Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Երկսուբստրատ ֆերմենտային ռեակցիաների համակարգչային մոդելավորումը տարաբնույթ արգելակիչների առկայությամբ

Ազիզյան, Ռաֆայել Արմենի (2013) Երկսուբստրատ ֆերմենտային ռեակցիաների համակարգչային մոդելավորումը տարաբնույթ արգելակիչների առկայությամբ. PhD thesis, ԵՊՀ.

[img] PDF (Abstract)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (793Kb)

    Abstract

    Ферментативные реакции, протекающие в различных биологических системах, являются сложными многостадийными процессами, которые входят в важнейшие метаболические пути, обеспечивающие жизнедеятельность живых организмов. Нормальное функционирование живой клетки обусловлено взаимосвязанной и регулируемой деятельностью отдельных звеньев – ферментов, в сложной ферментативной цепочке. Деятельность подобной сложной системы находится под влиянием как внешних (температура, давление), так и внутренних (pH, ионная сила) факторов. Известно также, что в живых системах присутствует множество разнообразных низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений, которые могут взаимодействовать с ферментами, и тем самым влиять на их активность (ингибировать или активировать). Следовательно, с точки зрения регуляции метаболических процессов, большое значение имеют исследования влияния подобных соединений на функционирование ферментативных реакций. Наличие в биологических системах в условиях in vivo различных ингибиторов, взаимодействующих с молекулами ферментов, превращает их в многокомпонентные сложные системы, для изучения которых необходимы высокочувствительные экспериментальные методы, а также теоретические методические подходы [Рубин, 2004; Келети, 1990]. Математическое описание функционирования таких многокомпонентных систем является сложной задачей. В большинстве случаев оно основано на классической теории Михаэлиса-Ментен [Ризниченко, 2002; Варфоломеев и Гуревич, 1999]. В последние десятилетия, параллельно развитию компьютерной науки, в различных научных исследованиях широкое распространение нашло компьютерное моделирование биологических процессов, или так называемые in silico исследования, которые позволяют практически аналогичным образом воспроизвести те научные эксперименты, которые можно осуществить физическим опытом. Таким образом, используя такой подход к научным исследованиям, можно детально исследовать поведение тех процессов, которые очень сложно или даже невозможно изучить с помощью научного эксперимента [Poghosyan, Shahinyan, 2011; Di Ventura, 2006]. Կենսաբանական համակարգերում ընթացող ֆերմենտային ռեակցիաները բարդ, բազմաստիճան գործընթացներ են, որոնք մտնում են կենդանի բջջի կենսագործունեության համար կարևորագույն հանդիսացող մի շարք մետաբոլիկ ուղիների մեջ: Կինետիկական տեսանկյունից, առանձնահատուկ հետաքրքրություն են առաջացնում բազմասուբստրատ և մասնավորապես երկսուբստրատ ֆերմենտային ռեակցիաները, որոնք, ըստ էության, կազմում են բոլոր հայտնի ֆերմենտային ռեակցիաների մեծամասնությունը: Հայտնի է, որ տարբեր համակարգչային փաթեթների միջոցով համակարգչային փորձը` in silico հետազոտությունները, թույլ են տալիս հայտնաբերել հետազոտվող օբյեկտների մի շարք առանձնահատկություններ, որոնք երբեմն բավականին դժվար է լինում հայտնաբերել in vitro հետազոտություններով: Այսպես, կիրառելով համակրգչային մոդելավորման մեթոդը, նպատակ դրվեց ոսումնասիրել հաջորդական և պինգ-պոնգ մեխանիզմներով ընթացող երկսուբստրատ ֆերմենտային ռեակցիաների կինետիկան տարբեր տիպի արգելակիչների առկայության դեպքում, ինչպես նաև համեմատություն անցկացնել երկու մեխանիզմների միջև: Հաջորդական և պինգ-պոնգ մեխանիզմներով ընթացող երկսուբստրատ ֆերմենտային ռեակցիաների կինետիկայի ուսումնասիրությունը իրականացվել է դետերմինիստիկ մոդելավորման շրջանակներում, օգտագործելով «STELLA» և «Mathematica» համակարգչային փաթեթները: Ստեղծված և փորձարկված բոլոր մոդելներում օգտագործվել են ֆերմենտային ռեակցիաների կինետիկ պարամետրերի միևնույն սկզբնական արժեքները: Հարկ է նշել, որ դիտարկված բոլոր մոդելներում օգտագործվել է պայմանական ժամանակային միավոր (ՊԺՄ) հասկացությունը: ՊԺՄ գաղափարի ներմուծումը նմանատիպ ուսումնասիրություններում դիտարկվող մեծությունների դինամիկ վարքը բնութագրելու համար արդարացված է, քանի որ իրական կենսաբանական պրոցեսների, այդ թվում նաև ֆերմենտային ռեակցիաների, իրագործման ժամանակահատվածը կարող է չհամապատասխանել մոդելներում օգտագործվող ժամանակահատվածներին: Հաջորդական և պինգ-պոնգ մեխանիզմներով ընթացող երկսուբստրատ ֆերմենտային ռեակցիաների մաթեմատիկական մոդելավորումը «STELLA» դինամիկ մոդելավորման փաթեթով և «Matհematica» համակարգչային ծրագրով հանգեցնում է ռեակցիաների կինետիկայի նույնական պատկերի: Աշխատանքում հետազոտվել է ինչպես սուբստրատների ու պրոդուկտների վարքը, այնպես էլ կրկնակի և եռակի կոմպլեքսների վարքը կինետիկայի ընթացքում` արագության հաստատունների տարբեր հարաբերությունների դեպքում: Enzymatic reactions that take place in biological systems, are quite difficult and multistage processes involved in various important biochemical pathways, which are necessary to vital functionality of living cells. From the viewpoint of the study of the reaction kinetics, a bisubstrate enzymatic reaction appears to be a very interesting case, since it represents majority of all known enzymatic reactions. It is well known, that in silico investigations, through the different software packages, allow to find such features of objects under consideration, which are whether impossible to determine via physical experiments, i.e. via in vitro studies, or require quite valuable methodologies and technics. Therefore, the investigation of the bisubstrate enzymatic reactions with sequential and ping-pong mechanisms in the presence of various types of inhibitors using mathematical modeling approach, as well as comperative analysis of the results of simulations have been targeted. Study of bisubstrate enzymatic reactions with sequential and ping-pong mechanisms have been carried out in the framework of deterministic models, through using «STELLA» dynamic modeling package and «Mathematica» software. In all constructed and then tested models the same values of initial kinetic parameters were applied. It should be mentioned, that in all considered models, during the simulations, the concept of conditional time units was used. Introducing the concept of conditional time units to describe dynamic behaviour of studied parameters in such investigations is justified, due to the fact that the duration of real biological processes, including enzymatic reactions, does not coincide with time units in the models. The simulations of the constructed models of bisubstrate enzymatic reactions with sequential and ping-pong mechanisms by «Mathematica» and «STELLA» software packages leads to identical picture of kinetics. The behavior of binary and ternary complexes and product release before steady-state at the different ratios of rate constants has been investigated. Simulations of bisubstrate enzymatic reactions show, that even at the ten times diffrence between local rate constants, the release of product for sequential mechanism is directly proportional to k3 catalytic rate constant, while for the ping-pong mechanism it is directly proportional to both, k3 and k' catalytic rate constants.

    Item Type: Thesis (PhD)
    Additional Information: Երկսուբստրատ ֆերմենտային ռեակցիաների համակարգչային մոդելավորումը տարաբնույթ արգելակիչների առկայությամբ: Computer based modeling of bi-substrate enzymatic reactions in the presence of various types of inhibitors.
    Uncontrolled Keywords: Ազիզյան Ռաֆայել Արմենի, Azizyan Rafayel
    Subjects: Biology
    Divisions: UNSPECIFIED
    Depositing User: NLA Circ. Dpt.
    Date Deposited: 19 Dec 2016 16:52
    Last Modified: 19 Dec 2016 16:52
    URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/3915

    Actions (login required)

    View Item