Computer method to analyze structural-dynamic properties of Rhodobacter sphaeroides reaction centers based on system of differential equations

摘要

Актуальність. Реакції природних об’єктів на зовнішній вплив аналізуються за допомогою рівнянь балансу, якщо такі реакції мають мультиекспоненціальний характер, тобто такий, який можна представити у вигляді суми експонент. Такий характер реакції може бути зумовлений як впливом прихованих параметрів, так і впливом самої реакції на структуру об’єкта. Проблема полягає у тому, що часто не вдається емпірично визначити значення констант швидкостей рівнянь балансу, їх зв'язок з параметрами експоненціальних складових реакції, кінетику заселеності підстанів об’єкта.Мета роботи. Метою роботи є розробка методики детального аналізу реакції об’єкта на зовнішній вплив, яка дозволяє визначити кінетику заселеності можливих підстанів об’єкта за допомогою побудови системи диференціальних рівнянь з постійними коефіцієнтами.Матеріали та методи. У якості об’єкта використовувались ізольовані реакційні центри (РЦ) бактерій Rhodobacter sphaeroides, структура яких добре вивчена. При фотозбудженні РЦ їх поведінка аналізується шляхом побудови системи диференціальних рівнянь з постійними коефіцієнтами. Експериментальну кінетику циклічного переносу електрона РЦ апроксимували сумою трьох експоненціальних функцій. Параметри цих функцій використовували для визначення констант швидкостей рівнянь балансу при розв’язанні оптимізаційної задачі градієнтним методом. Задача роботи полягала у дослідженні РЦ за допомогою методу побудови системи диференціальних рівнянь та методу двох експозицій.Результати. Розроблено комп’ютерну процедуру, яка дозволяє використовувати параметри трьох експоненціальних функцій кінетики переносу електрона для визначення значень констант швидкості чотирьох балансних рівнянь, аналізу кінетики заселеності підстанів РЦ. Експериментальна та розрахункова кінетика заселеності донора при фотозбудженні РЦ добре співпадають. Результати двох методів корелюються між собою. Вони показують, що у процесі фотозбудження максимуми заселеностей станів РЦ відповідають діапазону 3–140 с після увімкнення (вимкнення) світла.Висновки. В такому випадку РЦ відповідають системі чотирьох електрон-конформаційних станів. Особливості кінетики заселеності підстанів РЦ характеризують просторово-часові характеристики РЦ.