Модели функционирования RyR-каналов

Стохастический характер поведения RyR-каналов при стационарных условиях является основной причиной описания данного наноскопического объекта в терминах дискретных по времени однородных марковских процессов.

Простейшей моделью, описывающей стохастическую динамику RyR-канала, является так называемая модель «дыра в стене» (“Hole in the Wall”) [36], которая ограничивает всю совокупность состояний канала двумя состояниями: открытым О и закрытым С. Марковская схема данной модели имеет простейший вид: , где и – вероятности открытия и закрытия канала, соответственно. Следует отметить, что данные вероятности зависят от концентраций и , однако динамика канала представляется как процесс случайного блуждания между состояниями, которые характеризуются различными средними временами нахождения в них. Другими словами, модели, основанные на марковских схемах, являются чисто феноменологическими.

Для более подробного моделирования процессов открытия/закрытия канала применялись более сложные марковские схемы с большим количеством состояний. Состояния канала были сгруппированы в два класса по характеру проводимости: закрытые состояния и открытые . На рисунке 1.15 представлено несколько типичных модельных схем с различным количеством основных состояний канала, на базе которых проводилось моделирование [37].

Для описания всех известных эффектов, связанных с кинетическими процессами, происходящими в канале (модовая проводимость, адаптация к продолжительной стимуляции), некоторыми исследователями было введено так называемое инактивационное состояние [21, 30, 37-39]. Существование такого состояния объясняется присоединением ионов Са²⁺ к инактивационному центру RyR-канала. Пример марковской схемы с инактивационным состоянием представлен на рисунке 1.16.

Моделирование на основе марковских схем с инактивационным состоянием позволило исследователям воспроизвести результаты экспериментов по наблюдению эффектов адаптации и модовой проводимости.

Однако модели, основанные на марковских цепях, имеют ряд существенных недостатков, таких как:

· Задание предопределенного спектра возможных состояний канала. При попытке описания новых эффектов требуется серьезный пересмотр существующей модели, введение новых состояний, новых видов переходов между ними.

· Выбор спектра состояний модели недостаточно обоснован с точки зрения энергетических свойств и других физических и физиологических факторов.

С учетом всего вышеизложенного возникла потребность создания новых физически и биологически обоснованных моделей для устранения эти недостатков.