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粒子在拥挤环境下的亚扩散:示踪粒子与拥挤粒子的尺寸影响
  • ISSN号:1674-0068
  • 期刊名称:《化学物理学报》
  • 分类:O[理学]
  • 作者机构:中国科学技术大学高分子科学与工程系,中国科学院软物质化学重点实验室,合肥230026
  • 相关基金:This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No.21225421 and No.21474099), the National Basic Research Program of China (No.2014CB845605).
中文摘要:

利用二维体系下的朗之万动力学模拟研宄了示踪粒子直径为σt在拥挤剂直径为口。的环境下的扩散行为.发现在中等时间尺度下示踪粒子的扩散行为与示踪粒子与拥挤粒子的直径之比6相关,6在一定范围下,单纯的拥挤效应可以使示踪粒子表现出亚扩散行为.进一步发现粒子的亚扩散行为是由于拥挤剂对其的“笼闭效应”.亚扩散指数OL随着体系粘度以及拥挤程度而下降,在6=1时取得最小值αmin=0.75.长时间尺度下,示踪粒子表现出正常扩散行为.6〈1时,粒子的扩散系数与粒子大小无关,δ〉1时,扩散系数对随拥挤剂粒子增加而增加.本研究有助于进一步了解蛋白质、DNA、核糖体等生物大分子的扩散行为的物理本质.

英文摘要:

The dynamics of tracers in crowded matrix is of interest in various areas of physics, such as the diffusion of proteins in living cells. By using two-dimensional (2D) Langevin dynamics simulations, we investigate the diffusive properties of a tracer of a diameter in crowded environments caused by randomly distributed crowders of a diameter. Results show that the emergence of subdiffusion of a tracer at intermediate time scales depends on the size ratio of the tracer to crowders a. If a falls between a lower critical size ratio and a upper one, the anomalous diffusion occurs purely due to the molecular crowding, tqlrther analysis indicates that the physical origin of subdiffusion is the "cage effect". Moreover, the subdiffusion exponent α decreases with the increasing medium viscosity and the degree of crowding, and gets a minimum αmin=0.75 at δ=1. At long time scales, normal diffusion of a tracer is recovered. For δ≤1, the relative mobility of tracers is independent of the degree of crowding. Meanwhile, it is sensitive to the degree of crowding for δ〉l. Our results are helpful in deepening the understanding of the diffusive properties of biomacromolecules that lie within crowded intracellular environments, such as proteins, DNA and ribosomes.

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期刊信息
  • 《化学物理学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科协
  • 主办单位:中国物理学会
  • 主编:杨学明
  • 地址:合肥中国科学技术大学
  • 邮编:230026
  • 邮箱:cjcp@ustc.edu.cn
  • 电话:0551-3601122
  • 国际标准刊号:ISSN:1674-0068
  • 国内统一刊号:ISSN:34-1295/O6
  • 邮发代号:26-62
  • 获奖情况:
  • 1998年获安徽省优秀科技期刊一等奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:4282