Электронно-конформационные свойства сложных макромолекулярных структур и эффекты влияния внешних воздействий на них тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.19 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ФИЗИКИ И ХИМИИ ПОЛИМЕРОВ

■л :

ол

- 6 [,!/;[) |Я:17

На правах рукописи

Абрукпна Юлпя Маратовна

ЭЛЕКТРОННО-КОНФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СЛОЖНЫХ МАКРОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СТРУКТУР И ЭФФЕКТЫ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА НИХ

01.04.19 — Физика полимеров

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ташкент — 1997

Работа выполнена в Институте химии и физики полимеров Академии Наук Республики Узбекистан

Научные руководители: доктор физико-математических наук, профессор

Оксенгендлер Борис Леонидович кандидат биологических наук Рубан Игорь Николаевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Кошкин Владимир Моисеевич доктор физико-математических наук Хакимов Закир Муйдинханович

Ведущая организация: Научно-Производственное Объединение "Физика Солнца"

Защита диссертации состоится "_"_1997г._

на заседании специализированного совета Д.015.24.01 в Институте химии и физик!: полимеров Академии Наук Республики Узбекистан (Ташкент, 700128, ул. А. Кодири, 7Б)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химии и физики полимеров Академии Наук Республики Узбекистан.

Автореферат разослан "_"_1997г.

Ученый секретарь Специализированного совета доктор химических наук, профессор

Уринов Э.У.

Общая характеристика работы.

Конец 60-х годов XX века ознаменовался большим интересом к аналогиям систем живой и неживой природы и, как следствие этого интереса, зарождением новой науки -бионики. Бионика - это наука о системах, функции которых копируют функции живых систем, о системах, которым присущи специфические характеристики природных систем или которые являются их аналогами [см. Л. Жерарден, 1971]. Однако проводимые аналогии между системами живой и неживой природы, будь то аналогии на макроскопическом уровне [н/р, Прохоров,1966] или же аналогии на микроскопическом уровне, преследующие цель использовать биологические материалы для микроустройств (биоголоника, нейробионика, молекулярная микроэлектроника) [Иваницкий, 1984], не затрагивали глубинные идеи, позволяющие с единых позиций рассматривать множество процессов живой и неживой природы. Между тем, в настоящее время такое единое рассмотрение вполне возможно на базе синергетики [Николис, 1979; Хакен, 1991], включающей в себя три основных фактора, характеризующих рассматриваемую систему, система должна быть достаточно сложна и состоять из большого числа подсистем; эти подсистемы нелинейно взаимодействуют друг с другом; вся система находится в условиях сильной неравновесности. В этом случае в подобной системе в соответствующих условиях возникает процесс самоорганизации, ведущий к иерархичности структур, обладающих адаптационными способностями.

Следует отметить, что макромолекулярные структуры представляют собой именно такие системы:

ВО-ПЕРВЫХ, они всегда многокомпонентны, т.е. состоят как минимум из нескольких подсистем.

ВО-ВТОРЫХ, для макромолекулярных структур чрезвычайно характерна способность к весьма широкого типа конформационным перестройкам, под которыми понимают изменение геометрии: либо локальной области, либо области, охватывающей всю длину макромолекулярной структуры.

В-ТРЕТЬИХ, в большом числе случаев исключительная сложность макромолекулярных структур как объектов исследования искупается возможностью применения к ним представлений об иерархическом строении.

В-ЧЕТВЕРТЫХ, макромолекулярные структуры одинаково широко распространены как в неживой, так и в живой природе. При этом, на современном этапе, можно провести принципиально важное разделение между реализацией макромолекулярных структур в неживой и живой природе. Суть дела состоит в том, что на протяжении долгого времени не смотря на, в принципе, близкое строение макромолекуляных структур в обоих случаях, считалось, что функционирование их происходит по двум различным законам: в случае неживой природы вполне адекватна квантовая мехг.ника, статистическая физика, электродинамика, тогда как в живой природе реализуются особые биотонические закономерности [ЕЬаБзег, 1958; Вигнер,1971.]. Однако после создания синергетики стало ясно [см. нап. Николис, 1979], что здесь имеет место "один закон, но два различных случая его реализации". Речь идет о том, что термодинамика неравновесных процессов включает в себя возможность анализа явлений как живой, так и неживой природы; отличие состоит лишь в том, что в неживой природе реализуется слабое отклонение от состояния равновесия, тогда как в живой природе все макромолекулярные структуры функционируют в условиях сильного отклонения от состояния равновесия, что приводит к процессам самоорганизации на различных уровнях сложной иерархической системы [Николис, 1979.]. Интересно отметить, что подобное представление о взаимосвязи живой и неживой природы может явиться основой для нового концептуального подхода*, где проявляются глубочайшие аналогии явлений живой и неживой природы на макромолекулярном уровне.

Из сказанного выше следует, что сложные макромолекулярные системы, обладающие целым рядом специфических свойств, могут функционировать в самых различных условиях;

*Это новое направление, которое может быть представлено как бионика нового поколения, развивается ИХФП АН РУ, руководимом член.-корр. С.Ш.Рашидовой, которой автор признательна за научно-организационную поддержку.

их иерархическое строение делает их потенциально способными реагировать на самь разнообразные воздействия самым разнообразным образом. Поэтому при анализереакци сложной макромолекулярной системы на внешние воздействия, несомненно, необходим следовать некоторому альянсу между физико-химическими подходами, в которых на первы план выделяются электронное строение этих систем и представления об иерархичности I структуры, включающие (в общем случае) необходимость учета синергетически самоорганизующихся эффектов.

В качестве наиболее сильных внешних факторов выведения макромолекулярных систе из состояния равновесия, принципиально важных как для систем живой природы, так и щ систем неживой природы, следует, несомненно, отметить роль радиации (хотя существует много других типов воздействия) и химического воздействия.

Таким образом, из всего вышесказанного следует, что АКТУАЛЬНОСТЬ даннь исследований определяется в первую очередь выбором объектов исследования макромолекулярных структур, являющихся "кирпичиками" как живой так и неживо природы, а так же состоянием этих объектов - их частичной или сильной неравновесносты в результате чего возникают обратные связи, приводящие к сннергетйческим эффекта! Указанные выше обстоятельства позволяют считать, что представляемая диссертационнг работа охватывает один из аспектов нарождающегося нового направления науки - бионик нового поколения.

Подводя итог, сформулируем ЦЕЛЬ ДАННОЙ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЬ теоретическое изучение отклика различных иерархических уровней сложны макромолекулярных структур на внешнее физико-химическое воздействие с акцентом г исследования электронного спектра макромолекулярных структур в их различно конформации.

