骨骼肌收縮的多尺度研究.pdf

1、肌節(jié)作為骨骼肌的結(jié)構(gòu)和功能單元，主要由粗肌絲和細肌絲構(gòu)成，粗肌絲上伸出多個Ⅱ型肌球蛋白。在骨骼肌收縮時，肌球蛋白會周期性地結(jié)合于細肌絲，并對其施加力作用，致使肌絲間會發(fā)生相對滑動。對骨骼肌收縮進行定量研究，有助于理解力對肌球蛋白工作的影響;有助于認識分子馬達間的協(xié)調(diào)作用;有助于加深對分子馬達工作機制的認識;有助于促進對分子馬達參與的諸多細胞活動的研究，如細胞分裂、纖毛擺動、細胞機械感知和細胞內(nèi)物質(zhì)運輸?shù)?。本文利用理論建模與數(shù)值模擬方法對

2、骨髂肌收縮進行多尺度研究，工作或可以用于設(shè)計高能量轉(zhuǎn)換率的人工馬達。主要研究內(nèi)容有:
　　(1)利用肌節(jié)收縮的穩(wěn)態(tài)模型，對不同情形下的肌節(jié)收縮過程進行模擬。研究ATP水解脫開方式和斷鍵脫開方式對工作肌球蛋白力的調(diào)節(jié)作用。模擬結(jié)果表明，在肌球蛋白僅可通過ATP水解方式從細肌絲脫開時，工作肌球蛋白的數(shù)目隨著外力的增大而增多，此時工作肌球蛋白上的力近乎不變，呈現(xiàn)力穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。在肌球蛋白僅能通過逆鎖鍵斷鍵方式從細肌絲脫開時，工作肌球蛋白的數(shù)

3、目不能得到很好的調(diào)節(jié)，此時肌球蛋白上的力隨著外力的增大而增大，表明肌球蛋白的力穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象與逆鎖鍵的存在無關(guān)。
　　(2)結(jié)合肌球蛋白的結(jié)構(gòu)，發(fā)展肌球蛋白的瞬態(tài)模型，研究肌球蛋白的做功過程，討論溫度對肌球蛋白做功的影響。結(jié)果表明，肌球蛋白上的力與滑移距離間呈雙線性關(guān)系，在肌節(jié)收縮時，做功過程中肌球蛋白上的力近乎不變，做功結(jié)束后肌球蛋白上的力隨著滑移距離的增大而線性減小。隨著溫度的升高，肌球蛋白的等長肌力會增大，等張收縮長度會下降，而肌

4、球蛋白可釋放的彈性能卻近乎不變。
　　(3)利用肌球蛋白的狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型，分析肌球蛋白的脫開方式，計算肌球蛋白不同脫開方式的脫開速率。結(jié)果表明，肌球蛋白的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和斷鍵間存在耦合性，由于狀態(tài)轉(zhuǎn)換速率要高于肌球蛋白的斷鍵速率，致使實驗所測得肌球蛋白脫開速率較高。
　　(4)結(jié)合肌球蛋白做功的瞬態(tài)模型，建立肌節(jié)收縮的瞬態(tài)理論，研究肌球蛋白做功過程對肌節(jié)收縮的影響，建立肌球蛋白行為與肌節(jié)行為之間的聯(lián)系。在模型中考慮肌球蛋白斷鍵方式，