摘要：透明质酸是一种由葡萄糖醛酸与 N-乙酰葡糖胺组成的高聚合线性多糖分子。透明质酸可以有效结合自身质量500倍以上的水分子，具有极强的保水性能，因此，该物质常在化妆品中作为保湿剂使用，尤其是低分子量透明质酸与透明质酸寡聚体在医疗行业具有更广泛的用途。然而，如何高效、低成本的获得低分子量透明质酸与透明质酸寡聚体尚是一个难题。
　　本论文通过对兽疫链球菌透明质酸合成代谢途径进行遗传工程改造和菌株诱变筛选获得了低分子量透明质酸生产性能较好的工程菌株。通过对筛选获得的工程菌株发酵条件进行优化以及在发酵过程中添加外源透明质酸酶处理，最终形成了一套高效、低成本地获得低分子量透明质酸与透明质酸寡聚体的方法，获得了以下研究成果：
　　1、通过遗传改造构建了在兽疫链球菌中重组表达颤藻血红蛋白的工程兽疫链球菌菌株。这有效提升了该菌株对氧气的利用率，使得菌体通过无氧呼吸产生的乳酸大幅度降低，从而提高发酵过程中的碳源利用效率并且最终提升透明质酸产量。
　　2、对重组表达颤藻血红蛋白兽疫链球菌工程菌株发酵条件进行优化，结果表明，在发酵中期通过流加补料蔗糖可以有效提升发酵液中的低分子透明质酸产量。
　　3、利用 NTG对重组表达颤藻血红蛋白菌株 SZ002进行诱变、利福平筛选最终获得了一株透明质酸酶缺失突变型菌株（SZ042）。该菌株具有较高的产低分子量透明质酸的能力。通过发酵条件优化发现该菌株发酵过程中对碳源的需求度相对较低，仅为野生型兽疫链球菌1/2。另外，当发酵过程中补料的碳源中蔗糖与麦芽糖的比例为3:1时，该菌发酵产生的透明质酸产量更高。
　　4、为了进一步提升兽疫链球菌合成低分子量透明质酸的能力，本研究从SZ042出发，构建了可以在锌离子诱导条件下共表达透明质酸合成酶 HasA、HasD以及 HasC的工程菌株。该菌株在受到锌离子诱导时大量表达 HasA、HasD以及 HasC，从而提升了菌体合成低分子量透明质酸的能力；并可以有效平衡HasD与HasC在体内的含量从而降低透明质酸合成过程中的能量消耗。
　　5、采用重组乳酸克鲁维酵母分泌表达水蛭透明质酸酶，其发酵上清液中可检测到6×104U/ml透明质酸酶活性。将该透明质酸酶按照100U/L的比例添加入兽疫链球菌发酵液中进行共发酵，可以促使低分子量透明质酸的产量提高到29.5g/L，而该产量是兽疫链球菌原始透明质酸产量的约15倍。
　　综上所述，本研究通过对兽疫链球菌进行遗传工程改造、发酵条件优化、菌株诱变筛选以及发酵过程中添加外源的透明质酸酶处理，开发了一株可以高效、低成本、产低分子量透明质酸的工程菌株。应用该工程菌株可以降低发酵过程中培养基碳源使用量和能源消耗并且提高透明质酸的发酵产量。另外，本研究还开发了一套应用重组水蛭透明质酸酶与兽疫链球菌共发酵的工艺。应用该工艺可以一步获得低分子量透明质酸或透明质酸寡聚体，并且极大地提高透明质酸的产量。本研究获得的遗传工程菌株与建立的相关工艺可以更加高效、低成本地制备低分子量透明质酸或透明质酸寡聚体，为这类分子广泛应用奠定了基础。

摘要：近几十年来，随着科技的不断发展，以硅材料为基础制作的电子元器件已经越来越无法满足人们的需求。对于电子元器件的要求已经不仅仅限于尺寸方面，在性能方面也需要有进一步的提升。当缩小单个电子元件的尺寸时，不仅制作工艺繁复程度及生产成本都会大幅度上涨，性能方面无法实现质的飞跃，还会受到量子力学和热力学规律的制约，使硅基材料器件的发展非常艰难。但是随着微观操控技术、微组装技术、微观观测技术和生物物理学的发展，人们不仅能对有机分子器件的结构和功能进行观测和模拟计算，还可以操控纳米尺度的单个有机分子，制作有特定功能的分子器件。这些分子器件被认为是慢慢接近尺度极限的传统电子器件的最合适的替代者。因此在实验和理论两方都吸引了越来越多的关注。
　　本论文基于密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法研究几种有机分子器件的电子输运性质。研究工作包括以下三个方面:(1)锡-酞菁装置中的自旋过滤，结果表明，锡-酞菁装置中自旋向上和自旋向下的投影态密度的峰值在0.74eV会先向费米能级附近移动，随着锡原子与酞菁分子距离的增大，峰值逐渐远离费米能级。在左右电极磁场平行配置中可以观察到由于结构重组导致自旋向下过滤转变为自旋向上的过滤。在左右电极磁场反平行配置中，在两个电极的能带匹配程度将占据锡-酞菁装置电子性质的主导地位。自旋过滤器类型转换可以通过将锡原子拉离锡-酞菁装置或翻转一个电极的磁场实现。(2)磁性原子嵌入锯齿形6，6，12石墨炔纳米带的高自旋过滤效应和半金属性研究，结果表明，当磁性原子掺杂在6、6、12-ZGYNRs天然“洞穴”时其能带会发生自旋分裂现象。特别是，由于边缘态与杂质态耦合导致边缘纳米带上碳原子的磁矩翻转，在钴掺杂的石墨炔中可观察到半金属性。而且在这种掺杂的纳米带内发现在相当宽的偏压范围内有高自旋过滤效应，为自旋电子学器件的应用提供了一种可能性。(3)研究中心分子与左右电极耦合效应对分子器件的电子输运特性的影响。主要观察非那烯分子与石墨烯纳米带所在平面的夹角为0°，30°，60°时电子输运性质的不同的表现。计算结果表明，随着偏转角度的增加，该分子器件的电压-电流特性逐渐变好。

