【摘 要】
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纳米生物机器人是科学研究的前沿领域,其近期设想是在纳米尺度上应用生物大分子研制可编程的分子机器人。生物分子马达是纳米生物机器人的核心部件,ATP合成酶分子马达是最精
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纳米生物机器人是科学研究的前沿领域,其近期设想是在纳米尺度上应用生物大分子研制可编程的分子机器人。生物分子马达是纳米生物机器人的核心部件,ATP合成酶分子马达是最精妙的分子马达之一,具有能量转换效率高的优点,是纳米生物机器人理想的动力装置,得到越来越多研究者的关注。本学位论文以牛心线粒体ATP合成酶为研究对象,就ATP合成酶分子马达的储能方式这个热点问题进行研究。本学位论文的主要工作及取得的研究成果如下：首先,基于分子动力学模拟的方法,通过能量平衡模拟得到了牛心线粒体ATP合成酶γ亚基中的α螺旋多肽链片段在水溶液中的稳定构象,并应用物理学理论验证了模拟结果的正确性。其次,基于对ATP合成酶γ亚基中的a螺旋多肽链稳定构象的拉伸模拟实验,研究了牛心线粒体ATP合成酶γ亚基的拉伸力学行为。模拟实验结果表明该α螺旋多肽链在小变形下的拉伸行为近似符合胡克定律,并通过线性拟合得到了其拉伸弹性系数。最后,根据ATP合成酶γ亚基中的α-双螺旋的形变特点,同时考虑了双螺旋扭转过程中每个α-单螺旋的扭转与拉伸,建立了γ亚基的机械能储能模型,并基于该模型获得γ亚基在Fo马达的驱动力矩作用下储存的机械能。能量计算结果与Senior提出的催化学说高度吻合。本文的模拟工作借助NAMD分了动力学模拟软件,数据的处理及分析采用VMD软件以及MATLAB软件。
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