Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Активный транспорт ионов в биомембранах является одной из важнейших функций живых клеток. Практически все процессы в клетках так или иначе связаны с активным транспортом какого-либо вида ионов. Бе:і активного транспорта ионов жизнь клеток невозможна. Вот почему так важно понимание механизмов работы этих систем.
В научной литературе имеется достаточно подробное
биохимическое описание различных систем активного транспорта
ионов. Физические модели этого процесса ограничены аппаратом
неравновесной термодинамики, что не позволяет понять
механизмы активного транспорта ионов и не дает возможности
предсказать поведение этой системы при различных внешних
условиях. Это ограничивает возможности клеточной биологии и
медицины. ..-.-
Механизмы активного транспорта могут быть поняты только на основе более подробного уровня описания, основанного на статистических моделях.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - построение неравновесно-статистических моделей активного транспорта ионов в биомембранах, проведение соответствующих расчетов потоков и сравнение их с экспериментальными данными.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые построены неравновесно-статистические модели активного транспорта ионов в биомембранах, в которых в явном виде представлены параметры активного транспорта.
На основе моделей получены нелинейные зависимости потока ионов и потока обратимой реакции гидролиза АТФ от разностей химических потенциалов ионов и АТФ-АДФ. Эти зависимости содержат в явном виде величины энергетических барьеров для ионов в биомембране, а также другие параметры, характеризующие активный транспорт ионов.
На основе использования принципа максимального КПД для системы активного транспорта найдены значения параметров, соответствующие наиболее экономичной работе системы.
Впервые в явном виде получены выражения для КПД систем активного транспорта ионов, учитывающие нелинейность описываемых систем.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Изложенные в данной работе неравновесно-статистические модели активного транспорта ионов позволяют предсказывать поведение этой системы в зависимости от изменения внешних параметров. Такое знание необходимо при изучении биологии клеток, а также может быть использовано в медицинских целях.
Подробное знание механизмов трансформации энергии в клетке совершенно необходимо для создания искусственных молекулярных машин по преобразованию энергии как внутри клетки, так и в иных структурах. Это относится прежде всего к созданию эффективных процессов синтеза веществ, преобразования электрической энергии в световую и обратно.
1. Представление о системе активного транспорта ионов в био
мембранах как о конформационной статистической системе, в
которой разные уровни энергии соответствуют различным
конформационным состояниям. Переход такой системы с одного
уровня энергии на другой приводит к активному транспорту
ионов.
-
Статистические модели активного транспорта ионов, из которых следует, что зависимости потоков от термодинамических сил в данной системе являются нелинейными. Отсюда следует некорректность использования линейной термодинамики для описания данного процесса.
-
Универсальный характер трансформации энергии в клетке, что позволяет применять предложенные статистические модели для анализа различных клеточных молекулярных машин.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы доложены на: Международной школе семинаре "кинетическая теория
процессов переноса при испарении и конденсации" (Минск, 1991);
симпозиуме Ларса Онзагера (Тронхейм, 1993); конференции по
динамике разреженного газа (Аахен, 1991).
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационное исследование состоит из введения, пяти глав, заключения и перечня используемой литературы. Оно изложено, на 92 страницах, включает 3 таблицы, 15 рисунков, библиографический список содержит 78 наименований.