Г.Ю. Риниченко - Лекции по математическим моделям в биологии 2011 (1123215), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Такие модели могут быть использованы для анализа не только нарастающего участка индукционной кривой флуоресценции, но и ее формы на более длительных временах. Важно отметить, что различные типы стрессов (ингибиторы, голодание и т. д.) вызывают существенное изменение формы индукционной кривой флуоресценции на временах больших, чем 1-2 с после включения света. Эти изменения часто связаны с эффектами кислородного стресса, нарушениями систем синтеза белков и другими процессами, детали которых в настоящее время неизвестны.
Но эти процессы необходимо включать в модели, хотя бы в виде параметров, если мы хотим использовать модели для количественного анализа в биотехнологическом и экологическом мониторинге. 528 ЛЕКЦИЯ 24 Кинетический подход доказал свою эффективность в решении задач об оценке значений констант скоростей реакций и соотношения энергетических потоков на отдельных участках цепи электронного транспорта.
Однако системы дифференциальных уравнений малопригодны для описания пространственной гетерогенности и сложной геометрии взаимодействующих макромолекул и сложного интерьера фотосинтетической мембраны. Напомним, что в ходе первичных реакций фотосинтеза в отдельных компартментах принимают участие сравнительно небольшие ансамбли (десятки-сотни) молекул, и применение кинетического подхода, основанного на представлениях статической физики, здесь не вполне правомерно. Для моделирования взаимодействия ансамблей макромолекул сложной формы в гетерогенном интерьере мы развиваем подход «прямого» многочастичного моделирования, в котором процессы моделируются «прямо так, как мы их представляем», Моделируемые молекулы перемещаются в соответствии с законами броунов- ской динамики, ориентируются друг относительно друга в электростатическом поле и образуют комплексы на трехмерной компьютерной сцене, сконструированной в соответствии с нашими знаниями о пространственной организации фотосинтетической мембраны.
Адекватность модели проверяется соответствием кинетических характеристик наблюдаемых процессов экспериментальным данным. Преимуществом прямого моделирования является возможность «прямого» учета формы и размеров молекул и элементов реакционного объема. Изменяя в модели форму и геометрические характеристики реакционного объема, число и расположение взаимодействующих молекул и другие характеристики, мы можем изучать их влияние на скорость изучаемой реакции.
Используя данные РОВ, мы можем «прямо» вычислить распределение электрического потенциапа вокруг каждой из взаимодействующих молекул и оценить роль электростатических взаимодействий в процессе докинга и формирования суперкомплекса, что является необходимым условием окислительно-восстановительной реакции. Такую оценку можно сделать и на кинетической модели, но только вводя некоторые дополнительные «эффективные» параметры, значения которых потом трудно однозначно интерпретировать на языке физических представлений.
Прямое многочастичное моделирование позволяет понять, каким образом физические механизмы молекулярных взаимодействий (диффузия, электростатика и проч.) определяют общую динамику процессов в клетке. В настоящее время мы моделируем с помощью многочастичных моделей процессы взаимодействия ФС1 в мембране с донорным компонентом Рс в люмене и акцепторным компонентом (Фд или Флд) в строме.
Изучение в рамках единой модели этих процессов позволяет пролить свет на механизмы регуляции работы фотосинтетического реакционного центра со стороны его донорно-акцепториого окружения [2 Ц. Другим направлением многочастичного моделирования является попытка включить в многочастичную модель процессы образования трансмембранного градиента протонов.
Мы также работаем над построением модели, в которой объ- пгямые компыотн ные модели единены подходы кинетического моделирования !описание процессов переноса электрона внутри фотосинтетических мультиферментных комплексов с помошью уравнений для вероятностей состояний) и прямого многочастичного моделирования для описания переноса электрона подвижными переносчиками. Фотоиндуцированный электронный транспорт начинается там, где уже произошел докинг, в моделировании которого прямые модели продемонстрировали свои очевидные достоинства. И если для описания физики процессов внутри фотосинтетического реакционного центра необходимы подходы молекулярной динамики, то для описания кинетики флуоресценции, наблюдаемой на нативных объектах, при описании переноса электрона внутри комплексов, по-видимому, достаточно использовать кинетические модели. В целом, использование методов кинетического и прямого многочастичного моделирования и их сочетания в исследовании процессов фотосинтеза представляется перспективным как для фундаментального изучения механизмов процессов в живой клетке, так и для практических целей диагностики состояния растительной клетки в биотехнологическом и экологическом мониторинге.
Литература клекции 24 1. А1Ьегьзоп Р.-А. ТЬе 6ошаш з~пкшге апд гппсбоп о!' йе йу!а1со16 шешЬгапе. Весел! Век Рете!. В!оепег8епек 1: 143-171, 2000. 2. А1Ьепьаоп Р.-А. А г!пап6ьбте шаде! ог йе дошшп зппс!пге оГ йе рЬогозупйе!!с шешЬгапе. ТКИ!его Р!апг Яс!. 6: 349-354, 2001. 3. Вепбай !У. Я. апг! Мапаазе В. Я. Сусйс РЬо!орЬоарЬогу1абоп апд е!ее!гоп ггапзрогг. Вюс!ипь Вюрпук Асга 1229: 23 — 38, 1995. 4. С1е1апд П. Е. апд ВепдаП 1).
