Сегнетоактивные модели ионных каналов в биомембранах
Электронные состояния в кластерах
Сольватированные электроны в электролитах
Исследование структур и функций биологических мембран является одной из актуальных задач современной математической биофизики. Среди различных функций биомембран транспортная может быть названа важнейшей. Сегнетоактивная модель, разработанная в СКМС, позволяет качественно объяснить широкую совокупность экспериментальных данных по функционированию ионных каналов в биомембранах. Согласно современным представлениям, роль каналов в биомембранах выполняют встроенные в них белки. Так в структуре белка Na+-канала из электрической пластинки угря обнаружены четыре гомологичных домена. Каждый из них содержит пять гидрофобных и амфифильных сегментов, а также один сегмент с характерным сильным положительным зарядом (Рис.1).
Рис.1. Доменная организация первичной структуры Nа+-канала.
В этом случае считается, что ионный канал образуется при свертывании гомологичных доменов в цилиндрическую структуру. Наличие поляризации, величина которой может быть сравнима с известными значениями для сегнетоэлектрических жидких кристаллов, а также существенная нелинейность среды биомембраны вблизи проходящих здесь фазовых переходов, естественно, приводят к необходимости рассмотрения сегнетоактивных моделей ионного канала биомембраны. Разработанная в /1/, /3/ и /4/ простейшая сегнетоактивная модель канала основана на уравнении Ландау-Гинзбурга- Халатникова:
| (9.1) |  |
где a, b, g – коэффициенты термодинамического разложения Ландау-Гинзбурга-Девоншира. Решения (9.1) в виде кинка
| (9.2) |  |
где d – ширина кинка, в стационарном состоянии соответствуют случаю возникновения границы между фазами при повышении температуры из устойчивого состояния с минимумом F при Р=P1 (сегнетофаза) в устойчивое состояние с максимумом P=P2=0 (парафаза), т.е. когда в сегнетофазе возникает участок парафазы. Существенно, что существование кинкового движения межфазной границы возможно лишь в узком интервале [T*;Тc] относительно температуры Кюри-Вейсса Tc :
| (9.3) |  |
Согласно введенной сегнетоэлектрической модели, работа канала выглядит следующим образом. Наличие или появление вблизи зародившейся межфазной границы заряженного иона может привести к его “связыванию” с этой границей и последующим увлечением его внутрь мембраны к ее внутренней стороне, движущейся вдоль ионного канала межфазной границей. В результате возникает кратковременный ток. Аналогичная картина, но с обратным движением межфазной границы, будет возникать при некотором охлаждении системы, когда на внутренней поверхности мембраны будет возникать сегнетофаза, которая постепенно начнет распространяться вдоль ионного канала к внешней стороне мембраны.
Введенная сегнетоэлектрическая модель объясняет воротные токи, сингулярное поведение диэлектрической проницаемости вблизи Tc, существование границ различных фаз и др.