摘要：DNA结合蛋白，例如转入因子和DNA修复蛋白，搜寻其坐落在DNA大量非特异性结合位点中的特异性结合靶点位置的过程在许多生物反应过程中起到了至关重要的作用，这些生物反应过程包括了基因的表达和管理等。在二十世纪七十年代，Riggs等人在体外实验中发现特异性结合蛋白对其DNA上特异性靶点的搜寻过程是非常迅速并且高效率的，其速率比三维极限扩散速率(threedimensional diffusion limit)大约100倍。为了解释异常大的蛋白质与DNA特异性结合速率与三维极限扩散速率之间的矛盾，Berg等人在一系列开创性文章中提出并发展了如今被广泛接受和应用的促进扩散机理。促进扩散机理的基本思想是蛋白质搜寻特异性靶点的过程采用了在溶液中三维扩散与在DNA链上一维滑移相结合的方式。随后，许多关于促进扩散的理论方面、实验方面、数值模拟方面的研究被进行和发展。在第一章中，我们给出一个关于促进扩散研究进展的综述。
　　近十年以来，学者们更加关注在体内环境下的促进扩散机理的研究。在生物细胞内存在着10％-40％细胞体积分数的大分子，例如蛋白质，核糖体等。这些在细胞内的大分子导致了一个拥挤的细胞内环境。分子拥挤效应对靶点搜寻动力学有着非常重要的影响。在第二章中，我们采用了理论分析和二维朗之万模拟的方法，研究了分子拥挤效应在靶点搜寻动力学中的作用。我们发现搜寻时间τ随着拥挤剂粒子浓度φ的增加单调增加，并且通过对搜寻过程中的动力学细节的深入研究，我们发现造成这种单调增加行为的主要原因是平均循环数和平均一维扩散时间的单调增加，同时平均二维扩散时间随着拥挤剂粒子浓度的变化基本保持不变。另外，对于二维扩散，拥挤分子带来的牢笼效应减小了二维跳跃长度并且收窄了二维跳跃长度的分布。
　　在细胞内，接近30％的DNA链位点被拥挤大分子覆盖，形成路障，从而阻碍特异性结合蛋白的一维搜寻。在第三章中，我们利用三维朗之万动力学模拟方法研究了路障粒子对促进扩散动力学的影响。对于一对以靶点粒子为中心对称摆放的路障粒子的情况来说，我们发现随着路障粒子与靶点粒子的摆放距离的增加，平均搜寻时间τ先是快速下降然后趋于平缓。对于多个路障粒子任意摆放的情况，随着任意摆放的路障粒子浓度φ的增加，搜寻时间可能起初增加并逐级达到最大值，然后令人惊奇的减小。搜寻时间也可能总是随着路障粒子的浓度增加而增加，这取决于非特异性结合能的大小和DNA链占总空间的体积分数。我们的研究结果协调了之前研究文献中对路障粒子在靶点搜寻过程中的角色的结论分歧。尤其，上述的τ随着φ变化的非单调行为表明，在φ到达某一临界值后路障粒子可能有利于靶点搜寻。
　　在第四章中，蛋白质在溶液中的亚扩散和其隐含的分子拥挤条件是我们所关注的。在三维溶液中，我们使用分数布朗运动的方法去模拟蛋白质粒子的非正常布朗运动和亚扩散运动。我们展示了对于非特异性结合能ε的变化平均搜寻时间τ有明显的最小值，无论是在正常扩散还是亚扩散的情况。我们发现对于更小的亚扩散指数α这个随ε变化的最佳的靶点搜寻时间就越长，并且这样的趋势非常明显。我们将对于更小α的情况平均搜寻时间的增加归结为平均三维扩散时间的增加和分数布朗运动的运动特性造成的更多重复位点搜寻所造成的。
　　我们相信我们的工作为细胞内环境下的促进扩散动力学的研究提供了更深入的认识和新的视野。

摘要：烯醇酶在细胞的许多生理生化功能方面都发挥着重要的调节作用，烯醇酶的差异化表达还被认为是一些病理状态的标志，诸如癌症、阿尔兹海默症、类风湿性关节炎等。本文以果蝇总cDNA为模板，克隆了烯醇酶基因，序列分析表明获得的基因与GenBank报道的果蝇烯醇酶序列完全一致。将含有该基因的表达载体转化大肠杆菌BL21感受态后，经SDS-PAGE检测证实，目的基因在BL21中得到了表达，获得了大小为47KD的蛋白，并具有较高的表达量，符合预期结果。在亲和层析纯化的基础上，进一步经过脱盐处理和凝胶过滤层析后获得纯度非常高的电泳纯目的蛋白，符合下一步的结晶要求。用座滴气相扩散法对果蝇烯醇酶蛋白进行大规模晶体筛选，初筛条件为10 mM CoCl2，0.1 M MES pH6.5，1.9 M(NH4)2SO4。晶体形成后再进一步优化，最终的优化条件为10 mM CoCl2，0.1 M MES pH6.5，1.9 M(NH4)2SO4，0.1 M CdCl2。优化后得到颗粒较大，生长良好的单晶。
　　使用X射线晶体衍射的方法对优化后的晶体进行初步解析，在上海同步辐射光源的BLl7U光束工作站收集晶体衍射数据，用HKL2000进行数据处理。其分辨率可达2.1?，属于C121空间群，晶胞参数a=168.746?，b=119.210，c=103.191?，α=γ=90.00°，?=114.28°。果蝇烯醇酶的蛋白晶体结构由分子置换的方法确定。其结构解析表明，和其他大多数烯醇酶一样，果蝇烯醇酶能够在一个二聚体界面形成同型二聚体。果蝇烯醇酶的蝶形二聚体具有保守残基，并且通过离子键、氢键和疏水相互作用维持。它有一个保守的催化区域及一个带有不稳定L1环的相对活跃的构象。其活性位点被一个镉离子，两个钴离子和一个硫酸根离子占据，硫酸盐取代烯醇酶底物磷酸基团并且和残基Ala106，Arg440以及Ser441形成盐桥和氢键。与其他物种烯醇酶不同的是，果蝇烯醇酶在N末端有一超长区域，这一超长区域可能对其功能的发挥起着调节作用。
　　本文首次对果蝇的烯醇酶（69-500）进行了结构解析，为进一步研究烯醇酶的结构和功能方面奠定了基础。