Б. РЬогозузгегп 1 сусйс е1ес~п>п ггапзрогп Меазогешеп! о1 Геленах!и:р1азгочшпопе гедпсгазе асбт1гу. Рйогоеут!ь Век 34: 409-418, 1992. 5. Сготт1еу Р., Нпп!ег Р., Ба!о К., Мсраг1апе %., Оеппьоп С. ТЬе рагз1еу р1аиосуашп-Гппйр сугосЬгоше Х сошР1ех: А мпзсшгайу 6!Монег! Ьп! !6пейсайу йпс6опа! аскйс раюЬ. Вюсйет. Х 378: 45-51, 2004. б. бгозз Е. 1.. А Вготгшал бупапасз ~н1у оГ йе !пгешсбоп о! Р!югтийит !апипоеит р1азгосуапш тт!й Р!югтиииит !ат(лазит сугосЬгоше Х Вюр)гуя. Х 87: 2043— 2059, 2004. 7.
бгоза Е. Ь. апд КозепЬегй 1. А Вготтшап с1упапйсз мпбу о1 йе шгегасгюп ог" Рйогт!обит сугосЬготе 7" вчгЬ тапопз суапоЬасгепа1 р1аягосуашпз. Вюрйул. Х 90: 366-380, 2006. 8. НжЫагйап Е. Е апд бгозз Е. 1.. А Вготгп!ал дупаппсз з!пду ог йе шгегасбопз оГ йе 1шшпа1 6ошаша оГ йе су!осЬгогпе Ьа!'сошр1ех мчй р!азюсуап1п апс1 сугосЬ- пппе се. .ТЬе ейес!з о1 йе В)езке РеЗ ргоге!и оп йе ш!егасбопз.
В!орйук Х 91: 2589 — 2600, 2006. 9. Каапг А., т'опп8 Я., Венчай Р. 8. ТЬе го1е ог ас!йс гез16пеа оГ р!аагосуап!и ш !ь !пгегасбоп мчй сучосЬгошеХ. Вюс!ипь В!оракул Асга 1277: 115 — 126, 1996. 530 ЛЕКЦИЯ 24 10. Кача!еп1со 1. В., АЬашгоча А. М., Отошоч Р. А., 1)ябпш )3. М., ОгасЬеч Е. А., К)хиссЬеиссо О. т'., КпЬш А. В. Пгесс сйпш!абоп о1 р1аялосуашп апс1 сусосЬгоше 1'спсегасбопя си яо1ибоп.
Раут. Вго1. 3: 121 — 129, 2006. 11. Коча1еп1со 1. В., Бйа1сопоча А. Х., АЬаспгоча А. М., К)гшсйеп)со О. Уи., КпЬш А. В. Птесс сошршег сйию1абоп о1 1епедохш алд РХК сотпр1ех Гопиайоп )и яо1ибоп. Р)сут. Вю). 7, 026001, 2010. 12. Мегйпа М., Негчая М., Хачапо Х А., 1)е 1а Коза М. А., Оошех-Могепо С., Той)и 13. Реатяоп 1). С., )г. апд Отояя Е. Е. Вгоччпсап дупапися яим1у о1 сЬе нлегасбоп Ьестчееп р1аясосуапш апй сусосЬгоше 1.
Всор)гут. Х 75: 2698 — 2711, ! 998. 14. Рептп К Моичетпепс Вгоччисеп д'пп е1ИряоЫе (П). Косабоп ИЬге ес дбро1апяассоп дея Пиогеясепсея. Тгаля!абаи ес д)11ия)оп йе пю1еси1ея е!ИряоЫа1ея. Х Р)сук ВаЖилг 7: 1-11, 1936. 15. КгашсЬеп1со О. т'и., Коча!еп1со 1. В., АЬаспгоча А. М., 1)са)топоча А. Х., С)я6- 16. КпЬсп А. В. апд К)тпкЬеп)то О. т'и. МодеИпй о1 сЬе рпитагу ргосеяяея ш а РЬо- 17 18 19. 1)ЬЬ)п1с М., Е)йеЬес1с М., Каг1яяоп В. О., Вепдай 1). 8.
ТЬе яиисшге о1 сЬе сотпр1ех о1 р1аясосуалсп алд сусосЬтоше 7; десепшпед Ьу рагагпа8пейс ХМК апй геяпапед п8Ы-Ьоду тпо1еси1аг дупапйся. 5ггистаге: 6: 323 — 335, 1998. 20. 1Л!шипи О. М. Масгошо1есп!аг Е!ессгоясайся. Пшчеийсу НеЫе1Ьег8, 2004 21 22 23 О. А 1аяег ПаяЬ аЬяогрбоп яресспжсору яшйу о1Алабаела яр. РСС 7119 Пачо- дохш РЬосогедисбоп Ьу РЬосояумеш 1 рагбс1ея Иош яр)пасЬ. ГЕВ5 313(3): 239— 242, 1992. пш О.
М., ОгасЬеч Е. А., КпЬсп А. В. Хесч сйгесс дупаипс пмм1е1я о1 ргосесп сп- сегасйопя совр!егс со РЬосояупсЬебс е1ессгоп стапярогс геасбопя. Всорйук Веи 001 10.1007/я12551-010-0033-4. 2010. сояупсЬейс шешЬгапе. 1п: ).ия)с А., ХейЬа1 1., апй Оочсид)ее (Едя.) РЬосояупйсе- яся )и г11к: \Зпдегясапсйпй сошр1ехну агою ию1еси!ея со есояуясешя, чо1. 29, рр. 151 — 176. Брпи8ег, 2009. БсЬейег Н. Ч. 1и чсгго сусйс е1ессгоп сгапяроп си Ьаг1еу сйу!а1соЫя 1ойоччя стчо шйерепдепс райстчауя. Рсапт Р)гутьо1. 110: 187 — 194, 1996.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
