Теоретическое исследование скоррелированной кинетики активности ионных каналов в биологических мембранах

• Автор: Гриневич, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 147 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Ионные каналы

2.1.1. Структура Са активируемого и Ку каналов

2.1.2. Воротный механизм

2.1.3. Кинетика воротного механизма

2.2. Основные кинетические модели воротного механизма ионных каналов.

2.2.1. Марковский процесс

2.2.2. Диффузионные модели

2.2.3. Модель ВильямаУотта

2.2.4. Экспоэкспоненциальная модель

2.2.5. Фрактальная модель
2.2.6. Модели детерминированного хаоса
2.3. Фракталы
2.3.1. Основные определения.
2.4. Приложение фрактальной геометрии к биологии
2.4.1. Структуры клеток, белков и хромосом.
2.4.2. Последовательность ДНК
2.4.3. Кинетика ферментов и ионных каналов.
2.4.4. Нелинейный системы и детерминированный хаос
2.5. Методы оценки параметров фрактального процесса
2.5.1. Метод подсчта ячеек и метод подсчта отрезков
2.5.2. Метод функции плотности вероятности.
2.5.3. Метод нормированного размаха Ибметод
2.5.4. Спектральный метод
2.5.5. Метод бестрендового флуктуационного анализа БФА
2.5.6. Метод вейвлетпреобразований
2.6. Заключение литературного обзора
3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
4. РЕЗУЛЬТАТЫ
4.1. Модель
4.1.1. Схематическое описание модели
4.1.2. Уравнение для тока проникающих ионов
4.1.3. Уравнения для конформаций воротного механизма
4.1.4. Учт эффекта гидрофобности
4.1.5. Введение в систему медленных конформационных изменений
структуры канала
4.2. Детальное сравнение с экспериментом и исследование фрактальной природы активности модельного канала
4.2.1. Сравнение записей токов модельного и реального Ку каналов
4.2.2. Поведение последовательностей времн жизни модельного и реального каналов
4.2.3. Сравнение распределений времн жизни модельного и реального Ку каналов
4.2.4. Фрактальные свойства модельного канала. Сравнение с экспериментом
5. ОБСУЖДЕНИЕ
6. ВЫВОДЫ.
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Введение
Актуальность


Исключением является модель Кавальканти и Фонтаназзи vi i, , позволяющая выявить одну из возможных физических причин появления фрактальных свойств в активности ионных каналов, которая обусловлена задержанным во времени взаимодействием тока проникающих ионов со структурой ионной поры. Но эта модель дат антиперсистентную кинетику активности ионных каналов. Настоящая работа направлена на выяснение физической природы скоррелированной фрактальной кинетики активности одиночных ионных каналов и е статистических особенностей. К канала и методы броуновской динамики. Для решения этой задачи предполагалось написать кинетическое уравнение, определяющее гидрофобные взаимодействия воротной частицы канала с молекулами воды окружающего раствора. Кроме того, предполагалось учесть в модели влияние экспериментально наблюдаемых I . Используя методы фрактального анализа и другие вспомогательные процедуры, предполагалось выяснить при изменении каких значений свободных параметров этой модели е поведение становится существенно скоррелированным и какие, при этом, параметры ответственны за различные реализации данного поведения. Нами впервые была построена физическая модел, воротного механизма одиночного ионного канала, основанная на структурных данных КсБЛканала, учитывающая возможное влияние гидрофобных взаимодействий воротной частицы с окружающими молекулами воды на кинетику активности канала, и включающая в себя возможный механизм долговременной памяти, который придат модели фрактальные свойства. Мы впервые провели подробный анализ фрактальных свойств кинетики модельного канала широким набором методов и сделали сравнение с анализом кинетики реального канала, получив хорошее согласие с экспериментом. Было впервые теоретически показано, какие физические явления или процессы могут лежать в основе характерных статистических и фрактальных особенностей кинетики активности Кканала. Результаты наших теоретических исследований имеют большое значение в понимание фундаментальных свойств активности одиночных ионных каналов с точки зрения их физикохимических механизмов. Результаты работы были представлены на 8ой Пущинской школеконференции молодых учных Пущино, , на 3ем съезде биофизиков России Воронеж, , на международной школеконференции по клеточной физиологии i СПб, и на ой международной конференции Математика. Компьютер. Образование Дубна, . В данной главе датся общее представление об ионных каналах их структурнофункциональных особенностях, работе их воротного механизма, а также представлены несколько основных моделей их активности. Кроме того, здесь датся описание понятия фрактальности, приводятся различные экспериментальные данные о наблюдаемых фрактальных свойствах у различных объектов и процессах не биологической и биологической природы, а также способы определения этих свойств. В начале ХХго столетия Бернштейн выдвинул гипотезу i . КГ и они накапливаются в цитоплазме. Таким образом, между внешней и внутренней сторонами мембраны формируется разность потенциалов, которую Бернштейн впервые назвал мембранным потенциалом. Британские физиологи Ходжкин и Хаксли в г. Янгом в г. В. Этот так называемый потенциала покоя типичен не только для нервных клеток, но и наблюдается во многих других клетках, например, в эритроцитах. В мышечных клетках он достигает мВ. Из гипотезы Бернштейна в последствии сформировалась мембранная теория возбуждения, одним из положений которой было формирования потенциала действия, возникающего при переходе мембраны в возбужднное состояние при воздействии на не раздражающих стимулов электрической, химической, или механической природы. Дальнейшие исследования Ходжкина и Хаксли i x, , связанные с изучением потенциала действия, привели к первым попыткам описания ионных потоков через клеточную мембрану с использованием некоторых трансмембранных структур, формирующих в мембране ионную пору, обладающую механизмом управления, проходящих через не ионов.