逃逸速率对分子马达定向运动的影响

在考虑逃逸速率的情况下采用主方程方法研究分子马达,计算了逃逸速率对分子马达的漂移速率、扩散系数、停留时间以及分子马达在轨道上移动的距离．通过计算发现,逃逸速率影响分子马达的定向运动．     

分子马达定向运动的两态模型

采用非对称周期势来描述马达蛋白与具有周期性和极性的微丝轨道之间的相互作用,计算了马达蛋白两态模型的几率流和有效势之间的关系。计算结果表明：马达蛋白的定向运动不仅与有效势的整体倾斜密切相关,还与有效势的势垒高度有关。有效势倾斜等效于一个平均力的作用,而这一平均力的存在体现了两态跃迁细致平衡的破坏。同时将不同ATP浓度下力与速度的关系曲线与实验作了比较,这些曲线与实验定性吻合。     

马达蛋白定向运动及能量转换效率的研究

通过建立非平衡涨落下的随机跃迁的两态模型,并利用非对称的周期势和Fokker-Planck方程及其本征值法计算两态模型的几率流和稳态几率流密。结果表明马达蛋白的定向运动与有效势的整体倾斜斜率有关,定性讨论了系统能量转换效率与负载有关。     

生物体内的纳米机器——分子马达

分子马达是生物体内具有马达功能的一类蛋白质大分子纳米机器,可以执行完成生命体内的一切活动,包括肌肉的收缩、细胞内部物质的运输、遗传物质(DNA)的复制、细胞的分裂等等。按照分子马达的不同种类,介绍了各类线性分子马达(如驱动蛋白、动力蛋白和肌球蛋白)的结构、运动方式、主要功能等生物特征,并介绍了旋转分子马达(如ATP合酶)的生物特征,最后进行总结,展望未来。     

分子马达不等间距四态跃迁模型

用主方程方法研究分子马达一维周期性四态不等间距随机跃迁模型,得出稳态情况下分子马达的漂移速度V、扩散系数D及随机参数r,将三者随ATP的浓度［ATP］及外力F的变化进行了曲线拟合,并同大量实验结果进行了比较,定性半定量地分析了分子马达在拖动负载运动时的动力学行为.     

肌球蛋白Ⅵ定向运动的蒙特卡罗模拟

根据myosin Ⅵ分子马达头部核苷的变化建立一个四态循环,然后利用蒙特卡罗方法模拟分子马达的动力学性质,讨论了myosin Ⅵ速度、滞留时间与溶液中ATP浓度、ADP浓度和负载力F的关系。模拟得到：myosin Ⅵ会在轨道微丝上进行梯跳运动并且每次在微丝上的滞留时间并不相同;另外,myosin Ⅵ的速度会随着ATP浓度的增加而增大,随着ADP浓度和负载力的增加而减小;负载力对myosin Ⅵ在胞内执行输运还是连接功能起一定的调节作用。     

一种生物分子马达的冲激力模型

基于动力冲程模型并结合布朗棘轮模型的扩散机制,提出了分子马达的冲激力模型。该模型基于一系列具有时间或空间周期性的啄函数来模拟分子马达的做功冲击,得到了关于几率流（速度）的解析结果。计算结果与实验数据相符合。为了产生非零的几率流,新模型并不要求分子马达与轨道间的势能必须是不对称的,因而相对于布朗棘轮模型来说更加稳健。     

基于分子马达生物传感器技术的副溶血性弧菌分子分型方法的初步研究

[目的]建立基于分子马达技术的简便快速的分子分型方法,对携带和非携带毒力基因的副溶血性弧菌进行快速分类.[方法]以F0F1-ATPase为核心构建分子马达,以副溶血性弧菌毒力基因tdh、trh和种特异性基因tlh、toxR为靶基因设计4个探针.通过生物素-亲和素系统将探针与分子马达连接构建F0F1-ATPase分子马达生物传感器,对10株副溶血性弧菌分离株进行分类,并与PCR-电泳-凝胶成像结果进行比较;同时对生物传感器的检测灵敏度和特异性进行研究.[结果]10株试验菌株中10株tdh阳性,0株trh阳性,而10株菌都携带tlh和toxR,与PCR-电泳-凝胶成像结果一致;分子马达生物传感器的最低检测限为1 pg/反应体系,且能够对副溶血性弧菌特异性识别,PCR-电泳-凝胶成像方法的最低检测限为10 pg/PCR反应体系.[结论]建立了基于分子马达的分子分型方法,能够对副溶血性弧菌的致病性进行快速诊断,检测灵敏度比PCR-电泳-凝胶成像方法高了10倍,而且特异性非常高.该方法简便、快速、省时、省力,适用于地方疾控部门和口岸检疫部门的基层实验室开展副溶血性弧菌监测和流行病学溯源工作.     