摘要：分子马达或马达蛋白广泛存在于细胞内部，可以高效地将化学能转化为机械能，从而产生定向运动。生命活动中的许多过程，比如货物运输、遗传信息表达、细胞运动、肌肉收缩等，都与分子马达的运动有关。近年来，分子马达的动力学一直是生物物理学的研究热点之一，尤其是集体马达系统，因其复杂的动力学行为而受到广泛关注。
　　分子马达可以分为持续(processive)马达和非持续(nonprocessive)马达。非持续马达的“在位比”很低(≤2％)，常常以集体形式发挥作用，但其协同作用机制目前仍不十分清楚。本文研究了非持续肌球蛋白Ⅱ型分子马达集体协作时的动力学非稳定性及效率，主要内容及成果如下:
　　1、有些类型的肌肉能自发产生振动，普遍认为这与分子马达系统的动力学非稳定性有关。基于两态棘轮势模型并考虑分子马达的弹性（模型Ⅰ），研究了集体Ⅱ型肌球蛋白分子马达的动力学问题。当分子马达弹性较小时，分子马达系统的速度随负载力的增加单调下降;当马达弹性增大时，在力-速度关系曲线中出现动力学非稳定性。如果马达弹性足够大，则零速度点位于力-速曲线的非稳定区域，马达系统会在运动停止前进入动力学非稳定区域。如果该马达系统与其环境弹性耦合，则会出现自发振动，振动频率和马达弹性、马达绑定率、弹簧弹性以及ATP激发域的宽度等参数有关。对于中等马达弹性，零速度点位于力-速曲线的非稳定区域之外，故马达系统会在动力学不稳定性发生之前停止。
　　2、机械效率是衡量马达集体协作的一个重要指标。利用模型Ⅰ研究发现，分子马达系统的机械效率远低于实验观测值。如果在模型中同时考虑肌球蛋白Ⅱ马达的以下两个特征（称之为模型Ⅱ），马达系统的机械效率就会大大提高并与实验结果一致:(1)分子马达从分离态到绑定态的转换只能发生在反应坐标的特定“结合位点”区域。(2)绑定态势阱彼此相互独立，即一个绑定马达必须先从细丝上脱离，然后才能绑定到另一个结合位点。在两个模型中，机械效率均随马达弹性系数的增加而增加。在模型Ⅱ中，如果ATP激发率较大，马达系统在高速运输时还能保持高能效，这一特征很适合肌肉的收缩功能。
　　这些研究有助于理解分子马达之间的协作机制以及不同类型肌肉结构差异和功能差异的内在联系，也能为设计高效的人造分子马达系统提供一定的理论参考。

摘要：受自然界中生物马达和生物泵的启发，人造自主运动系统的研究在近十几年来取得了显著的进展。2016年度诺贝尔化学奖授予了三位研究分子马达的科学家，以表彰其“发明了行动可控，且在提供能量后可以执行任务的分子机器”。那么，什么是微米马达？简而言之就是大小在微米尺寸，能够利用外界环境中的能量，并能转化维持自身运动的微型装置。微米马达可以在液体环境中实现自主推进的行为，微米泵则能够诱导周围环境中的液体流动，二者很多时候都是基于相同的推进机理。迄今为止，微米马达和微米泵都需要解决它们的运动精确控制问题，远程精准操控、实时状态调整是二者未来的发展方向。此外，之前报道的一些研究工作存在构造方法复杂的问题，不利于大规模开展简单制备微米马达和微米泵的工作，进一步限制了微米马达和微米泵的应用前景。因此，我们开展的工作就是在实现大规模简单制备微米马达和微米泵的基础上，研究如何精准控制微米马达和微米泵的运动问题。在本论文中，主要进行的工作包括以下三部分：
　　1、利用静电喷雾法大规模制备出结构完整、粒径分布均一的半球形微米马达。这种微米马达不仅表现出可控的启/停/启（On/Off/On）运动行为，而且能够实现双重刺激（紫外光和NH3）响应，并且该过程能够可逆实现。此外，半球形微米马达的运动方向也是可以被控制的，都是朝向远离这两种刺激物质（紫外光和NH3）的方向运动。因此，只要控制这两种刺激物质的施加方向，我们就能够有意的操控马达的运动速度加快或者减慢。正是由于这两种不同的运动控制方法，我们成功的实现了通过输入紫外光照或 NH3刺激来实现双重的逻辑运算功能，首次成功构建了一种基于高分子材料的半球形微米马达的可重构“或”与“异或”逻辑门。
　　2、利用静电喷雾法一步制备饼状微米结构，并且在光照刺激条件下能够实现微米马达和微米泵的双重功能。当在水面上使用单侧光照射样品时，样品同时具备微米马达（运动）和微米泵（泵动）的功能；当在水面上使用垂直光照射样品时，样品无法运动只有微米泵现象。此外，当在液面下固定样品时，光照条件下也能观察到微米泵的现象，通过调节光照强度可以控制微米泵的方向和速度，并且此种变化是可逆的。值得一提的是，在合适光照强度下我们能够观察到微米泵独特的类似“心脏跳动”的震荡行为。
　　3、制备Ag/明胶微管马达。采用模板法制备明胶微米管，利用混合的银增强溶液在明胶管内壁反应沉积AgNPs，通过Ag催化分解H2O2溶液产生气泡来实现微米马达的自推进运动。首先，与自卷曲法和电化学沉积模板法相比，该法不仅能同样实现管状微米马达的大规模制备，而且过程更加简单。其次，在材料选用上，明胶是天然的生物相容性材料，具有非常优异的生物相容性；在催化剂的选择上来说Ag不仅同样能实现对过氧化氢的高效催化，在低浓度（0.5％）过氧化氢溶液中依然可以运动，而且Ag比Pt更加便宜，性价比更高。此外，我们还研究了影响微管马达运动速度的一些因素。

