Головна

Множинні СТАЦІОНАРНИХ СТАНІВ В БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМАХ. МОДЕЛІ Тригерні ТИПУ. СИЛОВЕ і параметричний перемикання тригера. гістерезисні ЯВИЩА

  1. V етап. Синтез комп'ютерної моделі об'єкта.
  2. А) Моделі загального попиту
  3. Агранулоцитоз, етіологія, патогенез, види, картина крові, клінічні прояви. Панміелофтіз, картина крові.
  4. Агроекосистеми, їх відмінності від природних екосистем. Наслідки діяльності людини в екосистемах. Збереження екосистем.
  5. Агроекосистеми, їх відмінності від природних екосистем. Наслідки діяльності людини в екосистемах. Збереження екосистем.
  6. Адекватність і форми її прояву. Заходи кількості інформації
  7. Активний і пасивний транспорт. Осмотические явища в клітці, їх застосування в медицині, використання розчинів в медицині.

Біологічні системи можуть перемикатися з одного режиму функціонування на інший і, отже, мати кілька стійких стаціонарних станів. На фазовій площині така система володіє двома (і більше) стійкими особливими точками. Області впливу особливих точок поділяються сепаратріси, які зазвичай проходять через нестійку особливу точку типу сідло. Система, що володіє двома або кількома стійкими стаціонарними станами, між якими можливі переходи, називається триггерной. Якщо система функціонує в одному зі стійких режимів, то малими відхиленнями її не можна вивести з цього режиму.

Припустимо, що система функціонує в стійкому режимі а і її необхідно перевести в інший стійкий режим с. Цього можна досягти двома способами. За рахунок зовнішнього впливу можна змінити значення змінних Y або X так, щоб система перейшла в якусь точку c1, Що знаходиться по праву сторону від сепаратріси сідла. Після цього система вже сама по фазової траєкторії перейде в точку с (Рис.1).

Рис.1. Фазовий портрет триггерной системи з двома стійкими точками (а і с)

Це так званий силовий спосіб перемикання тригера. Інший спосіб перемикання тригера параметричний. Тут безпосередньому впливу піддаються не змінні, а параметри системи.

Множинність стаціонарних станів може спостерігатися і в ферментативних системах. Наприклад, у відкритій ферментативної системі з субстратним пригніченням і оборотної реакцією припливу субстрату. Припустимо, що вихідного стану системи відповідає стаціонарна точка А (рис.2).

Рис.2. Крива стаціонарних станів ферментативної системи:

Y - концентрація субстрату; X - швидкість притоку субстрату

Будемо знижувати швидкість притоку субстрату. При цьому система буде зміщуватися вздовж верхньої стійкої гілки (від А до В). При досягненні бифуркационного значення а1 система покине нестійку точку В, зробивши стрибкоподібний перехід ВД, перейде на нижню гілку стійких стаціонарних станів. Якщо тепер збільшувати швидкість притоку субстрату, то система буде переміщатися вправо по нижній гілки стійких станів до бифуркационного значення а2. Потрапляючи в нестійку точку С, вона стрибкоподібно повернеться в початковий стан А.

Таким чином, при оборотному зміну керуючого параметра (X) здійснюється замкнутий цикл станів даної системи. Причому при досягненні певних (біфуркаційних) значень швидкості припливу (а значить, і концентрації) субстрату відбуваються стрибкоподібні переходи з одного рівня стаціонарних станів на інший. Така властивість системи здійснювати переходи з одного стану в інший різними шляхами в залежності від напрямку змін значень параметра називається гістерезисом.

Тригерні властивості ферментативних систем грають вирішальну роль в регулюванні внутрішньоклітинних процесор метаболізму, клітинної диференціації, при перенесенні розчинів через пористі мембрани.

КООПЕРАТИВНІ властивості макромолекул (НА ПРИКЛАДІ ПЕРЕХОДУ СПІРАЛЬ-КЛУБОК І зв'язування гемоглобіном кисню). електронно-конформаційні Взаємодія в молекулі гемоглобіну ПРИ ОКСИГЕНАЦІЇ

Конформації поліпептидних ланцюгів, стабілізовані водневими зв'язками, стійкі лише в певних умовах. Зміни температури, розчинника, рН середовища призводять до переходів порядок - безлад, до перетворення регулярної конформації ланцюга в статистичний клубок. Перехід цей відбувається не поступово, а одразу за принципом "все або нічого". До певної температури спіраль стійка, а потім руйнується як ціле. Цей процес аналогічний плавлення кристала або кипіння рідини. Неможливо з кристалічної решітки висмикнути один атом, не зачіпаючи сусідів. Тому до певної температури кристалічна решітка стійка, а потім руйнується як ціле. Також неможливо звільнити одну ланку a - спіралі, що не розірвавши сусідніх водневих зв'язків. Плавлення a - спіралі може здійснюватися лише шляхом розриву багатьох водневих зв'язків. Це - спільний процес.