Для реализации поставленной цели РЕШАЛИСЬ СЛЕДУЮЩИЕ ЗАДАЧИ:

-на микроскопическом уровне - исследование отклика электронного спектра длиннь квазиодномерных периодических полимерных цепей на определенный тип изменения I конформации.

- на мезоскопическом уровне - влияние радиационной 6-вспышки, происходящей клетке или органе на перестройку молекулярной структуры ДНК;

- на макроскопическом уровне - изучение синергетических эффектов на приме{ сорбционных явлениий.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА данной диссертационной работы состоит

во-первых, в получении спектров длинных квазиодномерных макромолекулярнь; цепей с различным числом петель, изменяющих топологию системы;

во-вторых, в рассмотрении механизма мутаций под действием 0-вспышк1 стимулирующей таутомерные переходы атомов водорода в молекуле ДНК;

в-третьнх. в развитии феноменологического метода функции памяти асимптотическом приближении для описания синергетических эффектов сложны макромолекулярных структур и его апробации на примере немонотонной сорбции влаг семенем хлопчатника.

НАУЧНАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ данной диссертации связана возможностью идентификации изменения электронного спектра длинных цепей при н петлеобразовании, а также с введением метода функции памяти для описания синергетически эффектов в некоторых макромолекулярных системах.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. При образовании петель(а также дефектов) различного типа на длинны квазиодномерных макромолекулах образуются локальные электронные состояни универсального типа, которые изменяют реакционную способность этих макромолекул, чт показано на основе метода функции Грина.

2. Радиационная 8-вспышка способна стимулировать изменение таутомерных фор пар оснований ДНК, что является исходным этапом в мутационных процессах по механизм

водородного ключа Левднна-Уотсона-Крика.

3. Метод функции памяти в ассимптотическом приближении является адекватным способом анализа синергетических режимов немонотонной сорбции сложными макромолекулярными структурами, что показано на примере немонотонной сорбции влаги семенем хлопчатника.

Доля личного участия автора высока как в постановке задачи, так и в проведении всех расчетов, а также в формулировке научных выводов из полученных результатов.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы также были представлены на ряде республиканских и международных форумах, по результатам которых опубликованы тезисы:

1.12 Конференция молодых ученых ИХФП РУ, Ташкент, 1992;

2. 34th IUPAC International symposium on macromolecules, 1992;

3. Конференция молодых ученых по химии и физикевысокомолекулярных соединений, посвящ. 2-й годовщине независимости РУ и 50-летию АН РУ, ИХФП РУ, Ташкент, 1993;

4. 8-Международная конференция по радиационной физике и химии неорганических материалов, РФХ. Томск, 1993, 10-12 Ноября.

5. International Conferense on Science and Technology of Synthetic Metals, July 24-29, Seoul, Korea, 1994.

6. 16th Pecar International Conferense of Theory of Semiconductors: Session of computer modelling of the properties of the condensed matter, October 4-7, Odessa, 1994.

7.15th International Congress of Heterocyclic chemistry .Taipei, Taiwan, August 6-11,1995.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и выводов. Работа содержит 140 страниц машинописного текста, 23 рисунка и 1 таблицу. Список литературы включает 103 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы, научная новизна исследования, практическая ценность результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту, дана паспортизация диссертации.

В первой главе рассмотрены:

-макромолекулярные структуры на их различных иерархических уровнях: микроскопическом, мезоскопическом, макроскопическом;

- на микроскопическом уровне — уровень единичной макромолекулы (биологической и небиологической природы); исследование Алектронного спектра биополимеров на основе различных модельных подходов; исследование электронного спектра полимерной цепи при наличии в ней дефектов различного рода и количества, а так же при появлении на ней фантомных петель; ряд ситуаций, которые могут моделироваться квазиодномерной длинной макромолекулярной цепью с дефектами и фантомными петлями; физико-химические аспекты (в том числе внешнее воздействие), обуславливающие появление дефектов и фантомных петель на макромолекулах;

- на мезоскопическом уровне — уровень клетки или организма, а именно появление точечных мутаций и мутаций рамки при радиационном воздействии; механизм Уотсона-Крика и Левдина образования точковых мутаций и модель "электронных лужиц" (для объяснения мутации рамки);

- на макроскопическом уровне — явление немонотонной во времени сорбции макромолекулярными структурами (биологической и небиологнческой природы) и интерпретация полученных результатов.

Во второй главе рассмотрен метод, на основе которого в последующих главах ведется исследование электронного спектра квазиодномерных макромолекулярных цепочек в случаях: 1) наличия на них дефектов, 2) изменения их связности (появления фантомных петель

на них). В силу того, что в одноэлектронном приближении вся информация о системе содержится в одночастичной функции Грина, в качестве данного метода выбран метод функции Грина в приближении сильной связи.

В §2.1 рассмотрен метод функции Грина в приближении сильной связи для квазиодномерной гомоатомной макромолекулярной цепочки (бесконечно длинной или замкнутой). Записана функция Грина для идеальной квазиодномерной гомоатомной цепочки

0\г,Р-со) = 0\к,со) = у{(0 _ ет (1)

где цг к (г) - волновая функция электрона в данной идеальной цепочке.

Для случая, когда идеальная цепочка "возмущена" (появление дефектов, изменение связности системы), функция Грина "возмущенной " цепочки удовлетворяет следующему операторному уравнению

(2)

где V - разница между гамильтонианами "возмущенной" и идеальной цепочек. Функцию Грина "возмущенной" цепочки ищем в следующем виде:

Подставляя в операторное уравнение (2) функции Грина (1) и (2), получаем основное уравнение для нахождения функции Грина "возмущенной" цепочки:

С{к, д-со) = + ^ШъаУ* }, (4;

где 6кд- символ Кронекера. Матричный

элемент для каждого вида "возмущения" различен, а, следовательно, II различна функция Грина. Мы интересуемся связанными состояниями, которые существуют тогда, когда функция Грина имеет изолированный полюс следовательно, в процессе работы мы ищем изолированный полюс функции Грина.

В §2.2 рассмотрен метод функции Грина в приближении сильной связи дл; квазиодномерной двухатомной макромолекулярной цепочки. Функция Грина идеально! квазиодномерной двухатомной цепочки представлена в виде матрицы 2x2, где

а\Ат,г,со) = {ПО'„(к,ф),

к

п л ®+А

и „{к,со) =

(ю + л]А2 + А2 соь2(ка))(со - -у/А2 + А2сов2(ка))

<3°я<*,®) =

о - (О-А

0\г{к,со)=0\^к,со) =

[а + -у/Д2 + А2 соз2(м)(® - ^[^^AГco7(Jca))

А соэСка)

[со + ^А2 + А2 сов2(ка))[а)-^А2 +А 2 соэ2(ка))

)

<

Функцию Грина "возмущенной" цепочки мы так же представляем в виде матрицы 2x2, гд( Оу(Г,Г,а>) = 2>,(»")Оу(к,д-,а) (6)

Подставляя в операторное уравнение (3) функции Грина (5) и (6), получаем основно( уравнение для нахождения функции Грина "возмущенной" двухъатомной цепочки:

Ъи(к,д-,а>) =в °„(*,со)8ц °п(к ,<0)2/3„(0,д-,соУП1в +

е

в

Оп{к,Ч,(о) \1(.к,со)5ц +С аз)^0+

в

в

в

Ц)

+0°22(к,со)'£с21(д,д;о)У2к.

