生物膜與膠體粒子相互作用的Helfrich理論研究.pdf

1、生物物理學是物理學與生物學相結(jié)合的一門交叉學科,是生命科學的重要分支.生物膜的相關(guān)研究一直以來是生物物理學研究的熱點.細胞內(nèi)很多基本的生化功能都離不開生物膜的參與,比如,DNA的復(fù)制、蛋白質(zhì)的合成、分泌以及激素反應(yīng)等.這些生物過程中有很多可以看作是大分子粒子與生物膜的相互作用,最顯著的一個就是控制傳輸機制的過程,比如內(nèi)吞和外排作用.實驗上可以制取脂質(zhì)雙分子膜,并展成所需要的形狀,這為研究一些重要的生物過程提供了一個平臺.可見,研究生物膜

2、與膠體粒子的相互作用具有非常重要的意義,而Helfrich理論模型為研究生物膜與膠體粒子相互作用提供了理論基礎(chǔ).
　　采用Helfrich理論模型研究了剛性球粒子和管狀生物膜的相互作用.系統(tǒng)的自由能通過Helfrich理論中的表象參數(shù)(表面張力系數(shù)、彎曲能、吸附能)和幾何參數(shù)來描述.將寫出來的Helfrich自由能關(guān)于幾何參數(shù)最小化,就得到了體系的穩(wěn)定構(gòu)型.
　　本論文基于Helfrich理論模型研究了單球形膠體粒子、雙球形

3、膠體粒子以及多個球形膠體粒子和管狀生物膜相互作用體系中的各種穩(wěn)定結(jié)構(gòu),并分析了體系的相變情況.主要進行了以下幾個方面的工作:
　　(1)介紹與本工作有關(guān)的Helfrich基礎(chǔ)理論.首先給出理論中生物膜的幾何模型和能量模型,包括角弧長參數(shù)化、膜的表面張力能量、膜的彎曲能以及膜和粒子之間的吸附能等基本物理概念.以球形膠體粒子和管狀生物膜為例,展示了如何得到體系的Helfrich能量,以及如何求解體系的穩(wěn)定結(jié)構(gòu).
　　(2)利用正

4、則方程將求得的體系的Helfrich哈密頓,轉(zhuǎn)化成常微分方程組,并用打靶法對上述方程組進行了數(shù)值求解.
　　(3)計算單球形膠體粒子、雙球形膠體粒子以及多個球形膠體粒子和管狀生物膜相互作用體系中的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和相變情況.計算結(jié)果表明,對雙球粒子和管狀生物膜的相互作用,發(fā)現(xiàn)了他人的類似工作中所沒有的一個新相,這個相以內(nèi)接觸角為特征,在新相的基礎(chǔ)上討論了與之相關(guān)的體系結(jié)構(gòu)和相變特點等物理性質(zhì).在單球粒子和雙球粒子體系的基礎(chǔ)上,又進一步擴展

5、到多球體系,通過對幾何模型和能量模型的分析計算,得到了多球粒子可能存在的各種穩(wěn)定結(jié)構(gòu),并得到了相邊界隨著球粒子數(shù)目的變化規(guī)律.本理論計算的結(jié)果,在實驗上容易進行對比和驗證,能夠為相關(guān)的實驗結(jié)果提供一定的理論解釋,并對可能出現(xiàn)的實驗結(jié)果給出建議.
　　第一章為綜述,主要從總體上介紹了生物物理學的發(fā)展以及生物膜和膠體粒子相互作用的研究進展;第二章介紹了Helfrich理論模型;第三章介紹了Helfrich哈密頓以及體系穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的求解;