Крива насичення гемоглобіну киснем являє собою явно виражену s-подібну криву (рис.3).

Рис.3. Крива насичення киснем гемоглобіну: Y - ступінь насичення гемоглобіну киснем; РВ2 - Парціальний тиск кисню

У 1909 р Хілл запропонував модель зв'язування кисню з гемоглобіном, що пояснює сігмоідной характер цієї кривої.

Справа в тому, що центри зв'язування в молекулі гемоглобіну не є незалежними. молекула дезоксигемоглобина напружена. Важливу роль в утриманні цієї напруженої конформації грають вісім іон-іонних зв'язків між чотирма субодиницями. Оксигенація гемоглобіну не може статися, поки не розірвуться деякі з цих зв'язків і атом заліза гема не ввійде в площину гема на 5-7  . Число зв'язків, яке необхідно розірвати для зв'язування першої молекули кисню, більше, ніж для зв'язування наступних, а для зв'язування 4-й молекули кисню - зовсім небагато. Оскільки для розриву зв'язків потрібна енергія, то для зв'язування 4 молекул кисню потрібна різна кількість енергії. Зміна ентальпії при зв'язуванні першої, другої, третьої і четвертої молекул кисню гемоглобіном вівці рівні Н1 = -65,9 ± 3,3, Н2 = -47,8 ± 10,5, Н3 = -32,7 + 3,8 і Н4 = -36,5 ± 13,8 кДж / моль. Зв'язування кисню посилюється в міру приєднання. Таке послідовне зростання спорідненості гемоглобіну до кисню і пояснює s-подібну форму кривої насичення, отриманої експериментально. Це процес кооперативного зв'язування.

Молекула дезоксигемоглобина відрізняється від молекули оксигемоглобина як третинну структуру всіх чотирьох субодиниць, таки їх об'єднанням в четвертинних структуру. Оксигенація починається з приєднання молекули кисню до катиону заліза гема однією з субодиниць. Полінг і Корнелл за допомогою вимірів магнітної сприйнятливості показали, що молекула дезоксигемоглобина містить високоспіновий катіон заліза з чотирма неспареними електронами, а молекула оксигемоглобина - нізкоспіновий катіон заліза без неспарених електронів (рис. 4). У високоспіновом стані радіус катіона заліза занадто великий, щоб поміститися в площині порфіринового кільця гема. При переході в нізкоспіновое стан радіус катіона заліза зменшується приблизно на 17%, це дозволяє йому поміститися між атомами пиррольного азоту в площині порфіринового кільця.

Рис.4. Структурні зміни в молекулі гемоглобіну при оксигена-ції; Nn - атоми азоту порфіринового кільця; Nr- атом азоту гістидину

Зсув катіона заліза супроводжується зміщенням пов'язаного з ним атома азоту гістидину. А це призводить до зміни в третинної структурі і до послаблення водневих і іонних зв'язків між субодиницями, тобто до зміни четвертичной структури гемоглобіну. Механізм оксигенації гемоглобіну є прикладом елетронній-конформаційних взаємодій, загальна концепція яких була розвинена М. В. Волькенштейном (1971). Суть цієї концепції: в макромолекулах здійснюється сполучення хімічних (електронних) процесів з конформаційними (структурними) перебудовами.

 



Водні ресурси і водозабезпеченість. | ПОРІВНЯЛЬНА радіочутливих БІОЛОГІЧНИХ ОБ'ЄКТІВ. Радіочутливих in vivo і in vitro. КИСНЕВИЙ ЕФЕКТ при променевих ураженнях І МЕХАНІЗМИ ЙОГО ПРОЯВИ

Стійкість як пристосування рослин до умов існування. Відповідна реакція організму на вплив несприятливих факторів. | Опорно-руховий апарат людини, його будова і відділи. Кістки, види їх з'єднань. Скелетні м'язи. Функціональне значення. | Царство грибів. Відмінність грибів від рослин і тварин. Будова грибний клітини, способи розмноження. Цикли відтворення у грибів. | Білки. Класифікація, будова, функції. | Загальна морфологічна і біологічна характеристика земноводних. Систематика класу. Представники. Основні екологічні групи. Походження. | Екологічні групи амфібій. Морфофізіологічні особливості. | Рептилії. Характерні особливості будови і біології. Систематика класу, представники і особливості їх будови. Походження та еволюція плазунів. | Комбинативная мінливість, її значення в селекції та еволюції. | Міграція і форми міграції хімічних елементів в земній корі. Види міграції. | Структурні частини ПТК. Поняття геомасс і їх класифікація. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати