Введение к работе
Актуальность такой задачи состоит прежде всего в создании те->рин зарядового транспорта через мшрогетерогешалэ йктивныэ среды I такой системе зарядовий поток влияет ка структуру среды, которая, в свою очередь, определяет величину этого потока. Такая тео-дая, используюе^ая предсташююія теории абсолкшіьа скоростей роак-сии Эйриета, должна описывать различные режкш фуіааоюішроваїаш мультистабилькость, колебашет и т.п.). Изучая влияние впекшего іума на подобные системы, іюмю получить ряд нетривиальных результатов, включая индуцироваішьіе шумом перехода.
Прикладной аспект исследования включает разработку синергети-іеской модели ионного транспорта в каналах возбудимых мембран, тисмвая с единых позиций возішкновеїдае дискретных уровней прово-їимости и способы управления каналами. Ранее такой подход, так ие гак и вопрос о природе дискретных уровней проводимости отсутство
_ 4 -вал. Классическая теория возбудимых мембран Ходгааша-Хаксли к е< совремеиж.» кодкфмгации не содержат микроскопической иктерцрета ции, дакззй йлзическуя картину фушчиокирования ионных каналов і управления у.'.'м на молекулярном уровне.
Биологкчесюїе мультистабильныэ системы, фушщконируїгдие го принципу "все или ничего", могут рассматриваться в качестве пре-тевдетов при создшиш элементной базы вычислительных устройств нового типа.
Цель работы.
-
Построить теорию нелинейного зарядового транспорта в одно-меріосс микрогетсрогеиньк средах. Показать возможность в них самоорганизации и рассмотреть процессы управления ими.
-
Рассмотреть влияние внешнего аддитивного шума на изучаемые системы и показать возможность индуцированных шумом переходов і них.
-
Ка основе развішаемого подхода дать микроскопическую интерпретацию эмпирической (локальной) теории возбудимых мембраї Хсдакина- Хаксли.
Научная новизна м эдэдяидоская ідооїость.
В настоящей работе рассмотрены условия возникновения областей бистабильноети в каналах зарядового транспорта, их нелинейные свойства (отрицательная проводимость и др.), свойства симметрии. Характерные особенности систем позволяют провести эксперкмен-тальнуїа апробацию теории.
Показано, что кроме напряжения на мембрана эффективными уп-раглявдики параметрами являются концентрации зарядов. Представлена ьзисроскопическаа теория управления функционированием бистабкльнгЕ систем зарядового транспорта в микрогетерогенных средах. В качестве приложения рассмотрены воротные процессы ионных каналов возбудимых мембран.
Изучено влияние внешнего шума на информационные переменныЕ среда, получены фуіищии распределения. Предсказаны юадуцироваїїшє шумом переходы. Впервые показано, что такие переходы могут возникать в системах, на которые изначально действует аддитивный внешний шум. Мультипликативность возюашет при переходе от случайньв перемешіш, ка которые непосредственно действует шум, к переменный, функционально зависящим от первых. Индуцированные шумом пере-
соді; могут быть причиной іїозісашовения (шві исчезновения) дзгскрет-юго уровня проводимости. В связи с этим в работе цродлолако рассматривать три альтернативные причины длсіфетности ПрОЕОДИ-.ЮСТИ.
В настоящей диссертации разработала физическая теоріїя соіо-зрганнзуік'дихся кошшх каналоз возбудимых мембран. Эта теория илер-аь!е включает объяснение дискретности проводжости и воротных процессов с единые позиции. Она согласуется с локальной теорией кез-5удимьи мембран Ходязопіа-Хаксли.
Разработанная теория зарядового транспорта в активкья кюфо-гетерогекных средах ьдажт быть использовала при рассмотрении реальных биофизических систем как потенциальных функциональных элементов технологических устройств нового школення (пре::яэ всего устройств обработай информации, бкосексоров, базовых элементов бн-окомпыеггинга и т. п.).
Основные положения, выносим.» на задиту.
-
Для существования бкетабилыюсти в каналах зарядового транспорта необходимо, чтобм увеличение заряд-коїїформацканкого взаимодействия приводило к умсньсени» ВЫСОТЫ входного барьера в энергетическом профиле или увеличения высоты выходного барьера. При этом в системе с подеиаиым входным барьере;,! (і-системе) вероятность отсфыгого состояния каналообразователя падает при увеличении электрического напряжения; в системе с подвижным выходным барьером (а-системе) эта вероятность растет при тех кэ условиях.
-
Показана возможность существования двух областей биета-билыюсти в сксгеыв с двумя местами связиваївія.
-
В изучаемых скстеі<ах исходный аддитивный аум, действующий на кокформациотше переменные, приобретает характер мультипликативности при наблздешш флуктуации зарядового потока. Это ьаиет приводить к возникновению ивдуцкровакньк шумом переходов.
-
Развитая теория лриме)іиш для описания транспорта ионов в каналах возбудоагх мембран и дает іаофоекопическую интерпретацию Э1»ширичеасих уравнений Ходазсина-Хаксли.
-
Зкспорі-айнтально иаблздаемыэ дискрэтт.» уровни ярозодн-юстн ионных каналов могут быгь обусловлены по меныяей меро ТРЄ!Я пркадя^ашс а) струїстуршй особенностью какалообразоватоля; б) динамической самоорганизацией, когда возможен дискретный набор кои-
формациош-іш состояний кпналообразователя; в)самоорганизацией под действием шума, кої'дг дискретность вызвана индуцированными шумом переходами в ионных каналах.
Лпробаїїі'.і! работіа.
Основные результаты дяссертацжкаюн работы докладывались' на Всесоюзном симпозиуме "Одиночные jjoidojo каналы в биологических мембранах" (Кара-Дат, апрель 1989 г.). IX Республиканской школе- семинаре "Споісгроскотія молекул и крхсталлоз" (Тернополь, май 1989 г.). Всесоюзном симпозиуме "Потале каналы в бкопогичесігах мембранах" (Кара-Даг, апрель 1990 г.). Всесоюзной вколе-семинаре по биомолекулярному компыотизегу (Москва, >,;ай 1992 г.), VI Научной конференции "Флуктуацношакз явления в физических системах" (Паланга, сеісгябрь 1991 г.), украино-американском симпозиуме по коїпгьи каналам (Киев, май 1992).
Нубликашпі
Основное содержание диссертационной 1>аботы отражено з 12 публикациях, включенных в авторский список.
Структура У Р?**! Wjccegraiuffl.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка авторских публикации и списка иегюдьзеват&к источников.