Нелинейная динамика и математическое моделирование процессов гомогенного окисления лейкорибофлавина

• Автор: Гаджибалаева, Зарият Маликовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 118 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВЕДЕНИЕ

Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Свойства, физиологическое действие и применение рибофлавина

1.2. Окислительно-восстановительные процессы с участием рибофлавина

1.3. Методы качественной оценки протекания химических реакций в колебательном режиме
1.4. Особенности моделирования кинетики и количественной оценки параметров процессов окисления биосубстратов

в колебательном режиме

Глава II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Растворы и реагенты

2.2. Регистрация колебаний

2.2.1. Изучение влияния концентрации реагента
2.2.2. Изучение влияния концентрации катализатора
2.2.3. Изучение влияния pH
2.2.4. Изучение влияния температуры
2.3. Результаты эксперимента
2.3.1 Результаты по влиянию концентрации реагента
2.3.2. Результаты по влиянию концентрации катализатора
2.3.3. Результаты по влиянию pH
2.3.4. Результаты по влиянию температуры
Глава III. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1. Анализ временных рядов
3.1.1. Анализ Фурье-преобразования временного ряда
3.1.2. Построение фазовых портретов
3.1.3. Определение размерностей фазового пространства

и аттрактора
3.1.4. Вычисление характеристических показателей Ляпунова
и энтропии Колмогорова-Синая
3.1.5. Анализ флуктуаций концентраций на основе метода
фликкер-шумовой спектроскопии
3.2. Составление и анализ математической модели кинетических закономерностей протекающих процессов
3.2.1. Обобщенный алгоритм математического моделирования кинетики сложных реакций
3.2.2. Качественный анализ математической модели
3.2.3. Численное интегрирование математической модели
окисления лейкорибофлавина в колебательном режиме
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Многие окислительно-восстановительные реакции с участием простейших биосубстратов и оксигенированных комплексов переходных металлов протекают в колебательном режиме. Не является исключением и окислительно-восстановительные процессы с участием рибофлавина ([7,8-диметил-10-(1 ’-В-рибитил)изоаллоксазин],
витамин В2), который является предшественником флавиновых коферментов, входящих в большое число важнейших окислительно-восстановительных ферментов. Важно то, что, наряду с участием витамина В2 в протекании различных биохимических процессов, он поддерживает в живом организме в восстановленном состоянии гемоглобин, который является природным переносчиком молекулярного кислорода. Поэтому исследование окислительно-восстановительных процессов в системе рибофлавин -оксигенированные комплексы переходных металлов в жидкофазной среде с целью обнаружения критических явлений при их протекании представляется целесообразным.
Исследование колебательных реакций, являющихся проявлением процессов самоорганизации и синергетики в химических системах, предусматривает применение комплексного подхода, особая роль в котором отводится установлению типа динамики протекающих процессов с определением её основных параметров и математическому моделированию кинетических закономерностей протекающих процессов.
Поэтому проведение исследований, связанных с возникновением химических неустойчивостей и формированием диссипативных структур, разработкой принципов стационарной кинетики, и определением особенностей динамики протекающих процессов, являются актуальными для современной физической химии.
Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в исследовании химических осцилляций, возникающих при жидкофазном окислении лейкорибофлавина (.ИРН2, В.) в присутствии оксигенированных комплексов
частичных квазистационарных концентраций. В конце 50-х, начале 60-х годов М.И.Темкин и Дз.Хориути ввели понятия маршрутов, брутто-уравнений и стационарных скоростей и использовали эти понятия для вывода кинетических уравнений сложных реакций [66-69]. Темкиным было использовано понятие маршрутов реакции для вывода уравнений скоростей стационарных реакций. Дальнейшее развитие методов исследования сложных реакций (в т.ч. стационарной кинетики) было связано с выдвижением гипотез о механизмах реакций и разработкой математических моделей. При этом в понятие "механизм реакции" стали вкладывать два взаимосвязанных и взаимообусловленных типа информации: топологическую и физико-химическую [70]. В настоящее время проблеме выдвижения гипотез механизмов реакций с использованием топологической и физико-химической информации посвящено много публикаций и данная проблема в достаточной степени решена [71,72]. Этого нельзя говорить о составлении корректных математических моделей химической кинетики сложных реакций. Особенно это относится к химическим системам, содержащим высокоактивные промежуточные продукты и быстрые обратимые стадии. Хотя понятия маршрутов, брутто-уравнений и стационарных скоростей введены в научный обиход достаточно давно, до недавнего времени не были определены условия возможности использования понятий маршрутов, брутто-уравнений и стационарных скоростей для моделирования химической кинетики в зависимости от соотношения высокоактивных промежуточных продуктов быстрых обратимых стадий. В настоящее время эти вопросы решены В.Г.Горским и М.З.Зейналовым [73], однако открытым остается вопрос о формировании структур зависимых переменных, входящих в модели. Вместе с этим, в работах [74,75] показано, что не всегда удается записать выраженную в концентрациях систему алгебро-дифференциальных уравнений. В самых общих условиях указанные уравнения содержат комплексы концентраций различных компонентов, представляющих собой быстрые инварианты. Также известна работа [76], где