构建“小”的艺术——从分子开关到分子马达

生物体的复杂结构和功能为我们提供了启发和挑战,即如何在分子水平构建纳米结构,并控制它的功能。通过＂自下而上＂的路线,我们着重在以下方面进行了探索：组装对外界刺激具有响应性的纳米体系,其中关键是在分子和超分子水平控制它的动态过程。分子开关是受外界刺激控制的单元,并可作为分子存储和电子元件。本文介绍了一类受光控制的分子开关,由于光控的简单性和高效性,此类光分子开关有望在分子水平的信息存储领域展现重要的应用价值。此外,通过将另一类光分子开关螺吡喃与通道蛋白结合,成功实现了蛋白孔的光控开关,可以被称为＂分子阀门＂,对未来的可控药物释放提供了很好的模型。分子马达是对纳米科学的巨大挑战,并将是未来分子机器的核心组成部分。本文介绍了新型的光驱动分子马达,对外界能量的利用使马达能够进行循环的定向运动,并且对马达分子结构的设计,能够构建出速度更快的第二代光驱动分子马达。然后,通过化学方法能够将该马达固定在纳米颗粒以至宏观界面的表面上,马达仍然能够受光驱动而高效运行。最后,本文展示了分子马达的一些应用,例如,马达的运动能够引起与之结合的高分子体系、液晶,甚至宏观物体的变化。     

细菌鞭毛马达——一种卓越的分子机器

鞭毛马达(flagellar motor)是一种分子旋转马达,它在细菌鞭毛的结构与功能中起着中心作用.鞭毛马达的结构已基本清楚,主要由Mot A、Mot B、Fli G、Fli M和Fli N 5种蛋白组成定子(stator)和转子(rotor),其驱动力来自于跨膜的H⁺或Na⁺流.目前对鞭毛马达的旋转动力学及旋转力矩产生机制已有初步的了解.鞭毛马达可作为研究分子旋转马达的理想模型,对其深入研究将有助于认识生物能量转化利用及细胞运动的机制并具有广泛的生物学意义.     

栽培植物的分子生态学研究概况

在全球变化的压力下和人类对自然生态系统的过分干扰下 ,许多物种面临灭绝或严重基因流失的威胁。直接或间接为人类提供食物 ,与人类紧密联系 ,人类赖以生存的栽培植物及其野生种只有几千种 ,它们也同样面临着遗传资源丢失的严重问题。如果这些问题不能引起重视 ,即使现存的物种多样性具有巨大的满足人类需要的潜力 ,人类未来也将难以预料。这一严峻的事实已引起全球性的重视 ,植物遗传资源的研究与保护已经提上了议事日程。由 IBPGR和 IUCN- WWF合作 ,Hoyt起草出版的《作物野生亲缘种的保护》为世界农作物遗传资源保护提供了行动指南…     

