细胞骨架微管的动力学行为

摘要

本论文主要论述了作者硕士期间参与完成的两项理论研究工作。 第一个工作，考虑到细胞骨架微管结构的对称性，我们将其管壁上的原丝纤维视为一维的电子动力学系统，基于“双势阱”模型和量子力学的基本方法对微管壁上电子的势垒穿透几率和由隧道效应引起的基态能级劈裂进行了理论计算。研究表明：对该隧穿体系而言，相关的计算结果对势阱参数ξ(即电子处于基态时在势阱壁间来回振动的二个经典回折点间距离之半)的选择是非常敏感的。而本文采用的解析延拓方法可严格确定势阱参数ξ的取值，使计算结果更加可信、合理。我们得到的电子在微管壁内隧穿时间的理论值(约1.15×10<'-12> s)大致与它的经验值(约10<'-9>-10<'-11>s)相合；而理论值略小，这是因为本理论模型并未考虑微管中蛋白质大分子的复杂结构对电子运动的阻碍作用。此外，我们还采用微扰论方法讨论了微管壁自身的振动对微管壁中电子隧穿几率的影响。 第二个工作，研究了在重力场和环境温度条件下溶液中微管系统自组装过程的动力学行为。通过引入函数标度变换的方法，构建了微管体系在重力场作用下的自由能函数，探讨了重力场对微管体系自组装过程的影响。研究表明：1．在重力场作用下，微管蛋白溶液中不仅会形成浓度梯度，而且棒状微管分子按照一定的取向序有规律地排列起来，从而形成排列具有向列相特征的宏观的空间结构模式。2．重力场会促使微管蛋白溶液从各向同性相向向列相转变，表现在它很大程度地拓宽了相变区域(即相共存区域)，而且随着重力加速度的增加，相变区域会变得更宽。这一结果与Tabony研究小组在实验中观察到的结果，即微管体系在重力场作用下发生的自组装过程中会出现向列相特征的空间模式，而在微重(2×10<'-4>g)条件下没有发生自组装过程的现象完全一致。同时，我们还简单讨论了微管溶液中定域微管浓度随高度的变化情况、溶液中两相序参数的特征及溶液的某些相变性质。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景、国内外研究现状及发展

1.2论文的主要研究内容

第二章微管简介及几个重要的概念

2.1细胞骨架微管简介

2.1.1细胞骨架微管的结构与基本功能

2.1.2微管与脑功能研究

2.1.3微管蛋白二聚体的自组装现象

2.2几个重要的有关物质系统相变的概念

2.2.1相变和熵

2.2.2对称破缺及其物理意义

2.2.3序参量

第三章细胞骨架微管管壁中电子的隧道效应

3.1引言

3.2理论模型及计算

3.2.1电子隧道效应引起的基态能级劈裂

3.2.2电子的势垒穿透几率

3.3结果与讨论

附录

第四章 重力场作用下微管自组装过程中向列相取向的空间模式的形成

4.1引言

4.2理论模型

4.3数值结果和讨论

4.4结论

第五章结束语与展望

5.1论文工作总结

5.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