生物大分子分形維數(shù)的計(jì)算及酶的分形反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、生物大分子是生物體的重要組成部分，不但有著龐大且復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而且具有重要的生理功能；分形理論作為非線性科學(xué)的一個(gè)重要分支，被廣泛應(yīng)用于各種不規(guī)則復(fù)雜體系的研究。 本文從微觀角度入手，通過(guò)計(jì)算維數(shù)這一數(shù)學(xué)標(biāo)度，對(duì)大分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)和功能特征進(jìn)行深入研究，對(duì)復(fù)雜生物系統(tǒng)的不規(guī)則程度進(jìn)行量化描述。同時(shí)，將分形這一數(shù)學(xué)語(yǔ)言，應(yīng)用于酶催化反應(yīng)過(guò)程的模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)米氏方程的修正。 本文將理論分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合從以下三個(gè)方面進(jìn)行

2、了較深入的研究： 1、利用分形理論中的盒維數(shù)原理對(duì)蛋白、酶等多種生物大分子的分形維數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算，同時(shí)利用小角X光散射和靜態(tài)光散射技術(shù)對(duì)蛋白、聚糖等生物大分子的分形維數(shù)進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)結(jié)果比對(duì)分析研究了分形維數(shù)對(duì)生物大分子結(jié)構(gòu)和功能表征的方法和酶活性部位的柔性特點(diǎn)，并得到結(jié)論：生物大分子的分形維數(shù)D∈(1，3)，維數(shù)越大結(jié)構(gòu)越復(fù)雜；酶的整體維數(shù)大于活性中心維數(shù)； 2、對(duì)限定維數(shù)條件下，非均相多糖(纖維素和魔芋葡甘聚糖)

3、酶解過(guò)程進(jìn)行研究，并用分形理論揭示了反應(yīng)中的異常擴(kuò)散現(xiàn)象對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)行為的影響。 一方面，將譜維數(shù)和傳統(tǒng)催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)相相合，對(duì)米氏方程進(jìn)行分形修正； 另一方面，將反應(yīng)器維數(shù)與譜維數(shù)關(guān)聯(lián)，分析了反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)酶催化反應(yīng)行為的影響，并得到結(jié)論：譜維數(shù)dW標(biāo)定反應(yīng)的擴(kuò)散現(xiàn)象，dW越小反應(yīng)維數(shù)D越低，反應(yīng)擴(kuò)散越不均勻，酶解反應(yīng)越偏離米氏方程，需分形修正； 在低維數(shù)反應(yīng)器中，dW較小，酶解反應(yīng)的底物和酶均為異常擴(kuò)散，

4、其反應(yīng)初速度比正常擴(kuò)散時(shí)大，并相對(duì)較快地達(dá)到酶解的動(dòng)態(tài)平衡，米氏方程的分形修正需引入反應(yīng)器維數(shù)； 當(dāng)D=1時(shí)，還原為傳統(tǒng)米氏方程，此時(shí)dW=23、為了更好地闡述生命體中酶反應(yīng)的各種異?，F(xiàn)象，利用蒙特卡羅方法模擬二維條件下聚糖類物質(zhì)(淀粉和纖維素)的水解過(guò)程，為淀粉基和纖維素基燃料乙醇的制備提供一定的理論基礎(chǔ)， 并得到結(jié)論：淀粉水解反應(yīng)中，傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)K-1、K2隨時(shí)間變化非常微小，而K1隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低；在纖維素酶