в

2(2

в 22 (к, ч; со) = в °22 (к, а>)31д + в °21 {к, да) „ (б ,ч; +

е

е

Матричный элемент для каждого вида "возмущения" различен, а, следовательно, и различна функция Грина.

В третьей главе рассмотрены длинные квазиодномерные макромолекулярные цепи с фантомными петлями различной топологии, рассчитаны электронные спектры данных цепей.

В §3.1 рассмотрен случай одиночной петли (рис.1). Для данного случая оператор V в уравнении (2) выглядит следующим образом:

У = ~а+Ра3

гдеризнумеруютузлыконтакта.такчто |р — — та - длина петли, — - обменный интеграл между узлами контакта;

Подставляя матричный элемент данного оператора в уравнение (4) и проделывая некоторые алгебраические преобразования, получим систему уравнений, решение которой имеет вид:

С\ц, со)~ со) - со) -1

в\д, со) -Г| - е"*» ^ со)

,

к

со)) - 1 - со) 1 -со)

4ЛГЧ * ) V V А 2Ы

к

(8)

Так как полюса X и У совпадают с полюсами функции Грина, то мы сразу получаем уравнение для энергий связанных состояний:

Переходя от суммирования к интегрированию, проделывая замену переменно!

_И<у+1)

СО —-—- при условии у ^±1 , получаем следующие алгебраические уравнения длз

нахождения энергии локальных состояний:

.у > О

(у2 -^^У+ЯС-ГГ^ХУ2 -1+5у+я(-1Г>''"+,) = 0' (10а

у <0

где 5 — . Решения уравнений (10) удобно классифицировать по четности величины т. т =2 к

гк+1

У=±У*+~-т 2к 1 п

^Уо+ё+ёУо (2к+1)

т=2к+1 У = ±У о +

ёУо

7к+г

, где у о = '

(и:

2у0+8Т8у01Ы(2к + 2)

45

Для т—>оо и £ = 1 У = ±у0 и, следовательно, со =

Таким образом расчет электронного спектра одной петли на длинно! квазиодномерной простой цепи показывает, что от потолка и дна заполненной зонь ("идеальной" цепочки) симметрично отщепляются локальные состояния, энергия (а следовательно, и глубина залегания), которых зависит от размера петли. Для случая болыши длин петель (т —> со) и, когда расстояние между атомами контакта равно расстоянию междз регулярными атомами цепи (соответственно, обменный интеграл взаимодействия междз атомами контакта равен обменному интегралу взаимодействия между регулярными атомам! цепи; (£ = 1 ), энергия локальных состояний имеет универсальную форму.

В §3^2 рассмотрен случай нескольких петель (геометрия 1) - рис.2. Для этого случа? оператор V в уравнении (2) имеет вид

К- Ах Л Ад. А t'У Ах А А А А

= ^а%а, +-±а+,ар

Подставляя матричный элемент данного оператора в уравнение (4) и проделывая некоторые алгебраические преобразования, получим систему из трех уравнений с тремя неизвестными решая которую найдем функцию Грина для данного случая. Для частного случая идентичны? петель и обменных интегралов (/, = /2 = / и т1=т2 =т) получаем следующий результат:

I

I

где X =

У = :

О(к,д-со) =0\к,со)\51а, +2~Х(1 + еаат) + ™(Г + 2)е

1. 7 ^ Ш' ж

X =Оа{^со)\е-и

Г = в°(д,со)

2 N

е -¡дра ж

(к, со)

+ е~

- 2-^е,катС\к,со)

|_ к к

к к .

—р -1<Р°

Хе'ко7тС°(к,а))+ХСЧк,а>)

*апО\к,со)\ +

+е

-1Ф

а

[2Ы

. *

Таким образом, полюса функции Грина определяются из уравнения 1У= 0, раскрывая которое получим

Переходя от суммирования к интегрированию, проделывая замену переменной

_ Щу2 +1)

со

2у

при условии у ^ ±1 , получаем алгебраические уравнения ти-той степени

I / А), решая которые при условии больших значений донны петли (т —> со) для энергий связанных состояний мы имеем следующий результат

со

= 4*1

у2 +1

2у '

Для £ = 1 С0 = ±\.22ЩА\.

Таким образом, для исследуемой геометрии двух петель (рис.2) на длинной квазиодномер ной простой цепи показано, что в общем случае энергия локальных состояний зависит от размера петель (то, и т 2) и констант связей (g ). Для частного случая, когда размеры петель равны и велики (то, = т 2 —> оо) и константы связей равны единице (что соответствует тому, что обменные интегралы взаимодействия между атомами контактов равны обменным интегралам взаимодействия между регулярными атомами цепи), от потолка и дна заполненной зоны симметрично отщепляются локальные состояния, энергия которых имеет универсальную форму.

В §3.3 рассмотрен случай нескольких петель (геометрия 2) рис.3. Для этого случа оператор у в уравнении (2) имеет вид

Проделывая математический расчет аналогичный предыдущим, для величины IV, определяющей полюса функции Грина, мы получаем уравнение для общего случая. Рассматрива: частный случай, когда обменное взаимодействие между узлами контактов одинаково и образованные петли имеют одинаковый размер: /,=/,=/ и т, = /я, = т, для больших

Таким образом, для исследуемой геометрии двух петель (рис.3) на квазиодномерно]

обменные интегралы взаимодействия между атомами контактов равны обменному интеграл взаимодействия между регулярными атомами цепи (й = 1), мы получаем два локальны состояния выше и ниже разрешенной зоны, энергия которых имеет универсальный вид. Отметим, что для данной геометрии локальные состояния оказываются несимметричным] по энергиям и, что данная геометрия двух петель оказывается энергетически менее выгодно! чем геометрия, рассматриваемая ранее (рис. 2).

