С возрастом человек перемещается из верхней правой области в нижнюю левую область.

79. Оценка коэффициента асинергизма χ с помощью матрицы А в рамках компартментного подхода.

Все количественные показатели ФСО характеризуют состояние кардио-респираторной системы (КРС) для ряда лиц, как критические, а для большинства - как адаптационные, но с отклонением от среднеевропейской нормы. Ситуация усугубляется высоким показателем уровня оксигемоглобина.

Пусть мы имеем две обобщенные координаты, описывающие вектор состояния ФСО x и гомеостаз в целом. В качестве x₁ можно выбрать уровень фазического сухожильного рефлекса, а в качестве x₂ - уровень катехоламинов, который может меняться под действием L-ДОПА (наком, мадопар, синемет) или угнетаться действием нейролептиков (которые индуцируют атетоидные, торсионно-дистонические гиперкинезы). Откладывая по вертикали значения x₁ и по горизонтали x_2, мы получим (рис. 2) картину: N - норма (пересечение двух областей), фазическая патология (F), тоническая патология (T).

Положение центров областей Т или F может смещаться (постоянный нейромоторно-вегетативный баланс). А это значит, что и область N может постоянно меняться по размерам, а ее центр тяжести смещаться ближе к области Т или F. При этом у человека может преобладать тонический моторно-вегетативный гомеостаз или фазический.

Используя компартментный подход модели ФСО и ФМ можно представить в виде ориентированного графа. При этом структурная и параметрическая идентификация матмоделей подобных БДС может быть реализована в конечном виде, если мы имеем дело с линеаризованной динамической системой. В этом случае матмодель системы управления иерархической БДС - ИБДС имеет вид системы дифференциальных уравнений

                       dx/dt=Ax-bx+ud                                     (2)

где x - вектор состояния ИБДС, A - блочно-треугольная матрица межкомпартментных и межкластерных связей, b - коэффициент диссипации возбуждения в БДС, d учитывает управляющий драйв. Для ИБДС с и d в отличие от вида (1) представляется не векторами, а матрицами.

Входящая в (2) матрица A имеет n уровней иерархии, каждый из которых моделируется определенным кластером ИБДС. При этом графу взаимодействий между уровнями иерархии единственным образом сопоставляется матрица A, у которой наличие/отсутствие связей между уровнями задается соответственно ненулевыми или нулевыми блочными матрицами, стоящими под блочной диагональю. Каждому неразложимому диагональному блоку разложимой матрицы A соответствует свой кластер компартментов всей ИБДС. Каждый отдельно взятый кластер описывается уравнениями вида (1).

Тогда исходное фазовое пространство модели представляется в виде прямой суммы подпространств и для кооперативных биологических систем A должна иметь неотрицательные компоненты (A ³0). В соответствии с расщеплением пространства R, вектор внешних воздействий d имеет вид:

Решение задачи структурной идентификации ИБДС сводится к идентификации матриц A_ij, входящих в матрицу A, идентификации числа уровней иерархии и положения каждого кластера в многоуровневой иерархической структуре ИБДС. В ряде наших работ представлено подробное описание алгоритмов этой идентификации. Отметим, что такая идентификация A _ii и A _ij должна сопровождаться установлением интервалов дискретизации регистрируемых сигналов, в рамках которых входные управляющие воздействия длительностью t₁ (длительность управляющих воздействий, поступающих на первый кластер) и t₂ (длительность управляющих воздействий для кластера 2-го уровня для двухкластерных систем, например) не меняют порядки m₁ и m₂ и структуры исследуемых кластеров. Вывод о неизменности моделей кластеров делается по анализу собственных значений матриц A₁₁ и A₂₂. Определение и задание длительностей входных воздействий на кластеры i -ых уровней - это принципиальная задача, требующая теоретического и приборного обеспечения с помощью специальных фармпрепаратов или др/ терапевтическими методами (у нас - гирудотерапия).

80. Методы изучения конформационной подвижности: изотопный обмен, люминесцентные методы, спиновая метка, гамма-резонансная метка ЯМР высоко разрешения, импульсные методы ЯМР.

Метод изотопного обмена. Исторически возникновение понятия о конформационной подвижности белков связано с развитием метода изотопного обмена атомов водорода. Явление изотоп­ного обмена состоит в том, что атомы водорода, входящие в основном в амидные пептидные группы, могут вступать в обратимую реакцию обмена с атомами дей­терия и трития, находящимися в окружающем растворителе.

Метод изотопного обмена дает уникальную возможность регистрировать ничтожные концентрации конформационно неравновесных состояний. Но он
не позволяет установить, какая часть молекулы белка и каким образом должна
перестроиться, чтобы ее NH-группы оказались доступными растворителю. Этим методом нельзя определить частоту конформационных движе­
нии, которая представляет собой важную характеристику внутримолекулярной по­
движности белка. Ценность метода изотопного обмена определяется информацией
о локальных конформационно неравновесных состояниях, которые, накапливаясь в
достаточных концентрациях, могут способствовать конформационным переходам,
сопровождающим функциональные процессы в белках.

