Нелинейные модели переноса протонов в сегнетоэлектрических и биологических системах с водородными связями

• Автор: Баумуратова, Татьяна Русланбиевна
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ФИЗИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМАХ ПЕРЕНОСА ПРОТОНА В СИСТЕМАХ С

ВОДОРОДНЫМИ СВЯЗЯМИ

1.1. Молекулярные цепочки с водородными связями.

1.2. Кристаллические структуры с водородными связями

гидроксиаиатит.

1.3. Водородсодержащие сегнстоэлектрики

1.3.1. Триглицинсульфат

1.4. Ионные каналы возбудимых биологических мембран.

1.4.1. Бактсриородопсшг

1.4.2. Функциональные особенности потенциалзависимых ионных
каналов
1.4.3. Активация потенциалзависимых каналов
ГЛАВА 2. НЕЛИНЕЙНЫЕ МОДЕЛИ ПЕРЕНОСА ПРОТОНОВ.
2.1. Электродиффузионная модель и проблема нелинейности.
2.2. Нелинейные однокомпонентные модели системы с водородными
связями.
2.3. Нелинейные сегнетоэлектрические модели ионных каналов
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ МНОГОСОМПОИЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМ С ВОДОРОДНЫМИ
СВЯЗЯМИ
3.1. Однокомпонентная квази одномерная модель системы с
водородными связями
3.2. Двухкомпопентная модель, учитывающая влияние тяжелой
ионной подсистемы.
3.3. Двухкомпонентная модель, учитывающая влияние дипольной или другой упорядоченной подсистемы с фазовым конформационным
переходом
Выводы к главе 3.
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ МОДЕЛИ И СРАВНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ
РЕЗУЛЬТАТОВ С ДАННЫМИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
4.1. ер снос протона в системах с водородными связями.
4.1. Построение схем расчетов основных параметров моделей
и проведение моделирования.
Выводы к главе 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Основной трудностью на пути исследователей является то, что для ответа на вопрос о механизме активации ворот чрезвычайно важно знать пространственную молекулярную конфигурацию канала его четвертичную структуру, которая для эукариотических клеток до сих пор не исследована в силу своей сложности. И хотя первичная молекулярная структура, т. В последние годы, в связи с развитием компьютерной техники, исследователями было предпринято большое число попыток описать процесс открывания ионных каналов, но так как четверичная структура ионных каналов не известна, то адекватного биофизического объяснения этот процесс до сих пор не получил. Поэтому для понимания механизма, приводящего к открыванию потенциалзависимого ионного канала, очень важными являются исследования процесса протонного транспорта в ионных каналах. Для построения модели переноса протонов в водородсодержащих системах был использован континуальный подход, то есть основанный на законах физики сплошных и конденсированных сред, включая солитонный подход для описания механизма транспорта протонов и теорию ссгнстоэлектрических фазовых переходов, сопряженных с движением зарядов. Целью лампой работы явилось изучение механизмов переноса протонов в водородсодержащих сегнетоэлектриках, биомакромолекулах и биомембранах, изучение особен ностей нелинейной динамики поведения упорядоченных многокомпонентных систем, моделирующих динамические процессы в водородсвязанных системах, создание адекватной нелинейной математической модели этого процесса и ее подтверждение на основании сравнения полученных результатов с экспериментальными данными. Разработка подходов к исследованию динамических процессов в упорядоченных и водородсвязанных системах транспорт протонов, движение фазовой границы на основе решения нелинейных волновых уравнений. Исследование двухкомпонентных нелинейных моделей с учетом взаимодействия протонной и упорядоченной диполыюй подсистем, испытывающих фазовый переход. Определение особенностей поведения взаимодействующих протонной и диполыюй подсистем при различных значениях электрического поля Е и температуры Т в окрестности точки фазового перехода. Актуальность поставленных задач объясняется тем, что процесс транспорта протонов играет важную роль в механизмах фазовых переходов в водородсвязанных системах. Поэтому построение математической модели, которая позволит адекватно описывать такие системы, как например водородсодержащие сегнетоэлектрики и потенциалзависимые ионные каналы биомембран, позволит предсказать физические и биологические особенности их поведения в процессе работы, что в свою очередь внесет существенный вклад в развитие современной физики, биологии, медицины, фармакологии и биотехнологий. Построены математические нелинейные модели, позволяющие описать процесс транспорта протонов в системах с водородными связями, в том числе впервые рассмотрен случай двух компонентной модели, учитывающей взаимодействие протонной и дипольной подсистем. Получены численные и некоторые аналитические решения нелинейных уравнений, входящих в построенные модели. Создан ряд компьютерных программ, реализующих предложенный подход к моделированию водородсодержащих систем. Проведены расчеты физических параметров моделируемых систем в окрестности точки фазового перехода, которые полностью согласуются с экспериментальными данными. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Первая глава представляет собой обзор литературных данных. Во втором главе проводится анализ существующих современных математических нелинейных моделей, используемых в физике, химии и молекулярной биологии для описания процесса переноса протонов в системах с водородными связями. В третьей главе представлены разработанные многокомпонентные модели водородсвязаиных систем с фазовым переходом первого второго рода. Рассматриваются основные нелинейные дифференциальные уравнения, описывающие процесс протонного транспорта в соответствии с построенными моделями. Анализируются полученные аналитические и численные решения данных уравнений для различных случаев в зависимости от физических параметров исследуемых систем.