В § 3.4 рассмотрен случай нескольких петель (геометрия 3) - рис.4. Для этого случа оператор у в уравнении (2) имеет вид

В связи с очень громоздкими выкладками мы рассматриваем частный случай одинакового

обменного взаимодействия между узлами контактов /, = /2 = /; и одинаковых длин петель и расстояния между ними, равного их длинам. В этом случае для энергии связанных состо

'р

янии мы получаем следующие уравнения: со —

у> 0

- т

(Х1~1)

Графический анализ последних двух уравнений и поиск их решений для случая g = 1 проводились с помощью ЭВМ, после чего для энергий связанных состояний был получен

Таким образом, исследование электронной структуры двух идентичных и больших петель на большом расстоянии друг от друга на квазиодномерной простой длинной цепи показывает, что при этом от потолка и дна запрещенной зоны симметрично отщепляются локальные состояния, энергия которых для случая, когда обменные интегралы взаимодействия между атомами контактов равны обменному интегралу взаимодействия между регулярными атомами цепи, имеет универсальную форму. Энергия этих локальных состояний совпадает с энергией локальных состояний в случае двух изолированный длинных макромолекул, содержащих по одной петле каждая; при соединении в единую систему двух одинаковых петель, находящихся на бесконечном расстоянии друг от друга, эта единая система характеризуется двумя локальными состояниями, каждое из которых двухкратно вырождено.

Резюмируется, что при образовании на квазиодномерной простой длинной цепи конформаций специального типа, а именно, одной и двух петель с различной геометрией в контакте, в запрещенных зонах возникают локализованные состояния, которые отщепляются от верхней и нижней границ зон, так что глубина отщепления оказывается зависящей от 1) размера петель, 2) констант связей и 3) геометрии контакта. В частном случае бесконечного размера петель и единичных констант связей (последнее означает, что обменные интегралы взаимодействия между атомами контактов равны обменному интегралу взаимодействия между регулярными атомами цепи) энергии локальных состояний имеют универсальный вид. Подобное изменение электронного спектра при петлеобразовании может быть основой для целого ряда специфических эффектов, в частности, притяжения петель, изменения их реакционной способности и влияния на силу трения макромолекулы самой о себя.

В четвертой главе рассмотрена электронная структура длинных квазиодномерных макромолекулярных цепей с дефектами.

В § 4.1 рассмотрен случай двух точечных дефектов на гомоатомной цепочке (рис.5). Для этого случая оператор у в уравнении (2) имеет вид V =У1а*рар +У2а*,а,> где К-разница между энергией электрона в л - состоянии в атоме примеси и энергии электрона в I -узле бездефектной цепочки, вычислив матричный элемент данного оператора и подставив его основное уравнение для нахождения функции Грина "возмущенной" одноатомной цепочки, получаем:

Проделывая математические расчеты, подобные расчетам, проделанным в главе 3, для нахождения энергии локальных состояний получаем следующее уравнение:

следующий результат

т

Переходя от суммирования к интегрированию и проделывая стандартную (см. выше) замену переменной, получаем, что энергия связанных состояний определяется уравнениями:

у >0

4У1У2(-1)2ту2

лу-1)2

у < 0

4У,У, (~1)2"У2

у

2^у

-1

И1(у2-1) АИ1(У2-1)

= 0

2 У*

+1

Лик^-О ЛИКу2-1)

2УтУ

■+1

= 0

Здесь могут быть реализованы различные случаи соотношений возмущений, обусловленных

У,

дефектами как по величине, так и по знаку. Введем новую величину 2Г; ~ ^ |, которую назовем константой связи. Рассмотрим лишь некоторые частные случаи соотношения дефектов:1) дефекты равны и по величине и по знаку [/ — У2 — У', 2) дефекты равны по величине и противоположны по знаку У1 = V = -У2.

В первом случае (У1 = У2 = У) для двух крайних ситуаций: т = 1 и т —> со имеем следующие результаты:

»2=1

> = -\А I

(2г-1)г + 1 2(2?-1) ' (2? + 1)г + 1 2(2*+1) '

2*

т ■

> = -\А\[^2 +1], г>0;

Таким образом, мы получили, что два локальных состояния вырождаются в одно, когда идентичные дефекты находятся на бесконечном расстоянии друг от друга, что соответствует наложению двух простых дефектов. Зависимость энергии локальных состояний от константы связи дня двух крайних ситуаций т = 1 и т —> со имеет вид, изображенный на рис.6. Для второго случая, когда дефекты равны по величине и противоположны по знаку (У1 — V — —У2), мы получили, что для крайних ситуаций (т = 1, т —> оо) имеются два локальных состояния, зависимость энергий которых от константы связей имеет вид, изображенный на рис.6.

В § 4.2 рассмотрен случай двухатомной цепочки с двухузельными дефектами типа

У = У,а%а1+У2а\а„ Мы рассматриваем случай, когда дефекты расположены на узлах различного рода (а и /3) (рис.7). Вычислив матричный элемент данного оператора и подставив его основное уравнение для нахождения функции Грина "возмущенной" двухатомной цепочки, проделывая ряд математических вычислений для нахождения энергии локальных состояний, получаем следующее уравнение:

1+-

У,(А+со)

^(А2-со2)(А2-со2 +А2) ^ дДл2 - ©2)(Л2 - со2 +А2)^

1--

У2(Л -со)

та+с-Р"-1)

2(Д2-со2+А2)

'А2 +2(А2 -а2) -2^(Д2 -<о2)(Д2 -со2 +А2)

Учитьшая, что »|Д|, для двух предельных случаев имеем

т = 1

а>{\'\ +V2) +A(F, -V2) IVV \A\slA2 -CO2 A*

m ->oo

i | c}(yi+V2)+A(V1-V2) VlV2

H|Va2 -¿Ö2 A1

i +

= o.

В общем случае данные уравнения оказываются достаточно сложными, поэтому для обозримости результатов были выбраны дефекты, моделируемые 1) равным по величине и противоположным по знаку возмущением (FJ = —V0 - -V2) и 2) равным по величине и

по знаку возмущением (F, = V0 = V2); расстояние между дефектами так же выбиралось двояко: дефекты находятся на соседних атомах и разнесены на бесконечность.

В первом случае \\ = —V0 = —V2, мы получили: 1) связанных состояний в щели ионности при Va < 0 не существует; 2) когда дефекты расположены на соседних узлах, причем в /-том узле (/ =2к) локализован потенциал -V0 , а в узле / +1 потенциал V0 (V0 >0), то сростом абсолютных значений V0 влияние дефектов частично компенсируется и энергия связанных состояний, начиная с определенного V0 ^ (g = 1/2) все менее отличается от невозмущенных значений энергии, исчезая окончательно при g —> °о; 3) когда расстояние между дефектами стремится к бесконечности, то происходит простое наложение спектров отдельных одноузельных дефектов [Волков, 1985.] на обоих узлах. Зависимость энергий связанных состояний от константы связи изображена на рис.8.

