反馈控制作用双头布朗马达定向运动机制的研究

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1、郑州大学硕L学位论文摘要摘要分子马达具有复杂的内部结构，其运动机制一直是现在国内外诸多学科研究的前沿和热点。考虑到分子马达两个头部之间的相互作用，本文把反馈控制引入双头布朗马达模型中，用一种新的方法来研究它的定向运动机制。分子马达在ATP水解产生定向运动的过程中，马达本身的一系列构型变化导致了马达头部同轨道作用力大小的变化，马达与轨道的相互作用用非对称的周期势来表示，但是对于此处的非对称周期势，我们选取它在两态(0和1)间转换，并且势场在两态间的转换要受到双头布朗马达的两个头部位置的控制，因此我们称这样的控制为反

2、馈控制，即势的转换依赖系统的态。本文主要讨论了双头布朗马达在白噪声及反馈控制的作用下，在三种不同的环境中：系统不加驱动力、加恒定外部驱动力和周期性外部驱动力，分别讨论了流随弹簧的原长及弹性系数的变化，流随弹簧原长呈现周期性的变化，存在最优的弹性系数使流达到最大，它们对温度的变化都非常敏感。还比较了它们的定向运动能力，当不加外部驱动力时双头布朗马达的定向运动能力最低。我们还研究了在系统不加驱动力时，系统的效率随负载及温度的变化。通过分析三种环境中双头布朗马达的运动机制，充分说明各个参量之间的相互协调能够反映出生物体

3、机制的高度复杂性、协调性。关键词：双头布朗马达，反馈控制，流，效率郑州人学硕’I’学位论文AbstractThemolecularmotorhascomplexintemalstructure，andltsmechanismhasbeenstudiedbymanydisciplinesbothinChinaandabroadasaforefrontandhotspot．Consideringtheinteractionofthetwoheadsofthemolecularmotor,thefeedbackcont

4、rolisintroducedinthetwo-headedBrownianmotormodelinthispaper,andwewillstudyitsmechanismofdirectmotionusinganewmethod．ThemolecularmotorCanproducedirectmotionintheprocessofATPhydrolysis，inwhichaseriesofconfigurationchangesleadtotheforcechangebetweentheheadandthe

5、track．Weuseasymmetricperiodicpotentialtopresenttheinteractionbetweenthemotorandthetrack，butwemakethisasymmetricperiodicpotentialtransformedbetweenthetwostates(0and1)，andtheflashingratchetpotentialCanbetransiteddependingonthepositionsofthetwoheads，SOwecallthis

6、controlasafeedbackcontrol，thatistosay,thepotentialtransitsdependingonthestatesofthesystem．Thispapermainlydiscussesthetwo—headedBrownianmotorswhichareaffectedbywhitenoiseandfeedbackcontrolintheasymmetricpotential．Inthreedifferentenvironmentthatincludenoexterna

7、ldrivingforce，constantdrivingforceandperiodicdrivingforceactonthetwo-headedBrownianmotor,werespectivelydiscussthechangeofcurrentwiththeinitiallengthandthespringconstantofthespring．Thecurrentisperiodicintheinitiallengthofthespring,thereisanoptimalvalueofspring

8、coefficient，whichmakesthecurrentreachmaximum，andthecurrentissensitivetothechangeofthetemperature．Wecomparetheabilityoftheirdirectmovementinthethreeenvironment，whenthere’snOexternaldriving