Информация и сигналы в молекулярных системах

Abstract

Рассмотрена возможность описания процессов молекулярного распознавания и формирования оптического аналитического сигнала тетрапиррольными соединениями на языке логических функций и бинарных сигналов. Анализ выполнен в предположении, что источниками входных и выходных сигналов являются не одиночные молекулы, а неоднородно уширенные ансамбли тетрапиррольных молекул в конденсированной фазе. При этом полагали, что выходной сигнал всегда имеет оптическую природу, а входные сигналы могут быть оптическими, формироваться градиентами концентрации определенных субстратов в растворе, либо одновременно различных типов. Показано, что выходной сигнал флуоресценции тетрапиррольного макроцикла при одновременном взаимодействии с протонами, приводящем к формированию протонированных форм, может быть представлен как работа логического элемента «И». В зависимости от молекулярной структуры порфирина выходной сигнал может регистрироваться различными способами, для того чтобы обеспечить однозначную дифференциацию уровня сигналов логического «0» и «1». Взаимодействие дважды протонированной формы порфирина с галогенид-ионами можно также представить в виде логической операции «И», однако если уровни молекулярного входного сигнала инвертируются, то молекула порфирина работает как элемент «И» с запрещающим входом. Показано, что неоднородно уширенный ансамбль порфиринов может быть использован для передачи произвольного сигнала без искажения его формы, поскольку коэффициент передачи сигнала постоянный и не зависит от уровня выходного сигнала.