Во втором случае Vl = V0 = V2 мы получили, что при разнесении дефектов на бесконечное расстояние друг от друга происходит простое наложение отдельных одноузельных дефектов, по мере сближения дефектов энергетический спектр сдвигается, не изменяясь качественно. Зависимость энергии связанных состояний от константы связи для этого случая представлена на рис.9;

Как показывают результаты расчета энергетического спектра, поведение энергии локальных уровней бывает двух типов: в одном случае стандартное - отщепление от дна (потолка) разрешенной зоны с углублением по мере увеличения константы связен, другой же вариант нестандартен и уровень демонстрирует оптимальную величину при некоторой константе связи. Интересно отметить, что сближение уровней при оптимальном g (рис.8) может иметь существенное значение для задач типа псевдо-эффекта Яна-Теллера, эффективность реализации которого возрастает с увеличением выбранной константы, которая в свою очередь растет с уменьшением энергетической щели между высшей занятой и низшей свободной орбиталями дефекта. Отметим, что это обстоятельство приводит к увеличению реакционной способности локальной области по.г.лмера с дефектами (аналогично тому, как это происходило с областью петли).

Резюмируется, что, как показывает большой опыт расчетов квантово-механических задач, включая и квазиодномерные системы, дефекты на цепи изменяют ее электронный спектр. После работ Слетера и Костера [Koster, 1954] стало очевидным, что характерным является возмущение электронного спектра определенного типа: отщепление последнего уровня от разрешенной зоны сверху или снизу в зависимости от знака потенциала, т.е. от вида дефекта. Этот эффект, детально прослеженный выше в различных ситуациях для двухдефектного случая, имеет вполне определенные химические последствия: если в результате появления дефекта электронный спектр понижается (отщепление от нижнего края зоны), то система стабилизируется; если же электронный уровень поднимается, то система дестабилизируется, а в ней появляется активный донор, который может запускать цепь химических реакций путем электронного перехода. Опять же отметим здесь некоторую аналогию с увеличением реакционной способности при петлеобразовании, изменяющем связность системы.

В пятой главе изучена роль радиационного тепловыделения в образовании мутаций.

Молекула ДНК (и ген как ее информационная единица) является частью сложной генетической регуляторной системы в клетках эукариот. Поэтому молекулу ДНК нельзя рассматривать вне связи с остальными ступенями иерархической системы (геном, белки, клетка, органы, организм). На различных иерархических уровнях существуют свои факторы, снимающие или ослабляющие фенотипическое проявление мутации в молекуле ДНК. Однако сейчас не представляется возможным просчитать фенотипическую вероятность реализации мутаций молекулы ДНК, поэтому, идя от простого к сложному, мы предлагаем рассматривать мутации молекулы ДНК вне связи с факторами, ослабляющими их фенотипическое проявление. Рассмотрим один из наиболее эффективных физических мутагенов - радиацию. Существуют четыре базовых фактора радиационного воздействия [Оксенгендлер, 1990]: тепловыделение, ионизация, упругое смещение и упругие волны. Свое изучение радиационно-стимулированных мутаций мы начали с тепловыделения.

В §5.1 (описание модели) рассмотрена молекулы ДНК в жидкой среде с концентрацией у репликационных вилок в единице объема (в гомогенном приближении) в облученном объеме. Предполагается, что на эту систему воздействует поток высокоэнергетичных частиц (например, быстрых нейтронов). В качестве механизма передачи энергии от радиации к среде рассматривается механизм теплового пика (тепловой клин, 0-вспышка), согласно которому энергия первично выбитого атома за очень короткое время (Î <10 ~IS сек) перераспределяется между множеством атомов, в конечном итоге превращаясь в тепло, и может быть описана в

рамках модели теплопроводности V2!T — , где D - коэффициент термической

D (л

диффузии, T(r ,t) - температура в каждой точке г в момент времени t. В случае, когда тепловыделение Q происходит в начале координат при t — О и с начальной температурой Т0 в любой точке, решение уравнения теплопроводности в однородной среде имеет вид:

T(r,t)=TQ+-fi-

(4 nycd{Dtf ' 1

где Г - расстояние от начала координат, с - теплоемкость, d- плотность среды. Отметим, что теория теплового пика, первоначально развитая в применении к твердым телам [Дине, 1960], оперирует макроскопическими параметрами типа D и поэтому может быть естественно применена к описанию радиационных эффектов в жидких средах.

В теории тепловых пиков [Дине, 1960] выражение типа (12) применяется при исследовании процессов на расстояниях, гораздо больших характерного размера, где первоначально выделяется энергия Q; при изучении процессов, протекающих в объеме первоначального выделения энергии в выражении (12) полагают г = 0, так что всему объему приписывается температура T(r,t) = ДО,?)-

В § 5.2 произведены расчеты вероятностей образования различных таутамерных форм пар оснований молекулы ДНК при воздействии на клетку (орган) радиационной ^-вспышки. Следуя Уотсону, Крику и Левдину [Ладик, 1975.], мы отождествляем молекулярные механизмы мутаций с перераспределением атомов водорода, связывающих пары оснований аденин с тимином (AT) и гуанин с цитозином (ГЦ). При этом мы вводим отдельно для каждой из пар оснований AT и ГЦ иерархию энергетических состояний для различных таутамерных

форм оснований: EJ\ <EJi <EJз <■ --<EJ, <EJt , где j может принимать значения 1 и 2 и, соответственно, обозначать пары AT и ГЦ; »- количество таутамерных форм пар оснований, различное для каждой из пар. В иерархии энергетических состояний состояния

с энергиями EJs > EJi соответствуют метастабильным положениям атомов водорода, т.е. специфическим таутамерным формам.

Рассмотрим реплицирующую ДНК и выделим некий объем С10 вокруг ее

(Е,

' Ч - У п

\ - _ "О

расплетающегося устья (рис.10). Здесь могут быть реализованы два предельных случая: 1) ^-вспышка накрывает устье реплицирующей ДНК; 2) ^-вспышка происходит вдали от него.

Для пар оснований АТ и ГЦ вероятность реализации 5-той таутомерной формы имеет вид для каждой из пар оснований вероятность ¡У,(г,/) нормирована на единицу. Здесь

кТ) ' ( Еп V 7 — где V - скорость расилетения ДНК, зависящая от средней

температуры и рН феды, Я0 определяется формулой Г20 =47сК03 / 3 . В случае теплового пика температура определяется формулой (12).

Полную вероятность реализации 5-той таутомерной формы мы получаем проинтегрировав выражение (13) с вероятностными весами по всему объему репликона. Когда ^-вспышка накрывает устье расплетающейся ДНК, вероятность образования-той таутомерной формы

определяется выражением АУ, ,„ = с', (О, О СХР , (1 - ехрГ-О0/)У

ехр-14 4 "

Для случая, когда #-вспышка находится вне устья реплицирующей ДНК, получаем

V. - (ехр(-О0у) - ехр(-1)).

Таким образом, мы получаем, что один быстрый нейтрон (высокоэнергетичная частица), попадая в облучаемый объем и вызывая ^-вспышку, может привести к

мутациям 5-того типа с вероятностью ^, ю, = , т + ошВ приближении, когда одна высокоэнергетичная частица вызывает одну #-вспышку, можно посчитать количество индуцированных таутомерных форм пар оснований одного типа в данном объеме: т,

где V-облучаемый объем, СГ - сечен ле образован™ теплового пика, I - интегральный поток частиц, / - время облучения, Л^ - средняя концентрация атомов в единице объема облученной среды.

