生物体内的一切活动,从肌肉收缩、细胞内部的运输、遗传物质(DNA)的复制、一直到细胞的分裂等等,追踪到分子水平,都是具有马达功能的分子马达做功推动的结果。分子马达是可以高效率地将化学能直接转化为机械能的一类蛋白质。当分子马达的运用协调起来就产生了宏观的定向运动而做功,其中蕴含的动力学机制已成为众多研究者们关注的焦点。本文首先对分子马达的研究作了简单介绍,包括分子马达的种类、驱动蛋白和ATP合酶的生物化学研究进展以及分子马达的生物物理研究进展。 本文对驱动蛋白的定向运动进行了理论分析,提出驱动蛋白产生定向运动的三个必要条件,并对驱动蛋白这些条件的形成作了深入分析。在分析的过程中,本文提出了两个全新的基本观点,为驱动蛋白的定向运动提供了一种可能的解释。 因分子马达处于胞质液体的环境中,物理学上将其看成是布朗棘轮,通过非平衡统计物理的Langevin方程或Fokker-Planck方程进行分析和计算。本文对处于不同环境下的分子马达系统,采用计算机模拟和Monte Carlo方法对其Langevin方程进行计算分析,比较分子马达在这些系统下定向运动的能力,得出:无外部驱动力时,仅在白噪声的作用下不能驱动分子马达作定向运动;当系统存在恒定外力或正弦形式的周期外力,在白噪声作用下分子马达沿微管作定向运动,只是在正弦外力下马达的定向运动能力比相应条件恒定外力下的要弱很多;无外部驱动