Статистична та кінетичні моделі скорочення м’язового волокна - Автореферат

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені В. Н. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наукНауковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Прилуцький Юрій Іванович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, професор кафедри фізики функціональних матеріалів Офіційні опоненти:Доктор фізико-математичних наук, професор Харкянен Валерій Миколайович, Інститут фізики НАН України, завідувач відділу фізики біологічних систем. Захист відбудеться “10” жовтня 2008 року о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.13 у Харківському національному університеті імені В.Н. З дисертацією можна ознайомитися у Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету імені В.Н.Проте наразі залишаються дискусійними питання щодо молекулярного механізму генерації сили за різних режимів (стаціонарних і нестаціонарних) роботи скелетного мязу, процесу перетворення на молекулярному рівні енергії гідролізу АТФ у механічну роботу скорочення, а також деякі питання термодинаміки, зокрема порушення балансу “енергія - робота - тепловиділення” при мязовому скороченні. З моменту створення перших кінетичних моделей Хакслі і Дещеревського, які базуються на механізмі генерації сили поперечним містком і описують скорочення мязу за стаціонарних умов, зявилося багато інших математичних моделей генерації сили скоротливим апаратом скелетних мязів. У запропонованих моделях вдається відтворити «покрокове» скорочення мязу, яке пояснюється синхронною дією поперечних містків за великих навантажень, пояснити реакцію мязу на миттєве видовження. Актуальним на сьогодні є створення моделі, яка б пояснювала фізичні принципи засвоєння енергії гідролізу АТФ та її перетворення у роботу і, зрозуміло, описувала відомі механічні та термодинамічні властивості скелетного мязу та динаміку його скорочення. Метою цієї роботи є побудова теоретичних моделей поодинокого скорочення скелетного мязу, які б адекватно описували динаміку мязового скорочення, пояснювали експериментальні результати, що не знаходять трактування в межах вже існуючих моделей, повязували процес генерації сили з концентрацією іонів Са2 , а також враховували вплив рівня РН на АТФАЗНУ активність міозину скелетних мязів.Для реєстрації динамічних параметрів скорочення волокон скелетного мязу використовували тензометричну установку, що складалася з камери, в якій розміщується досліджуваний препарат, датчиків сили і довжини, двигуна, генератора синхронних імпульсів, охолоджуючого пристрою, терморезистора, осцилографів, комплексу АЦП-ЦАП, компютера, систем оптичних пристроїв для візуального спостереження за експериментом. У розділі 3 запропонована нова модель скорочення скелетного мязу і на її основі розглянуті динаміка і термодинаміка скорочення, яка базується на таких положеннях: Молекула міозину в ?-спіралізованій стрижньовій ділянці має квазіперіодичну структуру і розглядається як квазіодновимірний кристал з складною елементарною коміркою і періодом, що дорівнює кроку ?-спіралі. Сила скорочення f, яка визначається виразом (3), є функцією відносної деформації мязу Для зясування залежності сили, згенерованої мязом, і величини скорочення від температури, аналізу енергетичних параметрів роботи мязового волокна, а також розрахунку зміни ентропії для скорочення за різних температур, ми експериментально дослідили процеси зміни довжини та сили мязового волокна m.tibialis anterior жаби травяної Rana temporaria за умов фіксованого зовнішнього навантаження та різних температур омиваючого фізіологічного розчину. На ньому проілюстровано важливий факт: ізотонічне скорочення починається у той момент часу, коли напруження відповідно навантаженого мязу розвиває силу, яка дорівнює величині цього навантаження: для точки А на рис.Наразі загальновизнаною є місткова модель генерації сили при скороченні скелетних мязів, але в рамках цієї моделі залишається незясованим механізм перетворення хімічної енергії гідролізу молекул АТФ у механічну енергію руху мязів і не пояснюється низка нових експериментальних даних щодо цього процесу. Давидовим на основі детальних квантово-механічних розрахунків висунула гіпотезу, що механізмом засвоєння енергії гідролізу АТФ і здійснення роботи мязів можуть бути локальні деформації молекул міозину у вигляді солітонів. В дисертації, спираючись на уявлення, що механізмом генерації сили в актин-міозиновому комплексі є збудження солітон-екситонного типу ?-спіральної ділянки молекул міозину, отримані теоретичні і експериментальні дані, які підтверджують і розвивають погляди вітчизняних вчених.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