Резюмируется, что при радиационном воздействии на живую систему термоупругая волна, идущая из центра энерговыделения, достигает движущегося репликона, в результате чего увеличивается вероятность образования таутамерных форм пар оснований, которая закрепляется в результате расплетения двойной спирали (движением репликона). Эта модель позволяет получить вероятность образования первичных радиационных продуктов, служащих началом в длинной цепи радиационно-химических превращений, ведущих в конечном счете к точечным мутациям.

В шестой главе на примере экспериментов по колебательной сорбции воды семенами хлопчатника (результаты этих исследований суммированы на рис.11 [Рубан, 1992]), разработан феноменологический метод, позволяющий описывать синергетические эффекты немонотонной сорбции; а именно метод функции памяти, сочетающийся с ассимптотическим поведением экспериментальных кривых. Использование подобного метода существенно в случае особенно сложных объектов, о внутренней структуре которых можно говорить на

языке избыточно большого числа гипотез.

В §6.1 описание системы "семя - паровая фаза" базируется на методе "функции памяти" [Метьюз 1972], для чего записывается интегро-днфференциальное уравнение, адекватность которого изучаемой проблеме постулируется

^N,a-ß\N{r)P{x)dT, (14)

здесь N и Л,- концентрации молекул воды в семени и паровой фазе соответственно, Р(т) - некоторая "функция памяти", а и ß- параметры системы. Существенное отличие

dN Лг N

выражения (14) от обычного —^-=/V0cz--являющегося частным случаем (14) при

Р(т) ~ S(t — т) , состоит в интегральном эффекте ресорбции, учитывающем сложные

процессы, происходящие в течение времени 0<г <t- Для величины Р(т), в соответствии с асимптотическим подходом, выбираем выражение в следующем виде

Pir) =f(N0)S(t - г) + (1 -ДЛГ0))ф(г). (15)

Функ1_ц/1Я f(N0)ДОГШ-вi/мегьнад/(Лг0)= (N0I Л'0')т, где у-некоторая константа больше

нуля, N0'~ максимальная концентрация молекул воды в паровой фазе. Подставляя (15) в (14), получаем основное интегро-дифференциальное уравнение

^ = N0a-Ш^ЙШ _ (1 -f(N0))ß\N(T)(^T)dT (16)

с начальным условием N(0) = 0.

В § 6.2 получены решения основного интегро-дифференциального уравнения рассматриваемой модели и показана возможность существования различных режимов сорбции. Уравнение (14) содержит важные частные случаи, соответствующие предельным

ситуациям: случай а) N0 —> 0 и случай б) N0 —> N0'- Первый предельный случай соответствует уравнению — ~ß\N(т)Ф(т)Дт ^ решением которого является линейная

£

комбинация функций ВКБ [Мигдал А.Б., 1974] N(t) = , * e±imdl, где

k2(f) = /?Ф(0; к2 > 0- Таким образом, мы имеем чисто колебательный режим в соответствии с экспериментом (рис.11, кривая 1), причем константы С± выбираются из начальных условий, а относительно Ф(0 можно сделать вывод о ее ограниченности как сверху, так и снизу. Второй предельный случай соответствует уравнению

dN . ßN _ 2N0'a

■ = N0 а ——, решение которого имеет вид N(t) =

С

1-е''

V

. Таким

^ " О 2 ' »ууи! V II у» у - р

образом, в этом случае зависимость носит релаксационный характер, что соответствует эксперименту (рис.11, кривая 5.).

В общем случае ( 0 <ЛГ0 <Ы0") решение уравнения (16) мы ищем в виде:

N(0 = (0 +Ы2(Г) с начальными условиями ДГ,(0) = 0, =

Я"о)/» ЛЛМ,

1-е 2

f(No)ß

JJMSL

N2 (/) = e 4 z(t), где z(i), удовлетворяет

следующему уравнению:

ДГШо)/ А РАНу)!

2

/

Ф(1)е 4

(л) Л^о) I

где И\0 = /Я>(г)(1 -ДЛГ0)) -Условие А2(0 = 0 разделяет фазовую плоскость на две области Л2(0 > 0 и

< 0 , то сначала реализуетсяквазиосцилляторный режим, затем переходящий

Л2(/) <0> соответствующие решениям различного типа, которые мы ищем с помощью

метода ВКБ. При заданном в зависимости от функции памяти Ф(/) можно выделить следующие режимы кинетики сорбции:

первый режим: И2(/) > 0ПРИ любом этому соответствует квази-осциляторный режим, не содержащий релаксации;

второй режим: И2 (?) <0 при любом / , этому соответствует квази-релаксационный режим, не содержащий осцилляций;

третий режим: уравнение /г2(/) = 0 имеет один корень ( ), этому соответствуют два переходящих друг в друга режима: квазиосцилляторный и квазирелаксационный; причем,

4А2(О)

если —*--

п

в квазирелаксацию, если же —-—- > 0, то сначала реализуется квазирелаксационныи

т

режим, переходящий в квазиосцшшяционный;

четвертый режим: уравнение Л2(/) = 0 допускает множество корней, в этом случае квазиосцилляторные и квазирелаксационные режимы последовательно сменяют друг друга и система реализует свойство, которое, по-видимому, можно было бы отождествить с перемежаемостью [Николис, 1979].

С другой стороны, т.к. И2 {О является функцией как /, так и М0, то при заданной функции памяти Ф(/) с изменением //0 можно переходить от одного режима к другому.

Отметим, что в развитой теоретической схеме (14) и (15) функции Ф(/)и ДЛ^) определяются путем детального сравнения с экспериментом.

