3.2. Формулировка правил описания трансмембранного ионного тока в рамках предложенной модели

Как уже отмечалось в предыдущем разделе, пошагово реконструированные траектории движения для отдельных частиц в рассматриваемой системе служат источниками для получения значений трансмембранных токов. Сущность этого процесса вполне очевидна, однако для описания ионного тока через белковый мембранный канал необходимо исходно учесть ряд предположений, основанных на биологической природе объекта. Прежде всего, рассматриваемый в модели участок мембраны включает в себя только один интегральный мембранный белок, образующий ионный канал. Это предположение весьма логично, поскольку с физической точки зрения моделируемый объект (белковый канал) во много раз превосходит размеры отдельных ионов и поэтому всегда (или практически всегда) можно таким образом ограничить размеры модельной системы, что внутри нее локализуется лишь один белок. Следует отметить, что в компартментах, разделенных мембраной, присутствуют ионы разных знаков, полученные в результате диссоциации некоторого химического соединения. Таких ионов может быть несколько видов и, строго говоря, важно лишь точное указание, какие именно соединения присутствуют. Общее их количество и вид в силу ограниченности области существенного значения не имеют, хотя количество ионов в компартментах зависит от их размера и концентрации, предполагаемых в системе химических соединений. Еще одно важное замечание заключается в том, что расчет значений ионных токов производится в интервале времени, соответствующему открытому состоянию белкового канала. В разделе 3.5. будет приведен алгоритм, описывающий возможное открытие канала на примере рецептора канального типа после присоединения агониста.

В условии соблюдения приведенных выше условий схематическое изображение моделируемой биологической системы может быть отображено так, как это представлено на Рис. 3. Фактически каждая область, примыкающая к компартменту, представляет собой непроницаемую для частиц среду. В этом существует, конечно, некоторое преувеличение, однако в условиях открытого канала, который во многом соответствует гидрофильной поре внутри некоторой гидрофобной фазы, такое сравнение вполне применимо.

На основе доступных, на сегодняшний день экспериментальных данных геометрия большинства ионных каналов может быть описана с помощью двух вестибюлей, соединенных узким районом. В каждом конкретном случае геометрия вестибюлей может быть разная, но достаточно хорошими типами приближений являются коническая и цилиндрическая геометрии. При этом фиксированные заряды могут размещаться с внутренней полости канала Схематичное изображение подобных моделируемых систем представлено на Рис. 4. Все параметры, описывающие геометрию такой системы, могут быть получены из анализа структуры соответствующих частей мембранных белков. Примечательно, что на рисунке представлены только два заряженных кольца аминокислотных остатков, в то время как их количество не ограничено. То же самое можно сказать и о величине расположенных на них зарядов. Если подобные данные известны, то величина заряда может быть указана с учетом возможного экранирования.

В рамках постулированных условий и сформулированной физической модели трансмембранный ток ионов будет формироваться за счет периодического попадания в канал различных частиц. Фактически величина тока будет составлять произведение числа событий на перенесенный заряд отнесенное ко времени наблюдения. Причем достаточно очевидно, что для сравнения с измерительным экспериментом необходимо использовать относительно большие интервалы времени, поскольку в. малых интервалах будут наблюдаться большие флуктуации, обусловленные стохастическим характером движения частиц. Тем не менее, предложенная в работе физическая модель позволяет оценивать перемещение частиц в любом интересующем исследователя диапазоне.

Примечательно, что суммарный ток будет складываться из различных процессов: переходов частиц различного заряда из одного компартмента в другой и наоборот. При этом существует возможность селективно подсчитывать различные события (например, ток, обусловленный ионами только одного вида) и анализировать их отдельно или совместно.. В целом именно такой подход к последовательному представлению элементарных перемещений позволяет не только отслеживать «судьбу» частиц в системе, но и проводить компьютерные эксперименты,

I II III

о о о °о о о е А		в о
О Л М \ _ о ^^—__ // л ° л о 0
о ® е о ° ° о	г	о о

Рис. 3. Участок мембраны с рецептором (область II), разделяющий компартмеиты I и III с различной концентрацией химических соединений, рассматриваемых в ходе моделирования.w

"mem < ►w,„

Рис. 4. Схема геометрической аппроксимации ионного канала для геометрий А) с цилиндрическим вестибюлем, Б) с коническим вестибюлем. w_m — толщина мембраны; d_ch — диаметр узкого района; d¡„, d_out - диаметры внутренней и внешней воронок; I_in, I_out — глубина внутренней и внешней воронок; h¡_n, h_out — высота внутренней и внешней внемембранных частей канала; w_rec - общая длинна канала; d_rec -общий диаметр канала.

r* >

описывающие виртуальные события во временной развертке реального масштаба. В следующем разделе более подробно будет представлена методика проведения подобного эксперимента.