蛋白质环境效应的介观非马尔可夫统计模型研究

研究蛋白质环境的非马尔可夫动力学效应，对深入理解分子结构与功能的关系、聚合物对外界扰动的响应等有重要意义。本项目将建立同时包含单体近邻和空间长程相互作用的聚合物链模型，并纳入蛋白质溶液环境非马尔可夫记忆效应的蛋白质构型涨落的介观统计理论。主要内容包括：（1）建立基于半弹性高斯链-Zimm链模型的构型统计：结合链动力学及流体力学平均场理论，采用多单体郎之万方程，定量分析构型变化的异常扩散行为及各类链结构参数的影响。（2）建立与电荷转移原子密度填充模型相协调的构型涨落理论：分别采用半弹性高斯链和Zimm链推求通过键和通过空间衰减路径的记忆内核，结合二维广义郎之万方程，分析沿两类不同路径的扩散行为及其耦合。（3）采用分子流体模耦合理论，计算蛋白质溶液环境非马尔可夫记忆效应对构型变化的影响。以上理论将用于解释荧光团与淬火基团间因距离变化引起的电荷转移荧光寿命和荧光共振能量转移效率的涨落等实验结果。

摘要：研究蛋白质环境的非马尔可夫动力学效应，对深入理解分子结构与功能的关系、聚合物对外界扰动的响应等有重要意义。本项目系统研究了蛋白质环境的非马尔科夫记忆效应，及其相关的生物体系中的许多重要动力学过程的无序特征。进一步与单分子荧光关谱、单分子拉伸力动力学实验、纳米粒子随机运动光谱跟踪实验以及DNA穿孔实验等相结合，定量揭示了复杂生物大分子构型涨落亚扩散及相关动力学过程动力学无序之间的内在关联机制。项目研究取得了一系列重要成果。主要包括（1）基于Rouse链及模耦合理论揭示大分子构型涨落亚扩散的微观机制；（2）高分子溶液中纳米粒子非正常扩散动力学研究；（3）蛋白质解折叠过程的动力学无序理论的建立；（4）基于瓶颈涨落模型的DNA穿孔动力学计算。