植物对重金属耐性的分子生态机理

植物适应重金属元素胁迫的机制包括阻止和控制重金属的吸收、体内螯合解毒、体内区室化分隔以及代谢平衡等。近年来,随着分子生物学技术在生态学研究中的深入应用,控制这些过程的分子生态机理逐渐被揭示出来。菌根、根系分泌物以及细胞膜是控制重金属进入植物根系细胞的主要生理单元。外生菌根能显著提高寄主植物的重金属耐性,根系分泌物通过改变根际pH、改变金属物质的氧化还原状态和形成络合物等机理减少植物对重金属的吸收。目前,控制菌根和根系分泌物重金属抗性的分子生态机理还不清楚。但细胞膜跨膜转运器已得到深入研究,相关金属离子转运器被鉴定和分离,一些控制基因如铁锌控制运转相关蛋白(ZIP)类、自然抵抗相关巨噬细胞蛋白(Nramp)类、P_1B-type ATPase类基因已被发现和克隆。金属硫蛋白(MTs)、植物螯合素(PCs)、有机酸及氨基酸等是植物体内主要的螯合物质,它们通过螯合作用固定金属离子,降低其生物毒性或改变其移动性。与MTs合成相关的MT-like基因已经被克隆,PCs合成必需的植物螯合素合酶(PCS), 即γ-Glu-Cys二肽转肽酶(γ-ECS) 的编码基因已经被克隆,控制麦根酸合成的氨基酸尼克烟酰胺(NA)在重金属耐性中的作用和分子机理也被揭示出来。ATP 结合转运器(ABC)和阳离子扩散促进器(CDF) 是植物体内两种主要膜转运器,通过它们和其它跨膜方式,重金属被分隔贮藏于液泡内。控制这些蛋白转运器合成的基因也已经被克隆,在植物中的表达证实其与重金属的体内运输和平衡有关。热休克蛋白(HSP)等蛋白类物质的产生是一种重要的体内平衡机制,其分子机理有待进一步研究。重金属耐性植物在这些环节产生了相关响应基因或功能蛋白质,分子克隆和转基因技术又使它们在污染治理上得到了初步的应用。     

氨基酸的分子结构与遗传密码简并及二维集合分类

根据氨基酸遗传密码子的简并程度,可将64个遗传密码子分为高简并度类（3,4,6度简并组）和低简并度类（1,2度简并组）两大类。高简并度类有9个氨基酸,其分子量比较小,等电点的分布比较集中。低简并度类有11个氨基酸,其分子结构比较复杂,参考Taylor对氨基酸特性的分类图,本文提出以分子量（M）及等电点（P）作为氨基酸的化学特性坐标,作出其二维集合MP分类图,MP分类图可以反映出氨基酸的各种属性,如分子量的大小,简并度的高低,极性与非极性、带电荷或不带电荷,疏水性与亲水性,以及氨基酸残基的种类等。根据氨基酸的分类分析,可以认为：高简并度氨基酸多数是脂烃类和羟脂烃类的氨基酸,分子量比较小,分子结构比较简单,大部分为疏子性,主要组成跨膜结构或蛋白质的结构域,可能是出现较早的氨基酸;而低简并度的氨基酸,分子结构比较复杂,分子量比较大,多数是和蛋白质功能有密切联系的基团,可能是进化出现较晚的结构。     

The Human Transporter Associated with Antigen Processing: MOLECULAR MODELS TO DESCRIBE PEPTIDE BINDING COMPETENT STATES

The human transporter associated with antigen processing (TAP) is a member of the ATP binding cassette (ABC) transporter superfamily. TAP plays an essential role in the antigen presentation pathway by translocating cytosolic peptides derived from proteasomal degradation into the endoplasmic reticulum lumen. Here, the peptides are loaded into major histocompatibility class I molecules to be in turn exposed at the cell surface for recognition by T-cells. TAP is a heterodimer formed by the association of two half-transporters, TAP1 and TAP2, with a typical ABC transporter core that consists of two nucleotide binding domains and two transmembrane domains. Despite the availability of biological data, a full understanding of the mechanism of action of TAP is limited by the absence of experimental structures of the full-length transporter. Here, we present homology models of TAP built on the crystal structures of P-glycoprotein, ABCB10, and Sav1866. The models represent the transporter in inward- and outward-facing conformations that could represent initial and final states of the transport cycle, respectively. We described conserved regions in the endoplasmic reticulum-facing loops with a role in the opening and closing of the cavity. We also identified conserved π-stacking interactions in the cytosolic part of the transmembrane domains that could explain the experimental data available for TAP1-Phe-265. Electrostatic potential calculations gave structural insights into the role of residues involved in peptide binding, such as TAP1-Val-288, TAP2-Cys-213, TAP2-Met-218. Moreover, these calculations identified additional residues potentially involved in peptide binding, in turn verified with replica exchange simulations performed on a peptide bound to the inward-facing models.     

