细胞中微管结构解聚的生物力学研究

摘要

作为细胞骨架主要成分的蛋白质微管具有动态不稳定特性，往往一直处于聚合生长与解聚缩短的随机变化中。这一特性具有非常重要的生物学意义，如人们猜想真核细胞有丝分裂过程中，姐妹染色体分离到两个子细胞中的主要动力来源于此。这是由于微管自身结构发生解聚时能够产生机械力，借助于相关分子结构可以带动染色体分离。围绕这一猜想，目前已经有许多小组对微管结构解聚所产生的力进行了实验测量，并建立了初步的理论模型揭示这一解聚力如何对染色体分离进行驱动。然而这些研究仍远远不足以精确定量地揭示微管结构解聚后驱动染色体分离的生物力学机理。鉴于此，本硕士论文通过考虑微管中分子之间的作用势，基于大变形连续曲梁理论对微管结构解聚后微管的力学性质进行研究，建立了微管驱动染色体分离的新的定量生物力学机制。具体创新研究成果有：（1）建立起微管与Dam1纳米环复合结构的相互作用的力学模型；（2）定量给出了末端微丝对微管结构在解聚过程中产生的驱动力的影响规律；（3）理论计算微管解聚产生的驱动力与实验测量相符，定量揭示了在有丝分裂后期微管结构解聚驱动染色体分离的力学机制。
　　这一研究得出模拟微管结构解聚后微丝的精确力学理论模型，不仅加深了人们对微管结构解聚后力学性质的理解，同时为实验测量微管结构解聚后的力学性质提供理论参考。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 本文工作

第二章 微管的结构特性

2.1 微管在细胞有丝分裂中的作用

2.2 有丝分裂后期微管驱动染色体分离的理论与实验研究

2.3 微管与着丝粒连接模型

2.4 本章小结

第三章 微管结构的分子力学模型

3.1 微管的分子结构

3.2 微管二聚体与其相邻二聚体之间的侧边力

3.3 同一根微丝上微管相邻二聚体之间的弯曲力

3.4 微管总势能

3.5 参数估算

3.6 本章小结

第四章 微管中微丝结构大变形曲梁模型

4.1 两种经典梁理论

4.2 曲梁模型几何分析

4.3 物理方程

4.4 平衡方程

4.5 微丝曲梁控制方程

4.6 参数估计

4.7 打靶法解方程

4.8 本章小结

第五章 微管解聚驱动染色体分离的生物力学机制分析

5.1 微管与着丝粒连接简化模型

5.2 计算方法

5.3 计算结果分析

5.4 相关实验及理论对比

5.5 本章小结

第六章 本文总结与展望

6.1 本文主要结论

6.2 展望

参考文献

在学期间研究成果

致谢