Готовые билеты в PDF-формате, страница 23

В этом случае за время пребыванияэлектрона на А ядерная конфигурация изменится так, что система "свалится" в точку R± Врезультате произойдет необратимый перенос электрона от Д к А и система перейдет всостояние ДА-.Ядерная система комплекса ДА, находящегося в исходном состоянии , может попасть вокрестность точки R* за счет тепловой активации и перехода на верхние колебательныеуровни исходного состояния, где координаты ядер близки к R*. Этому процессусоответствует активационный температурно-зависимый участок двухфазной кривойпереноса электрона. При низких температурах ядра находятся на нижних колебательныхуровнях, где ширина барьера между потенциальными кривыми начального и конечногосостояний шире, чем на верхних уровнях.

В этом случае существует меньшая вероятностьтуннелирования ядер в конечное состояние, которая уже не зависит от температуры.Таким образом, общая вероятность туннельного переноса электрона, сопряженного сперестройкой ядерной системы и тепловой диссипацией части электронной энергии,складывается из двух частей:Здесь Wo - вероятность подбарьерного, не зависящего от температуры туннелирования снижних колебательных уровней; Wi - вероятность надбарьерного активационного процесса;переноса.энергия колебательного кванта, необходимая для активации2.

Представления о пространственно неоднородных стационарных состояниях(диссипативных структурах) и условиях их образования.Образование диссипативных структур определяется динамическим считываниемпараметрически заданной информации. К примеру брюсселятор является распределеннымтриггером со многоми устойчивыми состояниями — формами диссипатиыных стуктур, илипроцесс деления клетки связан с с параметрически задаванным образованием новойдиссипативной системы, возвращение из которой невозможно в силу гистерезиса.Зассмотрим образование диссипативной структуры в экологической системе.Будем считать что миграция хищников и жертв в пространствеимеет случайный характер типа диффузии.

Тогда можно описатьуравнениями:Самоограничения отсутствуют. Если пространство замкнуто, то катрина периодическихколебаний, если систмема открытая, то решение в видедвижущихся волн.Если миграция жертв отсутствует, что в реальной ситуацииозначает существенно меньшую подвижность жертв посравнению с хищниками. Решения получаются в видеволны жертв и хищников, распространяющейся впространстве.Это есть как говорят, "волна погони и бегства".

С течениемвремени происходит продвижение этой волны вдолькоординаты г. Естественно, что в начальной точке каждыйраз происходит возрождение этих волн в силу уравненийточечной модели, соответствующих активному характеру распределенной системы.Другим типом своеобразного пространственного поведения в экологических системахявляются стационарные неоднородные распределения переменных в пространстве диссипативные структуры, которые можно сопоставить с "пятнами жизни в природе".Особое значение имеет вопрос, каким образом связаны между собой автоколебательныережимы в точечных моделях и диссипативные структуры в соответствующих имраспределенных системах.Одна из простых точечных моделей Вольтерра, имеющих предельный цикл, представлена ввиде соответствующей ей распределенной системы, какВ этой системе по сравнению с простой моделью Вольтерра первый член, описывающийдинамику жертв в отсутствие хищника, обладает кубической нелинейностью .

Этообусловлено половым размножением жертв, когда скорость роста при малых плотностяхпропорциональна числу встреч между особями, т. е. квадрату плотности популяций (ахi ).В системе могут быть два разных режима. При одних начальных условиях устанавливаетсяавтоколебательный по времени режим при однородном в пространстве распределениикомпонентов.

Это соответствует устойчивому предельному циклу точечной системы (рис.5.7), когда происходят синхронные колебания численности по всему ареалураспространения.Существуют и другие начальные условия, прикоторых в системе со временем возникаетустойчивая диссипативная структура, т. е. стационарное периодическое распределениеконцентраций в пространстве (рис.

5.8). В этомслучае распределение хищников, быстромигрирующих в ареале распространения, близко коднородному (они "размазываются" в системе).Рис. 5.7.Рис. 5.8. Некоторые начальные распределенияустановлению стационарнойНаоборот, концентрация медленно мигрирующих жертв, ведущих оседлый образБилет № 341.

Распределённые динамические модели.Расспределительная модель - переменные изменяются не только во времени, но и впространстве. В распределенных системах могут протекать в отдельных точках пространствахимические превращения веществ и одновременно происходить диффузия отдельныхвеществ из элементарных объемов с высокой концентрацией в объемы с меньшейконцентрацией. Таким образом, связь между соседними элементарными объемамиосуществляется за счет процессов переноса. В биологических системах (активные мембраны,ткани, сообщества организмов) также существуют и распределенные источники энергии,часть этой энергии диссипирует в элементарных объемах системы - активнораспределенные системы.Примером биологического процесса, протекающего в распределенной системе, служитобразование структур в морфогенезе.