Резюмируется, мо 1). постулированное нами интегро-дифференциальное уравнение (5.1.1), использующее метод памяти в асимптотическом приближении, способно описать различные режимы сорбции от чисто колебательного до релаксационного, включая так же режимы, родственные перемежаемости, причем вид решения определяется двумя параметрами: концентрацией сорбента и функцией памяти системы; 2). несомненно большой интерес представляло бы обобщение метода функции памяти для систем, соединенных как последовательно, так и параллельно и, характеризуемых каждая своей функцией памяти. В этом случае можно было бы получить эффективную функцию памяти, описывающую систему в целом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нам кажется, что в определенной мере поставленная программа нами реализована. Конкретно по данной диссертации можно сделать СЛЕДУЮЩИЕ ВЫВОДЫ. 1. На основе метода функций Грина исследованы:

1) электронные спектры квазиоднонерных длинных макромолекул с различным числом петель, являющихся конформациями особого вида. Показано, что при этом образуются

локальные состояния, глубина которых быстро насыщается с длиной петли; данные локальные состояния изменяиют реакционную способность системы. ;

2) электронные спектры квазиодномерных длинных макромолекул с различным числом и видом дефектов. Показано, что при этом происходит отщепление последнего уровня от разрешенной зоны сверху или снизу в зависимости от знака потенциала, т.е. от вида дефекта, что имеет вполне определенные химические последствия: если в результате появления дефекта электронный спектр понижается (отщепление от нижнего края зоны), то система стабилизируется; если же электронный уровень поднимается, то система дестабилизируется, а в ней появляется активный донор, который может запускать цепь химических реакций путем электронного перехода. Отметим здесь некоторую аналогию с увеличением реакционной способности при петлеобразовании, изменяющем связность системы.

2. На основе комбинации механизма водородного ключа Левдина-Уотсона-Крика и радиационной ^-вспышки рассмотрена вероятность образования различных таутомерных форм пар ДНК, являющихся исходной точкой для включения мутационных процессов. Показано, что эта вероятность обратно пропорциональна скорости расплетения ДНК, а так же получен коэффициент радиационного усиления предмутаций, т.е. образования таутомерных форм пар оснований.

3. В ассимптотическом приближении на основе метода функции памяти на примере сорбции воды семенем хлопчатника разработан метод, способный описывать различные режимы синергетических эффектов. Показано, что могут реалнзовываться три различных режима сорбции: квазиосцилляционный, квазирелаксационный, перемежающийся, при котором два предыдущих режима переходят друг в друга.

Содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Ю.М. Абрукина, Н.Л. Воропаева, Б.Л. Оксенгендлер, И.Н. Рубан. Тепловые механизмы радиационностимулированных мутаций. Доклады Российской Академии Сельскохозяйственных Наук, 1993, №4, стр.6-8.

2. Ю.М. Абрукина, Н.Л. Воропаева, Б.Л. Оксенгендлер, С.Ш. Рашидова, И.Н. Рубан. Локализация электронных состояний при образовании петель на полимерных цепях с сопряженными связями. Узбекский физический журнал, 1994, №2, стр. 53-56.

3. Ю.М. Абрукина, Н.Л. Воропаева, Б.Л. Оксенгендлер, С.Ш. Рашидова, И.Н. Рубан. О природе колебаний в сложных молекулярных системах в неравновесных состояниях (1). Узбекский физический журнал, 1993, №2, стр. 72-75.

4. Ю.М. Абрукина, Н.Л. Воропаева, Б.Л. Оксенгендлер, С.Ш. Рашидова, И.Н. Рубан. Метод функцин Грина в квантовой химии макромолекул. Узбекский химический журнал, 1995, №1, стр.37-41.

5. Оксенгендлер, H.H. Тураев, З.Каримов, Ю.М. Абрукина. Радиационная физика низких температур. Часть II. Препринт Р-9-579, ИЯФ АН РУ, 1992.

6. J.Abrukina, N.Voropaeva, B.Oksengendler, S.Rashidova, N.Ruban. Nature of the oscillations in complex molecular systems in non-equilibrium states. Biophysics, 1995, v.40, № .3, pp. 511-514

7. J.Abrukina,B.Oksengendler, Localisation Electron States in a Simple ID chain with a Loop. JETP Letters, 1994, v.60, i.4, p.258-261.

8. Ю.М. Абрукина. Электронная структура макромолекул при их различной топологии.//

Тезисы докладов конференции молодых ученых по химии и физике высокомолекулярных соединений ИХФП АН РУз, посвящ. 2-й годовщине независимости РУз и 50-летию АН РУз, Ташкент, 1993, стр. 30.

9. J. Abrukina, N. Voropaeva, I. Ruban, S. Rashidova, B.Oksengendler. The Influence of Loops Formation on the Electronical Spectrum of Polymers. // Abstrakts International Conferense on Science and Technology of Snthetic Metals, July 24-29, Seoul, Korea,1994.

10. J.Abrukina, B.Oksengendler, S.Rashidova, A. Razumnyi, N. Nikiforova. Elektronikal spec-

trum of long qusi-lD molecular chains with loops of different topology. 15th International Congress of Heterocyclic chemistry,Taipei, Taiwan, August 6-11,1995.

11. Ю.М. Абрукина, Б.Л. Оксенгендлер, О.В. Переверзева, Д.А. Ходжаева. Роль андерсоновских локализаций в ионизационио-стимулированных атомных процессах конденсированных сред. Тезисы докладов 8-конференции по радиационной физике и химии неорганичсеских материалов РФХ-8. Ю-12 ноября, 1993 г., с.26

12. Ю.М. Абрукина, Н.Л. Воропаева. Синергетические эффекты при сорбции воды полимерными структурами. Тезисы докладов конференции молодых ученых ИХФП АНРУз. Ташкент. 1992.

Цитируемая литература:

1. Вигнер Е. Этюды о симметрии. М.: Мир. 1971. - 318 с.

2. Волков Б.А., Панкратов О.А. Электронная структура точечных дефектов в полупроводниках.// ЖЭТФ.-1985, Т.88, №1, с. 280-292

3. Дине Дж., Винйард Дж. Радиационные эффекты в твердых телах. М.: И.Л. 1960. - 244 с.

4. Ивавницкий Г.Р. Биологические микроустройсгва.// Вестник АН СССР,- 1984, №3, с.118-128.

5. Л. Жерарден. Бионика. М.: Мир. 1971-231с.

6. Ладик Я. Квантовая биохимия для химиков и биологов. М.: Мир. 1975. 256 с.

7. Метьюз Дж., Уокер Р. Математические методы физики. М.: Наука. 1972. - 392 с.

8. Мигдал А.Б. Качественные методы в квантовой теории. М.: Наука. 1972. - 336 с.

9. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: Мир. 1979. - 512 с.

10. Оксенгендлер БЛ. механизмы и топология радиационно-сгимулированных процессов в твердых телах. // Автореферат докдис. Ташкент. 1990.

11. Рубан И.Н., Воропаева Н.Л, Рашидова С.Ш., Пахаруков Ю.В. Колебательный характер поступления воды в семя.// Доклады РАСХНИЛ . - 1992. №11-12, с.21-23.

12. Прохоров А.И. Что такое бионика. М.: Знание. 1966. - 24 с.

13. Хакен Г. Информация и самоорганизация: макроскопический подход к сложным системам. М.: Мир. 1991. - 240 с.

