МОДЕЛЬ НЕОБРАТИМОГО ДИНАМИЧЕСКОГО ПУТИ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ

Стегайлов В.В.

Московский физико-технический институт

Под необратимостью в кинетике понимается только «макроскопи-ческая» необратимость (константа равновесия хим. реакции очень велика и т.п.), т.е. всегда считается, что обратный процесс в принципе (на микро-уровне) возможен, напр., в других макроусловиях. Однако Виноградов [1]  на основе экспериментальных данных выдвинул гипотезу о существовании принципиально необратимых стадий в процессе гидролиза АТФ.

В работе рассмотрена простая модель [2], демонстрирующая механизм того, как случайные факторы, имеющие как теплоловую, так и квантовую природу, приводят к необратимому поведению системы, при наличии областей ветвления (развилок) на её поверхности потенциальной энергии.

 Численно рассчитывалась классическая динамика на 2-х мерной потенциальной поверхности, которая состоит из трех долин и существенно ассиметрична. На рисунке показан примертраектории, иллюстрирующий, как наличие развилки и действие случайных факторов приводят к необратимому поведению системы (черная – прямая траектория, белая – обратная). Согласно классическому описанию началь-ное состояние start всегда должно было бы совпадать с конечнымend. Тепловые и квантовые шумы в реальных системах (а в численной модели – ошибки округления) приводят к их несовпадению. Если прямой процесс есть А ® D ® B, то в этом случае обратимостью (с хим. точки зрения) можно назвать возвращение частицы в долину A при обратной реакции. Попадание системы не в D, а в C соответствует необратимой хим. реак-ции. Подавляющее преобладание необратимых траекторий над обратимы-ми возможно только при сильно ассиметричной форме области ветвления.

Поверхности потенциальной энергии более сложных систем (ферментов) заведомо содержат многообразные развилки, и это позволяет предпо-ложить, что природа необратимости химических реакций [1] аналогична рассмотренной в данной работе на примере простейшей модели.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 01-02-06384).

Литература:

1. Виноградов А.Д. Биохимия, 1999, т. 64, № 11, с. 1443–1456.

2. Норман Г.Э., Стегайлов В.В.Росс. хим. журнал, 2001, т. 45, № 2, с. 9–11.