摘要：生物分子的研究使人们从基因水平上了解某些疾病的发病机理，并且通过分子探针的设计对机体内生物分子的含量进行痕量检测，为各种疾病的发生提供一定的理论依据，同时为临床医学中使用剂量的有效控制提供一定的理论指导。纳米分子探针具备水溶性好、光化学稳定、比表面积大等特性，提高了传统生物分子探针的检测性能。而室温磷光（RTP）量子点纳米分子探针不但具备上述优点，还可以避免生物体液背景荧光及散射光干扰，在进行生物样品检测时更精准。本研究利用室温磷光量子点的光学性质，将其以纳米探针的形式对几种重要的生物分子（DNA、细胞色素C、壳寡糖）进行检测。主要研究内容如下：
　　（1）通过3-巯基丙酸（MPA）包裹的Mn掺杂ZnS（Mn-ZnS）量子点（QDs）与亚甲基蓝（MB）之间的静电作用构建了一种纳米复合物，并将其应用于DNA的痕量检测。其检测原理为：亚甲基蓝通过静电作用与 Mn-ZnS QDs结合，并通过光诱导电子转移（PIET）过程猝灭了Mn-ZnS QDs的RTP；随着DNA的加入，亚甲基蓝通过嵌插和静电作用与DNA结合，并且亚甲基蓝从Mn-ZnS QDs表面脱附，使得QDs的RTP恢复；据此，建立了一种基于RTP性质的DNA检测方法。该方法的检测范围为0.2-20 mg/L，方法检出限为0.113 mg/L。由于该DNA检测方法是基于QDs的RTP，避免了来自生物体液的背景荧光及散射光的干扰，且无需复杂的样品前处理过程，因此该方法适合于生物体液中DNA的痕量检测。
　　（2）利用水相合成法制备了MPA包裹的Mn-ZnS QDs，基于该QDs的RTP性质，构建了一种灵敏、快速检测细胞色素C（Cyt C）含量的新方法。该检测方法利用QDs与Cyt C之间发生电子传递过程，使得QDs的RTP猝灭，从而对Cyt C的含量进行检测。在pH=7.4的磷酸缓冲液中，Cyt C通过电子传递可以猝灭Mn-ZnS QDs在590 nm处的RTP，且在一定的范围内Cyt C浓度与RTP猝灭强度（P0/P）呈现良好的线性关系，线性范围为0.1-10μM和10-40μM，相关系数为0.990和0.991，方法检出限为0.062μM，该方法适用于Cyt C的痕量检测。
　　（3）通过MPA包裹的Mn-ZnS QDs与壳寡糖（COS）之间的静电作用，构建了一种精准、高效检测壳寡糖含量的新方法。该检测方法利用QDs与壳寡糖之间的相互作用，使得QDs的RTP增强，从而对壳寡糖的含量进行检测。在pH=7.4的磷酸缓冲液中，壳寡糖可以加强Mn-ZnS QDs在590nm处的RTP，且在一定的范围内壳寡糖浓度与RTP增强强度（P/P0）呈现良好的线性关系，线性范围为0.06-10μg/mL，相关系数为0.988，方法检出限为0.028μg/mL，该方法适用于壳寡糖的痕量检测。
　　总之，本文利用QDs的RTP性质，通过构建纳米探针对生物分子DNA、细胞色素C、壳寡糖的含量进行检测，为分子生物学及各种疾病发生的研究提供了一定的理论依据。

摘要：植物传热传质学已经开展基于植物叶片、根系的植物及其与周围环境间的传热传质特性研究。本文以耐冬茎部作为研究对象，定向分析了耐冬茎部轴向茎流速率变化规律以及径向方向上的热量传输特性，在整体上采用“理论建模—仿真模拟—实验验证”的常规研究方法。
　　实验测定茎部的物性参数和温度场，应用串联热阻分析理论计算茎部各部分的导热热阻。研究得出以下结果和结论：
　　（1）耐冬茎部比热分布总体表现为：边材>树皮>心材，树皮部位比热值在温度为-1℃处达到最大值；
　　（2）茎部组织呈现较低有效导热系数；茎部有效导热系数在大气温度为4℃时出现骤降情况；
　　（3）白天时段，茎部平均温度高于大气温度；夜晚时段，茎内部温度与大气温度相接近；茎内部温度与大气温度变化趋势相同，但表现出明显的滞后性；
　　（4）耐冬茎部轴向方向上热流传递具有方向可逆和良好的均温性的特点；
　　（5）在白天时段，耐冬茎部在径向上最高温度出现在边材部位，在晚间时段，径向上最高温度位于髓心处；
　　（6）夏季不同大气温度对应下耐冬茎部各部位的导热热阻存在明显差异，总体表现为边材导热热阻最小，心材次之而树皮部的导热热阻最大。
　　利用热平衡法测定茎部热量分布情况并推导茎流速率，同时对影响植物茎流速率的环境因子的变化进程进行监测，分析光照强度、大气温度和土壤温度对茎流速率的影响。研究结果表明：
　　（1）植物茎部液流速率在单日内的变化曲线呈“多峰曲线”形式，液流速率随光照强度变化趋势与随着环境温度的变化趋势相同，但具有明显的时滞效应；
　　（2）植物茎流速率随土壤温度的变化关系呈“单峰曲线”形式，土壤温度过高和过低都会对液流速率升高起到抑制作用；
　　（3）光照强度、环境温度和土壤温度的增大均能提高耐冬茎流速率，其中，环境温度对耐冬茎流速率影响程度最大，其次是光照强度的影响。
　　从微观传热传质角度出发，在建立茎部物理模型的基础上，推导出耐冬茎部多孔介质传热传质数学模型。对夏季和冬季特定环境条件下，茎部温度分布和液流输运情况进行仿真模拟，验证热动力学实验方法获得的液流输运关系式，得到以下结论：
　　（1）冬季环境条件下，对茎部温度场起到主要影响作用的是液流流动，树皮组织热阻较大对于耐寒植物具有良好的蓄热保温作用；
　　（2）在轴向方向上，茎部温度由下至上逐渐降低（T1>T2>T3）；在径向方向上，表现为边材部位温度最高；
　　（3）茎部边材区液流流动缓慢，速度分布表现出对称性；在近壁面处，液流速度接近于0；液流入口和出口处，流动方向出现波动；在流动达到稳定状态的茎部中间区域，液流流动方向整体与外壁面平行。

摘要：此论文包含两部分内容:前三章阐述利用化学交换饱和转移(CEST)实验获取蛋白质激发态赝接触位移(PCSs)的研究;第四章阐述利用核磁共振(NMR)对蛋白质-配体弱相互作用的初步研究。
　　蛋白质的激发态构象在蛋白折叠、分子识别、酶催化等过程中起重要作用。过去几十年中，晶体学和核磁共振在解析蛋白质基态结构方面成果颇丰，但是激发态由于布居数低(＜5％)，对大多数实验都处于“不可见”状态。弛豫扩散(relaxation dispersion)等核磁实验可以检测蛋白质在微秒到毫秒时间尺度的运动。最近发展的CEST实验可以研究更慢的时间尺度（～2到100毫秒），并获得激发态的化学位移。然而仅靠化学位移来搭建激发态的原子结构模型仍然是一个很大的挑战，因此亟需发展富含结构信息的新技术来描述具有重要功能的激发态构象。
　　PCS由于含有长程的距离和方向信息，原则上也可以用于描述蛋白质激发态的构象。在本文中，我们提出一种名为PCS-CEST的方法来观测低丰度激发态的PCS信息。可以使用一维或者二维的CEST实验来测量激发态的PCS。我们首先在Abp1p SH3-Ark1p小肽慢交换体系上验证了这一方法，其激发态的PCS与小肽饱和时的PCS数据吻合。然后将其用于研究存在少量折叠过渡态的HYPA/FBP11 FF结构域，其激发态的PCS显著小于基态的PCS，说明其低丰度激发态构象系综存在部分无规结构。最后我们提出一种选择性激发的一维CEST实验，可以用更短的时间对激发态化学位移进行更精细的扫描，从而提高数据的分辨率。
　　因此PCS-CEST可以有效地获取慢交换情形下的蛋白质激发态结构信息。
　　第四章阐述利用核磁共振研究蛋白质-配体的弱相互作用。在过去二十年中，基于片段的先导化合物发现被证明是成果显著的药物发现手段。但由于初始筛选出的小分子亲和力较低，获得复合物晶体往往会遇到困难。通过核磁共振方法获取结合状态的少量约束，对于小分子结合模式的判断很有帮助，因此NMR是晶体学以外很好的补充手段。我们首先对LARG PDZ结构域进行了片段筛选(FBS)，然后尝试了诸如残留偶极耦合(RDC)、顺磁弛豫增强（PRE）以及PCS等多种核磁方法来产生蛋白质-小分子的结合模型。

