小依次是β-、α-和γ-微管蛋白基因,而前两种微管蛋白基因的起始拷贝数远大于后一种微管蛋白基因的表达量.结果表明,包囊游仆虫形成包囊和脱包囊过程中,伴随着皮层微管胞器的不同分化,细胞内α-、β-和γ-微管蛋白基因始终处于不同的功能活动状态,其中作为微管组织中心主要组分的γ-微管蛋白也始终处于不同的功能状态.     

果蝇微管互作蛋白的大规模筛选研究

微管是一种具有极性的、管状的细胞内动态结构，是细胞骨架的重要组分.一些跟微管相关的基因发生突变时，有可能致使严重的人类疾病的发生.这些相关基因编码的蛋白即为微管互作蛋白.影响微管的基因众多，目前发现的影响微管正常组装的蛋白还只是冰山一角，仍有诸多影响微管的互作蛋白等待人类“挖掘”.我们利用已有的果蝇RNAi文库，通过UAS/Gal4系统，对部分基因进行敲减(RNAi),使基因在果蝇幼虫肌肉中特异性沉默，经过免疫染色后观察这些基因功能敲降果蝇的肌肉微管形态，以此来筛选微管互作蛋白.我们共鉴定了541个基因，筛选出微管有表型的40个.其中一些基因在线粒体、内质网、高尔基体、过氧化物酶体等细胞器中具有特定的功能.因此，我们的筛选工作不仅为构建微管相关疾病模型提供了铺垫，为微管相关疾病治疗工作提供了一定的帮助；而且对细胞结构中微管的非中心体微管组织中心探究提供了思路.     

TES的人体头部3维有限元模型构建

经颅电刺激(TES)的头部3维有限元模型对于理解脑区的电势、电流分布及TES作用机制具有重要意义。为了给TES仿真提供更精确和真实的头部3维实体有限元模型,利用真实成人头部CT影像数据,通过3维图像重建、逆向工程计算及有限元网格划分,对包括头皮、颅骨、脑脊液和脑组织的4层人体头部组织进行有限元实体模型构建。结果表明:该建模方法构建的头部实体模型既保证了真实性,又具有较高的精确度,可以为TES脑区电势及电流分布、电极定位等分析计算提供理想的有限元模型。     

细胞骨架在植物细胞周期进程中的动态变化及其调控?

细胞周期,即细胞生长与分裂的周期,是生命得以世代繁衍而生生不息的基础.真核细胞有丝分裂周期进程调控的分子机制高度保守.其间,微管和微丝骨架进行有规律的动态变化,顺次组成各种细胞生长和分裂装置,主动参与细胞周期进程的调节.然而,高等植物细胞周期不同时相分别有着与动物细胞不完全相同的、独特的细胞骨架列阵.而这些列阵的产生和维持直接依赖于众多细胞骨架结合蛋白以及上游信号分子的调控.本文重点综述了植物细胞周期进程中微管和微丝骨架的动态变化规律以及参与植物细胞骨架动态和有丝分裂装置组装调控的细胞骨架结合蛋白的最新研究进展,同时对细胞骨架在植物细胞周期进程中研究进行总结和展望.     

场致发射显示驱动时序优化设计

为了优化场致发射显示驱动时序、提高图像显示质量,分析了不同驱动时序对场致发射显示可能出现的运动伪像和大面积闪烁的影响.在分析运动伪像和大面积闪烁视觉感知机理的基础上,利用计算机程序仿真人眼的平滑跟随运动和对光信号的积分过程,估计并比较了不同驱动时序下的运动伪像;通过对光信号随时间变化函数的傅立叶分析计算得到不同驱动时序时的临界闪烁频率.进而提出了一种称作子段的驱动方法,这种驱动方法避免了运动模糊和动态伪轮廓的出现,而且通过提高帧频可以消除大面积闪烁.并分别在分辨率为96×72和96×3×72的场致发射显示屏上实现了该驱动时序.     

布朗马达的定向流

将生物马达蛋白协调定向运动看作是布朗粒子的运动结果．得到了在内外噪声共同驱动下布朗粒子定态几率流的表达式。定态几率流的方向取决于参数a的大小．在一维周期惯性锯齿势函数中，通过解析计算和数值模拟得到．当内噪声强度一定．随着外噪声强度的增加．定态几率流S增大；且当外噪声强度增加到一定程度．定态几率流S达到一个共同的饱和值。