|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Разработка математических моделей для анализа функционального состояния фотосинтетического аппарата растений и водорослей по данным оптических измерений для экологического мониторингастатья
- Авторы: Хрущев С.С., Плюснина Т.Ю., Ризниченко Г.Ю., Рубин А.Б.
- Сборник: X Съезд Российского фотобиологического общества. Конференция «Современные проблемы фотобиологии». Материалы съезда
- Год издания: 2023
- Место издания: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук» Пущино
- Первая страница: 283
- Последняя страница: 284
- Аннотация: Современные представления о строении и функционировании фотосинтетического аппарата (ФСА) позволяют создавать чрезвычайно сложные математические модели, позволяющие детально воспроизвести наблюдаемые в экспериментах явления и предсказать, как изменение параметров отдельных реакций скажется на процессе в целом. Такие модели позволяют понять биофизические механизмы, лежащие в основе функционирования ФСА. Однако для решения как фундаментальных, так и прикладных задач, связанных с экологическим мониторингом, необходимо решение обратной задачи – на основании экспериментальных данных определить параметры происходящих в ФСА процессов. Детальные математические модели оказываются не слишком эффективными в решении обратной задачи, так как число параметров таких моделей велико, и изменение разных параметров зачастую может приводить к сходным изменениям наблюдаемых в эксперименте сигналов. В этом смысле для решения обратной задачи гораздо удобнее применять упрощенную модель, учитывающую лишь небольшое число ключевых для динамики ФСА процессов. Однако использование изначально простых моделей вызывает вопросы: все ли значимые процессы учитываются? Можно ли отнести константы скорости модели к конкретным процессам?Нами предложен оригинальный математический подход, позволяющий на основе имеющейся в биологической системе иерархии характерных времен провести редукцию детальной модели для получения такой упрощенной модели, которая будет оптимальной для однозначной идентификации параметров по экспериментальным данным. Применение этого подхода для создания интегральной модели фотосинтетической электрон-транспортной цепи позволяет существенно уменьшить число уравнений модели. «Медленные» переменные, описывающие динамику редокс-состояния подвижных переносчиков электрона, в интегральной модели рассматриваются как дополнительные параметры, определяющие состояние трансмембранных комплексов – фотосистем I и II, цитохромного b6f комплекса, и др. Это позволяет описать функционирование этих комплексов в терминах «функций отклика», характеризующих зависимость квазистационарной скорости потока электронов через комплекс как от параметров элементарных стадий переноса электрона внутри комплекса, так и от параметров пулов мобильных переносчиков. Получаемая в результате интегральная модель описывается небольшим числом комбинированных параметров, численные значения которых могут быть идентифицированы по экспериментальным данным.
- Добавил в систему: Хрущев Сергей Сергеевич