摘要：SAMHD1蛋白是新发现的人体内非分裂细胞中的天然免疫因子，能够抑制HIV病毒对巨噬细胞、树突状细胞等静态期细胞的入侵，同时对DN A病毒具有广泛的抗病毒功能。SAMHD1是由真核生物SAMHD1基因编码的蛋白质，广泛存在于高等动物中，主要在髓系来源的单核细胞中表达。SAMHD1具有dGTP/GTP依赖的三磷酸水解酶活性，可降低细胞内 dNTP的浓度，从而限制HIV-1在非容纳细胞中的复制。同时，SAM HD1蛋白具有核酸酶活性，能够降解病毒RN A基因组。
　　本课题的目的是使目标蛋白SAMHD1（109-626）（此后简写为SAMHD1c）在大肠杆菌中表达，并通过亲合层析、色谱层析获得高纯度的蛋白。我们通过不同状态下的SAMHD1进行分析，发现自然状态下纯化的SAMHD1c处于单体，二体和四体的动态平衡状态。将SAMHD1c利用高效液相色谱进行其dNTP酶活性检测，结果表明SAMHD1c加入底物后立即发挥初始爆发式的高效酶活作用，这与之前研究报道的长效激活状态相一致。
　　我们将蛋白结晶，获得了一种新的松散连接的四聚体状态，该结构中结合了三个GTP。分析此结构得出以下结论：一是亚基A和C之间的相互作用界面也许是四聚体结构稳定与否的关键；二是亚基A和B之间结合两个GTP，阐明二聚体可稳定存在的原因；三是亚基A和C之间氨基酸互相作用，形成多重氢键，推测若形成GTP-M g2+-dATP稳定激活构型后可以将亚基A与C之间更加紧密；四是通过与现有结构对比，发现这个结合了 GTP分子的四聚体结构处于非活性状态。这个新结构的发现丰富了SAMHD1发挥dNTP酶的构象形态，为我们深入研究其抗病毒机制提供了新的角度，也为 HIV疫苗及广谱抗病毒药物提供了可能。

摘要：目的：树突状细胞(Dendritic cells,DCs)是目前所知功能最为强大的专职抗原呈递细胞，对于启动和放大固有免疫和适应性免疫应答发挥着重要作用。在其执行免疫应答的过程中，DCs始终受到血液、间质流和淋巴流来源的剪切力的影响，但是潜在的机制并不清楚。因此，本研究重点关注流体剪切力对DCs的生物物理学特性和免疫功能的影响，以期深入理解DCs的免疫调节功能。
　　方法：为了探索流体剪切力对DCs生物物理学特性和免疫功能影响的时效和量效关系，本文采用FITC-Dextrans检测imDCs的抗原吞噬能力；荧光偏振法检测DCs的膜流动性；不同的渗透压检测细胞的渗透脆性；实时荧光定量PCR技术检测细胞免疫功能相关分子(包括抗原识别分子CD205，迁移相关分子CCR7，粘附分子CD54和CD106，成熟标志CD83，共刺激分子CD40、CD80和CD86)mRNA的表达水平。
　　结果：在流体剪切力的作用下，imDCs的抗原吞噬能力明显增强(*p<0.05)；imDCs的膜流动性增加(*p<0.05)，而mDCs的膜流动性下降(*p<0.05)；imDCs的渗透脆性增加；免疫相关功能分子的mRNA的表达水平发生变化(*p<0.05)。
　　结论：DCs能够对生理层流来源剪切力作出应答，并且生理层流来源剪切力可能是DCs免疫功能的一个负调控因子，支持“力学免疫学(mechanoimmunology)”和“免疫力学生物学(immunomechanobiology)”的学术观点，这对于深入理解DCs的免疫调节功能来说具有重要意义。

摘要：通过位点特异性自旋标记电子顺磁共振方法能够获得生物大分子的动力学信息、易趋性信息和距离信息，近年来该方法已经被广泛的应用于生物大分子的结构功能研究中。在本论文中，我们使用电子顺磁共振方法对膜蛋白YgaP和IFITM3的结构功能进行研究，成功地解析了去污剂中全长YgaP膜蛋白的三维结构以及IFITM3蛋白的跨膜拓扑结构。论文由四个章节组成。
　　第一章简要介绍了电子顺磁共振的基本理论、电子顺磁共振中的各种相互作用力以及电子顺磁共振谱仪的组成。
　　第二章主要介绍电子顺磁共振方法在生物大分子中的应用。首先简要描述各种不同的自旋标记物和自旋标记方法。然后重点阐述位点特异性自旋标记电子顺磁共振技术的基本原理，并详细描述通过该方法得到蛋白质特定位点的动力学信息、易趋性信息以及位点之间的距离信息。最后还简要介绍了几个电子顺磁共振方法在膜蛋白以及核酸的结构功能研究中的实例。
　　在第三章中我们综合使用连续波电子顺磁共振、脉冲电子顺磁共振以及刚体计算方法成功地解析了全长YgaP膜蛋白的三维结构。具体的来说，首先通过系统的连续波电子顺磁共振分析得到YgaP蛋白跨膜结构域的动力学数据和易趋性数据，进而获得YgaP蛋白跨膜结构域的二级结构特征。然后使用连续波电子顺磁共振和双电子-电子共振方法测量得到YgaP蛋白跨膜结构域中的距离信息，并用于刚体结构计算中，获得YgaP跨膜结构域的三维结构。而后，我们还运用双电子-电子共振方法测量得到YgaP跨膜结构域与水溶性硫氰酸酶结构域之间的长程距离约束，并结合硫氰酸酶结构域的液体核磁共振结构，通过刚体计算方法得到全长YgaP膜蛋白的三维结构。此外，我们还对YgaP膜蛋白结合硫氰酸酶反应产物SCN-前后的动力学、易趋性和距离变化进行检测，结果发现YgaP蛋白结合底物SCN-后会发生构象变化，揭示了大肠杆菌细胞膜上的YgaP蛋白转运硫氰酸根离子的机制。
　　第四章中我们综合使用电子顺磁共振方法和核磁共振方法解析了IFITM3蛋白的跨膜结构域在去污剂DPC中的跨膜拓扑结构。连续波电子顺磁共振谱图分析和易趋性数据分析表明IFITM3蛋白的C末端存在一个长跨膜螺旋，N端疏水区域含有两个较短的膜内α螺旋，该结果证明IFITM3蛋白是一个Ⅱ型膜蛋白。我们还使用液体核磁共振方法对IFITM3蛋白的二级结构和主链弛豫进行分析，结果进一步证明IFITM3蛋白的Ⅱ型膜蛋白拓扑结构。该跨膜拓扑结构为IFITM3蛋白能够阻碍膜半融合的病毒抑制机理提供了结构基础。

