Введение к работе
Актуальность темы. Важность исследования регуляции в полиферментных іетаболических системах связана прежде всего с ее ролью в формировании ідекватннх изменений' характеристик . метаболизма -клетки в ответ на вменяющиеся условия внешней среды. В частности; эта регуляция может інть направлена на стабилизации концентраций ключевых метаболитов и шнимизацию отклонения от нормы основных физиологических свойств клетки Побьем, форма, ионный состав и "Т.д.), то есть на поддержание клеточного омеостаза. Как и любые другие клеточные явления регуляция метаболизма алеет под собой определенную структурную основу, которая с одной стороны інраяается в четко определенной схеме превращений веществ составляющих [энную метаболическую цепь, а с другой стороны определяется ізвисимостями скоростей ферментативных реакций от концентраций іетаболитов этой цепи. Выяснение структурных основ соответствующих тем ли иным регуляторним свойствам является задачей первостепенной важности.
Количественное изучение механизмов регуляции необходимо для
снимания фундаментальных закономерностей жизнедеятельности клетки. Оно
олжно включать в себя углубленную разработку теоретических
редставлений о свойствах регуляции голифзрментных- систем, находящихся в
азличных состояниях (стационарное состояние, автоколебания, вынужденные
олебания, переходный процесс). Установление количественных показателей
егуляции и, в частности, определение вкладов различных ферментов в
правление основными метаболическими потоками, является основой для
ешения целого ряда прикладных проблем, таких как диагностика и
становление причин многих клеточных патологий, разработка методов их
армакологической коррекции, управление ростом и продуктивностью клеток
родуцентов и целенаправленное изменение их метаболизма методами генной
Ч акенирии в задачах биотехнологии.
Делью диссертационной работы является: і) определение основных
принципов структурной организации полифврлентных метаболических. систем,
находящихся в стационарном состоянии; п) разработка количественно!
теории регуляции метаболизма для ,колебательных биохимических систем;
ш) создание адекватного математического описания процессов сопряженш
окислительного фосфорилирования в митохондриях 'с транспорто!
высокоэнергетических фосфатов. \
Для достижения этих целей были поставлены следующие ОСНОВЕШ задачи:
і) Исследовать организацию связей "в неразветвленных метаболически: цепях сочетащих высокое качество стабилизации конечного продукта і высокой скоростью переходных процессов.
2) Выяснить принципы структурной организации'' произвольно]
полиферментной системы, в которой могут быть разветвления и циклы
обладающей достаточно высокой скоростью переходных процессов.
3) Определить системные и локальные регуляторные показатели :
получить связывавшую их полную систему уравнений для метаболически
систем находящихся в вынужденном-установившемся периодическом режиме.
4) Построить математические модели, описывающие процессы сопряжени
окислительного фосфорилирования в митохондриях с транспорто
высокоэнергетических фосфатов.
Научная новизна. Впервые, для метаболических цепей произвольно геометрии показано, что организация сильных связей допускающая отличну от нуля степень устойчивости тесно . связана со стехиометрие рассматриваемой системы.
Для полиферментных метаболических систем, находящихся в вынужденнс установившемся периодическом режиме определены системные и локальнь регуляторные показатели и получена полная система уравнений, позволяли: выразить все коэффициентн управления через скорости реакций коэффициенты эластичности.
На основе созданной стационарной математической модели установлене что ни диффузия через шЕмембраняо^ пространство, ни диффу??ія скво:
з поры внешней митохондриальной мембраны не лимитирует поток высокоэнерг.етических фосфатов нз матрикса митохондрии в цитоплазму.
Адпробашя работы. Результаты работы докладывались на vi Мевдународной конференции по ЕиоТермоКиаетике, Инсбрук, 1994, и на
Международной Конференции ;International Workshop on Design and.
Evolution of Metabolism", Tenerife, 1995. Работа также была апробирована на семинарах по биоэнергетике ИФХБ им. А.Н. Белозерского Московского государственного университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложения. Список литературы содержит 72 источников. Работа иллюстрирована 22 рисунком.