Оно происходит не за счет внешних толчков, асамопроизвольно на основе информации, заключенной в оплодотворенной яйцеклетке, висходно пространственно однородной среде. Речь идет в данном случае о возникновении вактивной распределенной системе стационарных пространственно неоднородных структур.Другой пример — распространение волн возбуждения в нервной или мышечной ткани.Уравнение для распределенной системы. Исследование простейших моделей показало, чторазличные типы поведения активных распределенных систем могут быть описанынелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных, где учитываютсяхимические реакции и диффузия реагентов.Для узкой трубки:для промежутков впределе:Если D=constОбщее уравнени изменения за счет химической реакции:Изучение системы: приравнивает к нулю и находим стационарное значение концетнрациидалее задаем возмущение и исследуем его во времени.Базовые модели, с помощью которых можно задавать сложные процессы:Эта модель может качественно описать процессысамопроизвольного возникновения волн и структур в распределенных системах, т.

е. процессы самоорганизации. Ониосуществляются, когда в системе возникают неустойчивости,приводящие к потере исходного распределения веществ вовремени и пространстве. Вместо этого устанавливается новый тип распределения веществаво времени и пространстве, т. е. происходит самоорганизация системы.В зависимости от вида функций f(c\,C2,...,cn) и коэффициентов диффузии Д в системах могутвозникать следующие нетривиальные типы поведения переменных или видысамоорганизации.1.Распространяющиеся возмущения в виде бегущего импульса. 2 Стоячие волны. 3.Синхронные автоколебания разных элементов во всем пространстве.

4.Квазистохастическиеволны, которые получаются при случайном возмущении разности фаз автоколебаний в двухточках пространства. 5.Стационарные неоднородные распределения переменных в пространстве — диссипативные структуры. 6.Генерация волн автономными источникамиимпульсной активности. В качестве источников волн могут быть, например, локальныекратковременные флуктуации переменных.Брюсселятор представляет собой наиболее исследованную систему, которая при разныхзначениях параметров может обладать разнообразным поведением во времени ипространстве. На модели брюсселятора удается выявить условия возникновения типовсамоорганизации в биологических и химических системах, и в этом смысле эта модельявляется базовой.

Обратим внимание на то, что в брюсселяторе содержится простейшаякубическая нелинейность, которая обеспечивается реакцией2х +у ^ ЗхПримером такой реакции может быть ферментативный процесс, в котором фермент имеетпо крайней мере три каталитических центра. Кубическая нелинейность — важное условиевозникновения диссипативных структур.Уравнение:При В<1+А эта точка представляет собой устойчивый фокус,а при В>1+А~ — неустойчивый фокус, вокруг которого вточечной системе образуется предельный цикл.2. Молекулярные механизмы повреждающего действия кислорода. Роль свободнорадикальных реакций и синглетного кислорода.Активные формы кислорода – соединения кислорода с высокой реакционной способностью,окисляющие практически все классы биомолекул – белки, липиды, нуклеиновые кислоты иуглеводы.Повреждение молекул АФК на липиды мембран:1)Инициирование цепиX· + LH → XH + L∙ (липидный радикал)2)Продолжение цепиL· + O2 → LOO∙ (перекисный радикал липида)LOO· + LH → L∙ + LOOH (гидроперекись липида)3)Разветвление цепиLOOH + Fe 2+ (Cu+) → OH- + Fe3+ (Cu2+) +LO∙ (алкоксильный радикал)4)Обрыв цепиL· + L∙ → LLL· + LOO∙ → LOOLLOO∙ + LOO· → LOH + L=O* + O2L=O* → L=O + hν (хемилюминесценция)В итоге: Окислительная модификация мембранных белков, Нарушение барьерных свойств липидногобислоя, Уменьшение стабильности бислоя (эл.

Пробой)Действие на белки: Окисление аминокислотных остатков (Cys, Met, His, Pro, Arg, Trp, Phe, Tyr),Окисление белкового скелета, Фрагментация полипептидной цепи, Образование внутри- имежмолекулярных сшивок → инактивация беелка или снижение активностиПовреждения нуклеиновых кислот, приводящие к мутациям: Окисление азотистых оснований,Окисление углевода, Образование сшивок ДНК-ДНК и ДНК-белок..