摘要：大自然是人类仿生学研究灵感的来源。科学家们受到自然界中普遍存在的生物分子马达（肌球蛋白，动力蛋白等）和生物化学泵（细胞膜上钠-钾离子的运输泵）的启发，已经成功设计出多种结构和驱动原理的微米机器。微米机器主要包括能够自主运动的微米马达和能够驱动周围流体或小颗粒运动的微米泵，微米机器的运动通常是对外部刺激做出的反应，但是大多数微米机器只具有单一刺激响应性，而且较少涉及微米机器的运动-停止-再运动的精确控制。如果能够制备出具有多重刺激响应的微米机器，我们不仅可以根据微米机器对不同刺激的响应性不同实现对其运动的精确控制，而且能够将具有多重刺激响应性的微米机器应用于逻辑门和物质定向运输等领域。在本论文中，我们主要做了以下两个方面的研究内容：
　　1、利用简单的单乳液溶剂挥发法制备了基于明胶、过氧化氢酶和聚吡咯的覆盆子状的微米马达，其中三种组分均是生物可降解的高分子材料，而且具有多重刺激响应性。在化学燃料过氧化氢（H2O2）条件下，利用微米马达中过氧化氢酶的pH响应性，通过调节溶液pH影响酶对过氧化氢的催化效率，进而实现微米马达运动-静止-再运动的调控；在近红外光照（NIR）条件下，一方面利用微米马达中聚吡咯的光热转换效应实现马达的定向运动，另一方面利用聚吡咯在不同pH条件下能够发生可逆的去质子化作用和再次质子化作用的性质，也可以通过调节溶液pH实现运动马达的静止-再运动状态的调控。此外H2O2、NIR、NH3这三种刺激的结合应用，也可以控制马达处于运动/停止的状态。更重要的是，这样多重刺激响应的微米马达可以广泛应用于逻辑门领域，将不同刺激作为输入信号，马达运动状态作为输出信号，可以组成“或”门、“禁止”门和一个由“或”门、“非”门和“与”门等多个逻辑门组合连接而成的逻辑电路。
　　2、微米马达和微米泵通常是两种不同的器件，前者能够自主运动，后者可以驱动周围流体运动，但通常不会同时存在于一个体系中。我们制备了集微米马达和微米泵功能于一体的基于高分子聚吡咯的微米机器，并且它具有多重刺激响应性，不仅对近红外光照有响应，而且对化学刺激（如胆酸钠）也有响应。我们可以通过控制光照角度或者胆酸钠浓度使微米马达和微米泵现象同时出现或者单独出现。这种双重刺激响应的集微米马达和微米泵体系于一体的微米机器，将会在药物靶向运输与释放等生物医药领域有着潜在的应用前景。

摘要：在生物体内，蛋白质是组成生命结构并且进行生命活动最主要的功能分子。它是决定生物体结构和功能的重要成分。蛋白质的结构决定蛋白质的功能，所以了解和掌握蛋白质功能的前提是先分析蛋白质的结构。如何预测蛋白质结构是一个非常重要的研究课题，而获取蛋白质空间结构的一个重要途径就是理论预测。蛋白质的二级结构作为其空间结构的基础，研究蛋白质二级结构是了解蛋白质的折叠模式和三级结构的理论基础，并为研究蛋白质的功能以及它们之间的相互作用模式提供结构基础,同时还可以为新药研发提供帮助。所以我们非常有必要对蛋白质的二级结构的预测进行研究。
　　本文选取序列同源性低于30％的62和100个蛋白作为两个数据集，通过提取几种原子化学位移信息作为新的特征参量，然后应用二次判别法对其蛋白质二级结构进行预测，进行交叉检验取得了较好的结果，三态预测的总精度达到80%以上。可见，选取化学位移作为特征参量和用二次判别法进行预测的结合可以有效的对两个数据集中的蛋白质二级结构进行预测。同时，通过联合不同的原子化学位移作为特征实施预测，结果表明：在蛋白质二级结构预测中，6种原子化学位移所起的作用是不同的。

