生物大分子分形維數(shù)的計算及酶的分形反應動力學模擬.pdf

1、生物大分子是生物體的重要組成部分，不但有著龐大且復雜的結(jié)構(gòu)，而且具有重要的生理功能；分形理論作為非線性科學的一個重要分支，被廣泛應用于各種不規(guī)則復雜體系的研究。 本文從微觀角度入手，通過計算維數(shù)這一數(shù)學標度，對大分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)和功能特征進行深入研究，對復雜生物系統(tǒng)的不規(guī)則程度進行量化描述。同時，將分形這一數(shù)學語言，應用于酶催化反應過程的模擬，實現(xiàn)對傳統(tǒng)米氏方程的修正。 本文將理論分析與實驗測試相結(jié)合從以下三個方面進行

2、了較深入的研究： 1、利用分形理論中的盒維數(shù)原理對蛋白、酶等多種生物大分子的分形維數(shù)進行模擬計算，同時利用小角X光散射和靜態(tài)光散射技術對蛋白、聚糖等生物大分子的分形維數(shù)進行測定，通過結(jié)果比對分析研究了分形維數(shù)對生物大分子結(jié)構(gòu)和功能表征的方法和酶活性部位的柔性特點，并得到結(jié)論：生物大分子的分形維數(shù)D∈(1，3)，維數(shù)越大結(jié)構(gòu)越復雜；酶的整體維數(shù)大于活性中心維數(shù)； 2、對限定維數(shù)條件下，非均相多糖(纖維素和魔芋葡甘聚糖)

3、酶解過程進行研究，并用分形理論揭示了反應中的異常擴散現(xiàn)象對反應動力學行為的影響。 一方面，將譜維數(shù)和傳統(tǒng)催化反應動力學相相合，對米氏方程進行分形修正； 另一方面，將反應器維數(shù)與譜維數(shù)關聯(lián)，分析了反應器結(jié)構(gòu)對酶催化反應行為的影響，并得到結(jié)論：譜維數(shù)dW標定反應的擴散現(xiàn)象，dW越小反應維數(shù)D越低，反應擴散越不均勻，酶解反應越偏離米氏方程，需分形修正； 在低維數(shù)反應器中，dW較小，酶解反應的底物和酶均為異常擴散，

4、其反應初速度比正常擴散時大，并相對較快地達到酶解的動態(tài)平衡，米氏方程的分形修正需引入反應器維數(shù)； 當D=1時，還原為傳統(tǒng)米氏方程，此時dW=23、為了更好地闡述生命體中酶反應的各種異?，F(xiàn)象，利用蒙特卡羅方法模擬二維條件下聚糖類物質(zhì)(淀粉和纖維素)的水解過程，為淀粉基和纖維素基燃料乙醇的制備提供一定的理論基礎， 并得到結(jié)論：淀粉水解反應中，傳統(tǒng)動力學常數(shù)K-1、K2隨時間變化非常微小，而K1隨時間延長而降低；在纖維素酶