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(xì)肌絲構(gòu)成，粗肌絲上伸出多個(gè)Ⅱ型肌球蛋白。在骨骼肌收縮時(shí)，肌球蛋白會(huì)周期性地結(jié)合于細(xì)肌絲，并對(duì)其施加力作用，致使肌絲間會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。對(duì)骨骼肌收縮進(jìn)行定量研究，有助于理解力對(duì)肌球蛋白工作的影響;有助于認(rèn)識(shí)分子馬達(dá)間的協(xié)調(diào)作用;有助于加深對(duì)分子馬達(dá)工作機(jī)制的認(rèn)識(shí);有助于促進(jìn)對(duì)分子馬達(dá)參與的諸多細(xì)胞活動(dòng)的研究，如細(xì)胞分裂、纖毛擺動(dòng)、細(xì)胞機(jī)械感知和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)?。本文利用理論建模與數(shù)值模擬方法對(duì)

2、骨髂肌收縮進(jìn)行多尺度研究，工作或可以用于設(shè)計(jì)高能量轉(zhuǎn)換率的人工馬達(dá)。主要研究?jī)?nèi)容有:
　　(1)利用肌節(jié)收縮的穩(wěn)態(tài)模型，對(duì)不同情形下的肌節(jié)收縮過(guò)程進(jìn)行模擬。研究ATP水解脫開(kāi)方式和斷鍵脫開(kāi)方式對(duì)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(guò)ATP水解方式從細(xì)肌絲脫開(kāi)時(shí)，工作肌球蛋白的數(shù)目隨著外力的增大而增多，此時(shí)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(guò)逆鎖鍵斷鍵方式從細(xì)肌絲脫開(kāi)時(shí)，工作肌球蛋白的數(shù)

3、目不能得到很好的調(diào)節(jié)，此時(shí)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(wú)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(guò)程，討論溫度對(duì)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(shí)，做功過(guò)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(zhǎng)肌力會(huì)增大，等張收縮長(zhǎng)度會(huì)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(kāi)方式，計(jì)算肌球蛋白不同脫開(kāi)方式的脫開(kāi)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(shí)驗(yàn)所測(cè)得肌球蛋白脫開(kāi)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(guò)程對(duì)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，