摘要：在药物设计中，蛋白质-配体相互作用能的计算是虚拟筛选的核心问题。其中，静电能作为重要的能量项，其计算依赖于原子电荷的赋值。现有电荷模型给出的数值差别很大，且各有缺陷。本课题将详细分析静电能计算中的电荷因素，以求提高计算精度。本文内容如下。
　　1，针对常见原子H，C，N，O，P，S彼此组成的原子对，研究了原子电荷与其平衡距离及能量的关系。结果表明当原子电荷乘积大于一个较小的数值（约0.01）时，静电排斥会成为主要的作用力。对于带异性电荷的原子对，当电荷乘积在0至-0.4时，乘积的减小会使两原子迅速靠近;当乘积在更负的范围时，范德华排斥会抑制这种距离靠近。最小能量与电荷乘积在主体区域成线性关系。此外，还分析了电荷对多原子对基团之间的相互作用的影响。
　　2，使用DOCK6对60个蛋白质-配体体系比较了9种电荷模型:Hirshfeld，NPA，Mulliken，MK，CHELP，CHELPG，AM1，AM1-BCC和Gasteiger。从得分最好的对接构象来分析，Hirshfeld、CHELPG和Gasteiger的成功率较高。从最接近实验结构的对接构象来分析，Hirshfeld和CHELPG最好。把这60个体系的小分子按照带电与中性分类所得的分析结果与整体结果没有明显区别。从能量计算值与实验亲和势的相关性来分析，在对接构象下，AM1-BCC，Hirshfeld和Gasteiger较佳。各种模型对带电小分子体系的结合能预测比中性小分子体系更准确;其中，AM1-BCC对中性和带电体系均表现良好。配体中原子电荷的正值之和与静电能呈现高度线性相关。Hirshfeld和Gasteiger因其电荷赋值较小而对接和打分效果较好，数值居中的AM1-BCC在打分上也有优势。
　　3，使用DUD数据库中的金属酶comt，细胞核激素受体mr和激酶cdk2三个靶标和3276个小分子，测试了AM1，AMSOL，Gasteiger和MMFF94四种模型的活性分子富集效果，对comt体系还计算了Hirshfeld，MK，NPA和Mulliken模型。结果显示，AM1和AMSOL在前1％筛选范围下有更高的富集因子，Gasteiger和MMFF94在前5％的范围结果更优，在宽至20％的范围，QM电荷都较好。用ROC曲线分析筛选的富集效应时，发现MMFF94对于comt和mr体系的效果最好，AM1和Gasteiger对于cdk2体系的效果最好，而Mulliken和NPA对于comt在全区域内均有良好的效果。
　　本文对分子间静电作用能计算中的电荷数值及模型作了详细分析，得到了帮助改进计算精度的有用数据，并为实际应用评估和推荐了常用电荷模型。

摘要：分子马达是细胞内能够直接将贮存在ATP分子中的化学能转化为机械能，并参与物质输运的“纳米机器”。分子马达运动特性的研究已成为生物物理领域的热点之一。目前，研究较为深入的分子马达主要为肌球蛋白类、驱动蛋白类、动力蛋白类和旋转马达类。其中Myosin V是肌球蛋白超大家族中一类具有显著运动特征的肌球蛋白:其他的肌球蛋白一般以集体协作的方式运动，而Myosin V则可以单独地沿微丝作定向运动。
　　随着单分子光镊技术、荧光纳米成像以及高速原子力显微镜技术的发展，Myosin V运动特性方面实验研究取得了长足的进步。与此同时，理论研究者也建立了一系列的模型，主要有“交臂模型”、“弹性杆臂模型”以及“多段刚性臂模型”等，来解释Myosin V的运动特性。
　　Myosin V的定向运动经历了多种化学态和力学态的变化过程，其实质就是化学态与力学态的耦合过程。本文针对Myosin V定态持续性运动，结合“Hand-over-Hand”运动模式，建立了Myosin V机械化学循环的四态模型，认为Myosin V可以在其相互连接的两态之间进行随机跃迁。利用主方程和贝尔方程对模型进行分析和定量计算，得到在定态条件下，Myosin V持续运动的平均速度、平均弛豫时间、平均运行长度。理论结果同实验数据基本吻合，这为解释Myosin V的运动特性提供了新思路。
　　本文包括四章，第一章肌球蛋白超大家族的介绍;第二章是Myosin V的运动特征的研究现状;第三章是本文的核心内容，建立Myosin V机械化学循环的四态模型，对模型进行分析与计算，并将得到的结果与实验数据相比较;第四章是本文总结与展望。

摘要：从二十世纪九十年代中期，两个具有开拓性的实验组同时提出DNA可以用来调控金纳米粒子的组装以后，该技术后续有着非常广泛的应用。然而，该组装技术中可控的参数单一，在实际的应用中具有一定的限制。为此，我们提出了一种利用动态的DNA分子机器推动金纳米粒子组装的策略。在这种新型的组装技术中，金纳米粒子的组装需要经过一系列的DNA链替换反应才能完成。经过我们的实验的认证，发现具有催化链效果的DNA链的浓度会影响金纳米粒子的的组装速率。让我们更加震惊的是:该技术能够非常灵活的应用到构建双组份的“与”“或”逻辑们。我们相信这种这种新技术的提出可以说是动态的DNA技术与无机纳米技术的“桥梁”，后续将有广阔的应用背景。
　　为了进一步的验证我们利用DNA驱动的金纳米粒子组装技术的实用性，我们先专注于它在调控金纳米粒子组装速率上于传统技术的差异。因为不同的应用领域都体现出纳米粒子组装速率的重要性。经过反复的实验，我们发现我们的新型组装技术无论是否经过“预先杂交”的处理都能够使得金纳米粒子具有相对更快的组装速率。而且在我们的组装技术中存在多个可控参数，例如:复合链的浓度还有催化链的浓度。这些都将为我们在设计DNA诊断以及构建复杂的纳米器件提供了基础。
　　紧接着，我们将DNA驱动的金纳米粒子组装技术应用到单碱基突变(SNP)的检测。结合理论的分析与实验的验证，我们确定了最优的单碱基突变的检测条件。我们的这种检测方法相对于其他的检测技术具有高效，无温度依赖性，以及易于操作的特点。而且我们发现我们这种新型的检测技术不仅仅能够高效率的实现任意位置上的单碱基突变检测，同时可以用于各种类型的单碱基突变检测，例如:碱基的突变，插入或缺失的检测。在完成了所有条件的优化以后，我们将该技术用到与乳腺癌相关的BRCA1基因的突变检测。
　　尽管我们实现了在不同策略下DNA调控金纳米粒子的组装并且探索了一些可能的应用，但是上述的所有工作的基础是在金纳米粒子合成结束以后将DNA修饰上去。很显然，这里并不涉及对金纳米粒子的形貌的改变。据我们所知，调控纳米粒子的生长（特别是金纳米棒的生长）对其后续的很多应用都具有极大的影响。我们发现编码DNA的序列能够高效的调控金纳米棒的再生长以后的形貌，最终的形状包括哑铃状，正八面体，以及对应的中间结构。通过动力学的研究发现两种不同的生长路径会得到截然不同的结构。最后我们发现充分利用DNA的可编程能力，例如:序列的共混以及特定的巯代磷酸化(PS)修饰，都能有效的调节最终的纳米粒子形状以及光学特性。如果PS修饰数目达到一定数量，最终纳米粒子的表面等离子体共振吸收峰的位置会红移到1000 nm以外，进入第二红外区域。
　　

