驱动马达定向运动的随机动力学模型

杨紫贝, 邱 星, 陈巧妮, 王海燕

doi:10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200244

大学物理 >

2021 , Vol. 40 >Issue 4: 68

DOI: https://doi.org/10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200244

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驱动马达定向运动的随机动力学模型

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北京师范大学物理学系，北京 100875

杨紫贝( 1998—) ，女，湖北孝感人，北京师范大学物理学系 2016 级本科生.

收稿日期: 2020-06-11

修回日期: 2020-09-03

网络出版日期: 2021-04-21

基金资助

国家自然科学基金重点项目( 11735005) 资助

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A stochastic dynamics model for the directional transport of kinesin

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Department of Physics，Beijing Normal University，Beijing 100875，China

Received date: 2020-06-11

Revised date: 2020-09-03

Online published: 2021-04-21

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摘要

本文在非对称周期势中考虑驱动马达的机械化学耦合，基于布朗马达的工作原理，利用 MATLAB 数值模拟驱动马达在一定实验条件下的运动特征.

我们首先模拟了单个驱动马达的位移和速度随时间变化的图像，然后分别计算了多个驱动马达运动的平均速度，最后计算了不同负载力条件下马达运动速度的系综平均值.模拟结果表明驱动马达在定向运动中存在等待态和行走态，行走步长约为 8. 2nm，且马达运动具有一定的随机性. 通过与实验比较，发现模型计算结果与实验吻合.

关键词： 驱动马达; 定向运动; 非对称周期势; 机械化学耦合

本文引用格式

杨紫贝, 邱星, 陈巧妮, 王海燕 . 驱动马达定向运动的随机动力学模型[J]. 大学物理, 2021 , 40(4) : 68 . DOI: 10. 16854 / j. cnki. 1000-0712. 200244

Abstract

In this paper，we consider the chemical-mechanical coupling of the kinesin in an

asymmetric peri- odic potential during stepping. Based on Brownian motor theory，we numerically

simulate the motion characteristics of kinesin under certain experimental conditions by MATLAB.

Firstly，we simulate the image of the displacement and velocity changing with time of a

single kinesin. Then we respectively calculate the average speed of several ki- nesin. Finally we

calculate the ensemble average of the speed of kinesin under different loads. The simulation

re- sults show that kinesin has waiting state and walking state in directional motion，the walking

step is about 8. 2 nm， and the motion has certain randomness. Comparing with the experimental

results，it is found that the calculated re- sults of the model are in good agreement with the

experimental results.

Key words： kinesin; directional transport; asymmetric periodic potential; chemical-mechanical coupling

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