A possible mechanism for the dynamics of transition between polymerase and exonuclease sites in a high-fidelity DNA polymerase

The fidelity of DNA synthesis by DNA polymerase is significantly increased by a mechanism of proofreading that is performed at the exonuclease active site separate from the polymerase active site. Thus, the transition of DNA between the two active sites is an important activity of DNA polymerase. Here, based on our proposed model, the rates of DNA transition between the two active sites are theoretically studied. With the relevant parameters, which are determined from the available crystal structure and other experimental data, the calculated transfer rate of correctly base-paired DNA from the polymerase to exonuclease sites and the transfer rate after incorporation of a mismatched base are in good agreement with the available experimental data. The transfer rates in the presence of two and three mismatched bases are also consistent with the previous experimental data. In addition, the calculated transfer rate from the exonuclease to polymerase sites has a large value even with the high binding affinity of 3′-5′ ssDNA for the exonuclease site, which is also consistent with the available experimental value. Moreover, we also give some predictive results for the transfer rate of DNA containing only A:T base pairs and that of DNA containing only G:C base pairs.     

电穿孔下分子型药物透皮扩散的一类数学模型

针对电穿孔可致使皮肤产生水性新通道的现象,在Fick扩散律和快－慢响应双通道假设下,给出了分子型药物经皮渗透过程的一类数学模型。经计算机模拟,发现其特征与实验数据高度一致,最后简要地讨论了此模垢优缺点和适用性等。     

使用分子遗传学方法对版纳鱼螈分布、起源及扩散的初步研究

版纳鱼螈Ichthyophis bannanicus是蚓螈目Gymnophiona在我国分布的唯一物种.由于长期以来缺乏对版纳鱼螈的分布范围及演化历史等信息的了解,本研究通过分子遗传学的方法,就其分布、起源及扩散等内容进行了探讨.结果发现,我国境内的版纳鱼螈均属同一物种,尚未出现种的分化.研究中明确证实了版纳鱼螈在泰国和越南的分布,提示了版纳鱼螈在中南半岛广为分布,甚至可能达到马来西亚境内.结果还提示水系对版纳鱼螈的分布具有较大的影响,尤其在湄公河水系中表现的最为明显.现有的信息提示版纳鱼螈有可能起源于中南半岛,并沿着澜沧江-湄公河水系、红河-珠江水系、克拉地峡-马来半岛3个方向扩散.我国境内的版纳鱼螈主要分布在云南南部地区和两广丘陵以南,来自这两大分布区的个体之间的遗传差异明显,应属于不同的进化显著单元.     

USING A NONANALYTICAL APPROACH TO MODEL NONLINEAR DYNAMICS IN PHOTOSYNTHESIS AT THE PHOTOSYSTEM LEVEL1

Nonlinear dynamics in photon capture and uptake at the photosystem level may have a strong effect on photosynthetic yield. However, the magnitude of such effects is difficult to estimate theoretically because nonlinear systems often cannot be represented accurately using equations. A nonanalytical simulation was developed that used a simple decision tree and Monte Carlo methods, instead of equations, to model how a population of photosystems absorbs and utilizes photons from an ambient light field. This simulation replicated realistic kinetics in the closure and variable fluorescence yield of PSII on the single‐turnover timescale, as well as the saturating behavior in light‐driven electron flow that is observed in nature with increasing irradiance. This simulation indicated that the transfer of absorbed photon energy among PSII units can introduce strong nonlinear enhancement in light‐driven electron flow. However, this effect was seen only in populations with particular photosynthetic states as determined by physiological properties of PSII. Other populations with the same degree of energy transfer but with different photosynthetic states exhibited little enhancement in electron flow and, in some cases, a reduction. This nonanalytical approach provides a simple means to quantify theoretically how nonlinear dynamics in photosynthesis arise at the photosystem level and how these dynamics may act to enhance or constrain photosynthetic rates and yields. Such simulations can provide quantitative insight into different physiological bases of nonlinear light‐harvesting dynamics and identify those that would have the strongest theoretical influence and thus warrant closer experimental examination.     

跳甲属(鞘翅目,叶甲科,跳甲亚科)同域分布种及其寄主关系探讨

研究发现,取食蔷薇科植物的3种跳甲,即蛇莓跳甲 A.fragariae、地榆跳甲A.sanguisobae和委陵跳甲A.koreana并不是最近缘物种,它们的"母种"和"子种"关系在这一系统中并不受支持.依据分子系统树,地榆跳甲与蛇莓跳甲分别是独立的物种;尽管委陵跳甲和A.ampelophaga亲缘关系最近,但综合考虑二者地理分布特点和食性差异,我们仍主张将它们作为2个独立的物种对待.