Сегодня люминесцентные анализ охватывает широкий круг методов определения разнообразных объектов от простых ионов и молекул до высокомолекулярных соединений и биологических объектов. Детектируется люминесценция самого объекта или его производных, возможно также использование изменения люминесценции специфичных агентов. Для сложных проб люминесцентное детектирование сочетается с химическим разделением (хроматография, электрофорез) или с биологическим выделением (иммуноанализ, метод полимеразной цепной реакции - ПЦР).

Процесс люминесценции включает в себя переход молекул на возбужденный электронный уровень, колебательную релаксацию в возбужденном состоянии, переход на основной электронный уровень либо с испусканием света (собственно люминесцентное излучение), либо безызлучательно и колебательной релаксации в основном состоянии.

Спиновая метка. Суть метода:Присоединение к функц-ой группе белка свободного радикала и изучения хар-к его сигналов ЭПР. Наиболее удобны в этом отн-ии нитроксильные радикалы, сод-ие свободнорадикальную группу N-О. Неспаренный электрон прин-т 2p-орбиталям N и О₂ и фактически делакализован м\ду атомами Nи О, эф-но взаимодействуют по диполь-дипольному механизму с магнитным моментом спина ядра атома азота. В силу этого проис­ходит расщепление линии поглощения сигнала ЭПР (СТС) на три составляющие, соответствующее трем разным проекциям ядерного спина азота на направление Н_о. Вид спектра определяется главным образом анизотропным взаимодействием.

Гамма-резонансная метка. Этот метод дает важную информацию о динамике белков. Он позволяет определять амплитуды смещений атомов в струк­туре белка на коротких временах (10^-7-10^-9 с). Он основан на том, что при поглощении у-кванта происходит переход ядра из основного (Е\) в возбужденное состояние (Е-2) согласно обычному закону ∆ Е = Е2 — Е1 = hv, где для ядерных уровней ∆ Е составляет 10³-10⁵ эВ. Поглощение у-квантов наблюдается на ядрах тяжелых атомов Fe, Cu, Pb. Для изотопа ⁵⁷Fe, содержащегося в природных соеди­нениях в количестве 2,2%, величина ∆ Е при резонансном поглощении составляет 14,4 КэВ, а время жизни ядра ⁵⁷Fe в возбужденном состоянии τ* ~ 10 ^-7 с. Отсюда согласно соотношению неопределенностей для энергии можно найти, что естественная ширина резонансной линии поглощения у-квантов составляет очень малую величину Г ~ 10 ^-8 эВ.

Спектры ЯГР (ядерного гамма-резонанса) отражают химическую и физиче­скую структуру окружения ядра и характеризуются химическим сдвигом, квадру-польным расщеплением, формой линии и сверхтонкой структурой. В настоящее вре­мя ЯГР становится мощным орудием в расшифровке атомной структуры активных центров.

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Одним из мощных методов изучения
динамики биополимеров является метод ядерного магнитного резонанса. Сущность
явления ЯМР сходна в основных чертах с электронным парамагнитным резонан­сом. Ядра (помимо ядер с четным числом протонов и нейтронов), к числу которых принадлежат основные изотопы углерода ₆¹²С и кислорода ₈¹⁶О), имеют отличные от нуля значения спина І (принятое для ядер обозначение) и магнитного дипольного момента. При этом магнитные моменты разных ядер  отличны друг от друга. Условия резонанса для ядер, например протонов, входящих в состав молекул, будут отличаться от условий для свободного протона вследствие экранирования электронными оболочками и влияния ядер химического окружения протона. Поэтому резонансное магнитное поле в должно быть заменено эффективным полем, учитывающим влияние окружения. Кроме того, магнитные моменты различных ядер взаимодействуют между собой и электронами в молекуле, причем характер этого взаимодействия также зависит от окружения ядра. Эти факторы влияют на параметры спектра ЯМР, давая тем самым информацию о химических свойствах и внутримолекулярной динамике образца.

Импульсные методы ЯМР. основаны на том, что система спинов, ориентиро­ванных в постоянном внешнем магнитном поле, возбуждается импульсом радиоча­стотного поля и выводится тем самым из равновесия. Это приводит к отклонению вектора микроскопической намагниченности от его первоначальной ориентации вдоль направления поля Но В результате система ядерных спинов начинает прецес-сировать вокруг Но, наводя ЭДС в приемной катушке, что регистрируется в виде сигнала свободной индукции после окончания радиочастотного импульса. Сигнал свободной индукции представляет фурье-отображение спектра, по которому мо­жет быть восстановлен и сам спектр после соответствующей обработки с помощью ЭВМ. Этот метод позволяет резко ускорить регистрацию спектров и его широко применяют в современных спектрометрах ЯМР.

Таким образом, метод ЯМР позволяет идентифицировать определенные ви­ды внутримолекулярного движения в молекуле белка. Все это дает возможность осуществлять прямые экспериментальные исследования связи между внутренней динамикой и функцией белковых молекул.