Tag Archives: цикл Кребса

Нестійкість та інваріантна міра в математичній моделі окисного фосфорилювання і синтезу ATP клітини

В. Й. Грицай

Інститут теоретичної фізики ім. М. М. Боголюбова НАН України, Київ;
e-mail: vigrytsay@gmail.com

Отримано: 13 жовтня 2023; Виправлено: 28 листопада 2023;
Затверджено: 01 грудня 2023; Доступно онлайн: 18 грудня 2023

Досліджено процес окисного фосфорилювання і синтезу ATP клітини в рамках запропонованої математичної моделі. Знайдено сценарій виникнення автоперіодичних та хаотичних режимів у такій біосистемі в залежності від величени дисипації ATP. Розраховано інваріантну міру дивного атрактора та побудовані гістограми її проекцій на площині фазового простору системи. Запропоновано рекомендації як позбутися хаотичного режиму і відновити стійкість самоорганізації біосистеми клітини.

Внесок нобелівських лауреатів в дослідження метаболізму вуглеводів і його регуляцію. А. Гарден, Х. Ейлер-Гельпін, К. Ф. Корі, Г. Т. Корі, Е. Сазерленд, Л. Ф. Лелуар, Г. Кребс, Ф. Ліпман, П. Мітчелл

Р. П. Виноградова, В. М. Данилова, С. В. Комісаренко

Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: valdan@biochem.kiev.ua

Отримано: 13 листопада 2019; Затверджено: 29 листопада 2019

Метаболізм вуглеводів – процес складний і багатоступеневий. До розшифрування цього процесу було залучено багато науковців – біохіміків, фізіологів, хіміків, але тільки деяких із них було удостоєно Нобелівської премії. Так, завдяки роботам А. Гардена і Г. Ейлер-Гельпіна із дріжджовими клітинами на початку ХХ ст. було встановлено, що перетворення вуглеводів (цукрів) в живих клітинах до кінцевих продуктів відбувається багатостадійно за участю ензимів і що для цього перетворення необхідна наявність залишку фосфорної кислоти. Ці дослідження стали початком вивчення хімічних реакцій, які лежать в основі життєдіяльності клітин, тобто реакцій проміжного метаболізму. Ганс Кребс в 1932 р. відкрив орнітиновий цикл – послідовність хімічних реакцій, завдяки яким в печінці тварин утворюється кінцевий продукт азотистого обміну – сечовина. Апогеєм його досліджень було встановлення циклу три- і дикарбонових кислот, який об’єднує окислення фактично всіх органічних речовин в живих організмах. Доповненням до робіт Г. Кребса були роботи Фріца Ліпмана, який в 1945 р. відкрив коензим А і встановив його роль в активації органічних сполук. Тоді і стало зрозумілим, як неактивна оцтова кислота та інші органічні кислоти активуються в живому організмі, щоб окислитись в циклі трикарбонових кислот. Величезну роботу зробили подружжя Герті і Карл Корі та Бернардо Усай, а також їхні учні та послідовники, зокрема Луїс Лелуар, для з᾽ясування механізму перетворення (синтезу і розщеплення) глікогену в печінці і м᾽язах. Вершиною в дослідженні цього напряму в обміні вуглеводів було встановлення Ерлом Сазерлендом у 1958 р. регуляції активності ензимів, які беруть участь у перетворенні хімічних сполук (на прикладі фосфорилази), за участю ензиму аденілатциклази і с-АМР. Відкриття с-АМР виявило один із фундаментальних принципів практично всіх процесів життєдіяльності. І завершенням досліджень метаболізму вуглеводів стали неперевершені роботи Пітера Мітчелла, наукові інтереси якого були пов’язані з вивченням спрямованості біохімічних реакцій у просторі відносно певних внутрішньоклітинних орієнтирів і створенням хеміосмотичної теорії окислювального фосфорилування, яка є основою біоенергетики.

Самоорганізація та фрактальність в метаболічних процесах циклу Кребса

В. Й. Грицай1, І. В. Мусатенко2

1Інститут теоретичної фізики ім. М. М. Боголюбова НАН України, Київ;
e-mail: vgrytsay@bitp.kiev.ua;
2Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна;
e-mail: ivmusatenko@gmail.com

У роботі за допомогою математичної моделі досліджується метаболізм у циклі Кребса. Знайдено автокаталітичні процеси, внаслідок яких відбувається самоорганізація в циклі Кребса і виникає циклічність в його динаміці. Досліджено структурно-функціональні зв’язки, які створюють синхронність авто­періодичного функціонування під час переносу електронів у дихальному ланцюзі та за окислювального фосфорилування. Досліджено умови порушення синхронізації процесів, збільшення кратності циклічності та виникнення хаотичних режимів. Одержана фазопараметрична діаграма каскаду біфуркацій, яка відображає перехід до хаотичного режиму згідно зі сценарієм Фейгенбаума. Показано фрактальну природу встановленого каскаду біфуркацій. Знайдено дивні атрактори, що утворюються завдяки формуванню складки. Одержані результати дають уявлення про структурно-функціональні зв’язки, завдяки яким відбувається самоорганізація в метаболічних процесах клітини. Побудована математична модель може бути використана для дослідження токсичного та алергічного ефектів ліків і різних речовин на метаболізм клітини.