Описание программного комплекса

Для численных экспериментов на базе модели высвобождающей единицы с интегрированной в нее ЭК моделью динамики RyR-каналов были разработаны алгоритмы, позволяющие производить расчет при различных условиях экспериментов и различных наборах параметров. Эти алгоритмы реализованы в виде комплекса программ, состоящего из двух частей. Первая часть является расчетно-демонстрационной, вторая предназначена для обработки результатов численных экспериментов.

Первая часть представляет собой вычислительную систему, ядро которой реализовано в программной среде Borland C++ Builder 6 (рис. 2.16) и является большим программным комплексом с удобными для пользователя интерфейсом и аппаратом управления моделируемыми процессами.

Особенностью, разработанного в данной диссертационной работе, программного комплекса является его многозадачность. Этот комплекс называется ReleaseUnit.exe и при определенном выборе опций в программе позволяет независимо проводить следующие эксперименты:

· Моделирование динамики статистического ансамбля изолированных RyR-каналов (9х9) при фиксированном уровне Са²⁺ в рамках ЭК теории.

При проведении данного типа экспериментов в программе исследуются кинетические характеристики RyR-каналов при различных параметрах ЭК-модели. В программе осуществляется усреднение по ансамблю таких кинетических характеристик, как вероятность пребывания канала в открытом состоянии, времена пребывания в открытом и закрытом состояниях и др.

· Моделирование динамики кластера взаимодействующих RyR-каналов (9х9) при фиксированном уровне Са²⁺ в рамках ЭК теории.

В данном классе экспериментов исследуется влияние взаимодействия между RyR-каналами на кинетические характеристики всего кластера.

· Моделирование динамики ионов Са²⁺ между компартментами высвобождающей единицы, включая влияние соответствующих буферов, в рамках модели ВЕ с учетом стохастической динамики кластера RyR-каналов.

Частично обработка и аппроксимации результатов экспериментов проводились во второй части комплекса программ, реализованных в системе Wolfram Mathematica 5.0-8.0 (рис. 2.17), пакете символьной математики с огромными возможностями вычислений и обработки данных.

Первичный параметрический анализ модели и апробация численных методов для оптимального решения уравнений модели проводились в данной среде. Однако в связи с большими затратами времени для расчетов среда Wolfram Mathematica не удовлетворяла потребностям при решении поставленных задач при проведении длительных экспериментов (10-15 мин для 20000 итераций для каждого набора параметров модели).

Программный комплекс включает в себя более десяти программ, позволяющих решить задачи численного моделирования и обработать результаты экспериментов.

Заключение

Дан краткий обзор электронно-конформационной модели RyR-канала, предложенной ранее в работах [A2, A3, 93, 94].

В развитие модели дан детальный анализ различных параметров и факторов, влияющих на динамику канала, таких как концентрация Са²⁺ в cis и trans-частях вблизи канала и кооперативная динамика кластера RyR-каналов.

Впервые в ЭК-модели предложено введение инактивационного состояния, соответствующего взаимодействию ионов Са²⁺ с инактивационными центрами RyR-канала.

Впервые в рамках электронно-конформационной теории предложена модель взаимодействия ионов Са²⁺ с активационным центром RyR-канала, учитывающая вероятности заполнения мест присоединения активационного центра ионами Са²⁺.

Дана детализация модели туннельных переходов, включающая введение «зоны разрешенного туннельного перехода» вблизи минимума конформационного потенциала RyR-канала.

ЭК-модель кластера RyR-каналов объединена с моделью Са²⁺-высвобождающей единицы с целью детального изучения работы внутренних Са²⁺-«часов» в клетках водителя сердечного ритма на макромолекулярном уровне.

Разработан многоцелевой компьютерный комплекс, реализующий алгоритмы численного решения уравнений электронно-конформационной модели, на базе которого проводились серии экспериментов, результаты которых представлены в главах 3 и 4 данной работы.