Моделирование актин-миозинового мотора скелетных мышц: влияние температуры и биохимических параметров на механику стационарных сокращений

Кинетическая схема взаимодействия миозиновых поперечных мостиков с актином, АТФ и продуктами ее гидролиза, АДФ и неорганическим фосфатом состоит из нескольких присоединенных к актину и отсоединенных от него состояний миозиновой головки и функций перехода из одного состояния в другое. Соответствующая математическая модель представляет собой систему дифференциальных уравнений первого порядка в частных производных для плотностей распределения концентраций мостиков в каждом из состояний. Цель работы состояла в создании программного продукта для расчета различных кинетических моделей мышечного сокращения, а также в разработке конкретной кинетической модели, воспроизводящей результаты экспериментальных исследований стационарных сокращений мышцы при различных значениях температуры и концентраций АТФ, АДФ и неорганического фосфата. Реализован программный модуль, позволяющий рассчитать микро- и макроскопические характеристики мышечного волокна при изометрическом сокращении в условиях полной активации и в ходе стационарного укорочения с постоянной скоростью. Разработана модель, включающая в себя семь присоединенных и три отсоединенных состояния миозинового мостика, которая представляет собой обобщение модели Ferenczi et al. (2005), предложенной ранее для описания структурных изменений в сокращающихся мышечных клетках. Расчеты воспроизводят экспериментальные зависимости динамической жесткости волокна, развиваемой им силы и скорости потребления АТФ от скорости деформации (укорочения) волокна, температуры и концентраций субстрата и продуктов гидролиза АТФ.