摘要：生物进化过程中，为了适应不同的功能需要，演变出多种具有不同结构特征和可以识别并结合ssDNA的蛋白模式，以更好地完成其被赋予的重要使命。目前人们已发现的多个可以结合ssDNA的蛋白质的经典结构域包括OB folds，KHdomains, RNA recognition motifs(RRMs), RecA-like domain, whirly domain以及最近刚报道的DrpA domain等等。生命体遗传物质的高保真复制需要染色体的精确配合与调控，该过程中必不可少的是复制体的正确组装，引发体作为复制体在复制起始位点组装的一个亚复合物，其准确组装也受到多种机制调控。引发体由若干蛋白组成，分别是解旋酶，引发酶以及多个相关的辅助衔接蛋白，它们在DNA复制过程中通过以ssNAD为模板合成复制时它们所必需的RNA引物。准确及时地起始引发体的正确组装为正常染色体的复制以及停滞的复制叉重启奠定了基础。
　　DnaT是大肠杆菌引发体蛋白之一，在重启停滞的复制叉过程中发挥着重要作用。作为一个衔接蛋白，DnaT联系着PriA-PriB-ssDNA三元复合物与DnaB/C复合物，介导了完整的PriA依赖的引发体的组装，同时对于完善DNA受到损伤后复制叉重启机制也有着重大的意义。但针对DnaT如何在此过程发挥对应的功能，DnaT蛋白与ssDNA以何种方式结合以及DnaT蛋白与PriB之间相互作用的结构生物学研究尚属于空白。在本研究中，通过X射线晶体学手段，我们解析了蛋白DnaT与单链脱氧核糖核酸片段ssDNA复合物的两种结合状态的三个晶体结构，分辨率分别为1.96(A和)2.83(A)以及硒代蛋白晶体2.08(A)。复合物晶体结构展示DnaT蛋白以一种螺旋纤维状结构盘绕在ssDNA上，DnaT蛋白以一种base-inward的模式结合ssDNA，每个三螺旋束结构域结合两个碱基脱氧核苷酸。通过与同源DnaT蛋白的序列比对发现，DnaT84-153主要通过保守的α2 helix识别ssDNA的碱基部分，并通过L3 loop以及α3 helix稳定蛋白与磷酸骨架的相互作用。同时，DnaT蛋白采用多个结构域协同作用的模式来结合底物ssDNA，以更好完成相应的生物学功能。这种蛋白折叠模式以及以三螺旋束花样结构域结合ssDNA的方式此前均未被报道。因此，该DnaT84-153-dT15 ssDNA复合物晶体结构模型揭示了一种新颖的以三螺旋束花样结构域结合ssDNA的模式。
　　鉴于复合物结构中只能观测到降解后的DnaT84-153片段，通过分析不同长度片段的DnaT84-179，DnaT84-153和全长DnaT蛋白对ssDNA结合能力，发现DnaT蛋白的N端和C端对于提高DnaT结合ssDNA的协同性发挥着重要作用。多个结合实验表明DnaT可以结合多种不同序列的ssDNA，没有序列识别特异性。
　　底物结合实验和电镜负染结果显示DnaT可以结合到其生理底物phiX-174ssDNA上形成一种棒状的核蛋白纤维结构，我们推测DnaT在PriA-依赖的引发体组装和重新启动停滞的复制叉过程起到支架的作用，为后续生物学过程提供平台。综合多个实验结果结合和已有的相关文章报道，我们提出一个关于DnaT蛋白在PriA-依赖的引发体组装和复制叉重启过程中如何发挥功能的模型。
　　

摘要：实验研究发现鸣蝉(Clanger cicada(Psaltoda claripennis) wings)蝉翼表面特殊的纳米结构可以有效的杀死某些附着在其表面的细菌。而且这种杀菌过程完全是一种物理效应，并不涉及任何化学反应。蝉翼这种特殊的抗菌能力为研制新型抗菌材料提供依据。
　　本文由蝉翼表面纳米结构对细菌细胞壁形态的影响，提出了一种解释细菌细胞壁在蝉翼表面机械性破裂机制的弹性力学模型，模型中由细菌细胞壁的拉伸度来确定蝉翼表面纳米结构对细菌细胞壁的影响。分别对革兰氏阳性和阴性菌细胞壁在蝉翼表面上的拉伸度进行计算，理论结果表明不同强度的细菌细胞壁在蝉翼表面纳米结构上发生的拉伸形变有明显差异，绝大部分革兰氏阴性菌细胞壁拉伸度超过其承受能力，可发生机械性破裂。进而得出对于给定的细胞强度，纳米材料上的细菌破裂由表面结构的几何参数决定的。但随着研究的不断深入，人们期望能更好的利用抗菌材料，因而提出优化结构，即纳米颗粒。
　　纳米颗粒在生理生化、光学和生物等方面具有独特的特性，可被应用到技术、研究和医学等实际应用中。同时各种基于固定或释放杀菌物质的合成方法也已被广泛的应用于抗菌材料的生产中。纳米技术和生物学的融合使纳米颗粒成为潜在的抗菌药物。纳米颗粒虽具有独特的物理化学性质被认为是生物医药活性的基础，但目前没有对这种作用机理的系统解释。因此，本文基于纳米颗粒对细菌细胞的影响，提出了一种细菌细胞与纳米颗粒表面结构相互作用的生物物理模型，从热力学角度解释了纳米颗粒的抗菌特性。可得出细菌吸附在纳米材料表面的过程中，总吸附自由能先降低后增大，当自由能为极小值时，在纳米材料上的细菌达到稳定状态;吸附强度越大，吸附在纳米材料上的细菌越容易被破坏。结果表明，纳米颗粒的几何结构在抗菌过程中起到重要作用。

摘要：分子马达是将化学能转化为机械能的蛋白质大分子，主要存在于细胞内部。目前，主要研究的分子马达有肌球蛋白类、驱动蛋白类、动力蛋白类。本文主要研究的是动力蛋白类分子马达。Mallik等人的实验发现动力蛋白产生的力与ATP浓度有关，呈一定的线性关系。即在一定范围内，随着ATP浓度的增加，动力蛋白产生的力也随之增加，在ATP浓度为1mM时，动力蛋白产生的力最大，为1.1pN。目前，这一实验结果还没有给出理论解释，本文依据动力蛋白水解ATP工作循环和机械化学偶联模型，结合动力蛋白运动特性和力学特性，建立了一个化学动力学理论模型，尝试从理论上解释动力蛋白产生的力与ATP浓度的关系。得到的理论结果与实验结果基本相符。
　　本文分为四个章节，第一章介绍动力蛋白结构与功能。第二章介绍动力蛋白水解ATP工作循环与机械化学偶联模型过程。第三章介绍动力蛋白运动特性与力学特性。第四章是本文的主要部分，理论解释动力蛋白产生的力与ATP浓度的关系。