14. Elsasser W.M. The physical foundations of biology. Pergamon Press, London. 1958.

15.Koster G.F., Slater J. Wave functions for impurity levels.// Phys. Review. - 1954, vol. 95, №5, p. 1167 - 1173.

Рис. 2. Равносвязанная гомоатомная квазиодномерная цепочка с двумя петлями, изменяю-* щими ее топологию (геометрия 1)

Рис. 3. Равносвязанная гомоатомная квазиодномерная цепочка с двумя петлями, изменяющими ее топологию (геометрия 2)

Е/1А1

Рис. 6. Зависимость энергии связанных состояний от константы связей.

Рис. 4. Равносвязанная гомоатомная квазиодномерная цепочка с двумя петлями, изменяющими ее топологию (геометрия 3)

Рис. 5. Равносвязанная гомоатомная квазиодномерная цепочка с с дефектами, локализо-

Рис. 7. Квазиодномерная "дефектная" двухатомная цепочка. Дефекты локализованы в узлах "Ь" и "8".

21

- Е(д) при т=1

- Е(д) при т-»*

5 ¿Г ' ' ' !■ '

!■ 4 ' . 4 'А

.. ;

Рис. 8. Зависимость энергии связанных состояний от константы связей.

2|Л|

е

Я,''у'

1 -д ' .У '' "v .г

; , .. ■. щжташ:® 5 4 ' ' ■■ ■■< .-ш ййщйш

- Е(д) при У-У-У, при т«1 и у>0

• Е(д) при у=у=у при т—>-л и у>0 ■■ Е(д) при у=У=Л/,тгри т=1 и у>0

- Е(д) при у-у--у при т-юс и у>0

Рис. 9. Зависимость энергии связанных состояний от константы связей.

Рис. 11. Сорбция воды семенами хлопчатника при различной влажности среды: 1-20%, 2-40%, 3-60%, 4-80%, 5-100%

Рис. 10. Схема воздействия тепловых волн (1), генерируемых (2) на реакционный объем £20в области устья ДНК (г - расстояние между центрами энерговыделения реакционного объема, при г<О0т энергетический каскад находится внутри реакционного объема).

к;иск;ача маъноси

АБРУКИНА ЮЛИЯ МАРАТОВНА МУРАККАБ МАКРОМОЛЕКУЛЯР СТРУКТУРАЛАРНИНГ ЭЛЕКТРОН-КОНФОРМАЦИОН ХОССАЛАРИ ВА УЛАРГА ТАПЩИ ТАЪСИРЛАНИШНИ ТАЪСИР ЭТИШ ЭФФЕКТЛАРИ.

Диссертация ишида иерархии тузилишга эга булган мураккаб макромолекуляр сгруктураларга радиацион-кимевий таъсирнинг баъзи бир аспектлари куриб чшршган. Тскширилаетган объектларга мое равишда иерархик булиниш 1$уйидагиларни уз ичига олади:

- микроскопии даража - узун квази бир улчамли даврий полимер занжирлар;

- мезоскопик даража - ДНК молскуласини репликацияловчисига (булакловчисига) эга ^ужайра;

- макроскопик даража - ^амма объект бутунлигича (конкрет з^олатда - пахта уругини сув сорбцияси).

Узун занжирларга радиацон ва кимевий таъсир этишни тскширишда уларда махсус конформация тури - сиртмоц з^осил булиш урганилди. Грин функцияси метода асосида узун квази бир улчамли макромолекулаларда >^ар хил типдаги сиртмо^лар з^осил булишида, бу макромолекулаларнинг реакцион кобилиятини узгартирувчи, универсаль типидаги локал электрон г^олат вужудга келади.

Рсплицирияловчи ДНКли ^ужайрага радиация таъсирини урганишда янги таутамер шаклларни пайдо булиши куриб чи^'илди. Радиацион 0-уч^ун билан генерация этиш туфайли хосил булган исси^лик тул^ини радиацион таъсир этувчи сифатида »¡аралди. Радиацион 9-уч1$ун ДНК асосининг жутфтини таутамер шакллар1ши узгаришини стимуляциялаш ^обилиятига эга булиб, бу Левдин-У отсон-Крикнинг водород калитли механизми буйича мутацион жараенларнинг дастлабки даври эканлиги курсатилган.

Молекуляр структура даражасида синергетик эффектларни урганиш асосан гуза у;.утни сув билан монотон сорбция эффекта мисолида с, ли б борилди. Шу ма^сад учун ассимптотик я1$инлашишда хотира функцияси (монотонсиз сорбцияга нисбатон кенгро^ и^лланиш спектрига эга) метода ишлаб чикилди. Ассимптотик яи^снлашишдаги хотира функцияси метода макромолекуляр структуралар билан монотонсиз сорбцияланишни синергетик режимларини анализи адекват усулдир.

Таъкидлаймизки, иерархик булинишнинг маълум даражада шартли равишда кулланишига ^арамасдан, бир изланиш з^ажмида макромолекуляр таъсир этишни анализи усиб келаетгаи фан - янги авлод бионикаси учун намунадир.

ABSTRACT ABRUKINA YULIA MARATOVNA

ELECTRONICS - CONFORMATION PROPORTIES OF COMPOSITIONAL MACROMOLECULAR STRUCRURES AND EFFECTS OF INFLUENCES OF EXTERNAL AFFECTS ON THEM.

Some aspects of impact of radiation-chemical influence on the complicated macromolecule structure were examine in this thesis. Applying to the researching field such hierarchical structures include:

micro level — long quasi-lD periodical polymer chains; mezzo level — biological cell containing replicated DNA;

macro level — the whole object in general (for example — the water sorbtion of cotton seeds).

The special type of conformations — loops on the long polymer chains — was researched on the base of Green functions. It was shown that the local electronic states are obtained and change the reaction ability of the long quasi-ID macromolecule in case of appearing different type of loops on such macromolecules.

The appearing of the new tautomerical forms considers in researching radiation influence on the cell with replical DNA. The heat waves generated by G-flash were examined as the type of radiation influence. It was shown that radiation G-flash in able to stimulate the change of tautomerical forms of DNA base pairs, which are the fundamental step in mutation processes on the mechanism of hydrogen key of Levdin-Watson-Crik.

Researching the synergetic effects on the level of macromolecule structures in general was done on the example of the water soibtion of cotton seeds effect. For this task it was developed the method of memory function (which has mere wide usage than only non-monotonic sorbtion) in asymptotic correlation. It was shown that memory function in asymptotic correlation is the adequate way in analyses of synergetic regimes of non-monotonic sorbtions by macromolecular structures.

Noting, in spite of the fact of relative hierarchical dividing, analyse of radiation-chemical influence on different macromolecule structures within limits of one research is an example of approach of the burning science — bionic of new generation.