Секвентальный механизм: Секвентальная коробка передач: устройство, преимущества и мифы

Содержание

Секвентальная коробка передач: устройство, преимущества и мифы

В обзоре на самый динамичный дорожный автомобиль от Lotus, представленный в конце июня 2015 года в Гудвуде, вы могли обратить внимание на наличие секвентальной коробки переключения передач, которая уже давно стала неотъемлемым атрибутом спорт- и суперкаров. Поскольку некоторые каракумники заинтересовались устройством и особенностями данного типа КПП, я расскажу вам о ней. Секвентальная КПП отличается возможностью только последовательного переключения между передачами. Иными словами, водитель может перейти только на одну передачу выше либо ниже используемой, не перескакивая через остальные, как это можно сделать в классической механической КПП с поисковым принципом переключения. Предлагаю более подробно ознакомится с этим типом коробок переключения и развеять пару заблуждений, связанных с секвентальными КПП.

Принцип работы секвентальной КПП
Как мы уже выяснили, передачи этого типа трансмиссии переключаются только поочерёдно, в строго заданной последовательности. И поскольку секвентальная КПП построена на базе механической, мы будем делать отсылки по принципу работы именно к МКПП.

Во-первых, для секвентальной КПП характерно отсутствие педали сцепления, что в первую очередь обрадует не умудренных опытом водителей. Это сильно облегчает управление автомобилем, ведь постоянные танцы левой ногой на педали сцепления, прямо скажем — дело на любителя. Сцеплением управляет не водитель, а электронный блок, который получает сигнал от сенсоров, считывающих нажатие на педаль газа и непосредственно включение конкретной передачи. Как говорится, дело техники. Когда коробка получает команду от электронного блока, с помощью специальных датчиков в прогрессивный блок передаётся новый сигнал об используемой скорости автомобиля. Прогрессивный блок является последней инстанцией, где корректируется скоростной режим на основе различных показателей: начиная от оборотов двигателя и заканчивая работой кондиционера.
Видео, демонстрирующее работу секвентальной коробки передач. Как стремительно переключаются скорости!

Во-вторых, в секвентальной КПП используются прямозубые шестерни. Они выдают больший коэффициент полезного действия, если сравнивать с косозубыми из МКПП. Это вызвано тем, что косозубые шестерни имеют больше потерь на трение. Но и крутящий момент прямозубые шестерни способны передавать меньший, поэтому в секвентальных КПП часто используют шестерни бОльшего размера для компенсации этого недостатка.

И наконец, третьей отличительной чертой секвентальной трансмиссии является наличие гидравлических сервоприводов, с помощью которых происходит переключение между передачами. В настоящее время гидравлические сервоприводы часто ассоциируют с роботизированной КПП, но это не так. В последней используются электрические.
Об одном из вариантов исполнения секвентальной коробки рассказывает в своём видео Евгений Травников:

Преимущества и недостатки секвентальной КПП
Теперь, когда мы имеем представление о принципе работы упомянутой трансмиссии, давайте разберёмся, чего же стоит от неё ожидать.

Преимущества:
1. Высокая скорость и удобство переключения между передачами. Благодаря наличию электронного блока управления и гидравлического механизма, временные затраты на переключение сокращаются до 150 миллисекунд, что играет весомую роль в профессиональном автоспорте. Более шустрым переключением передач не могут похвастаться ни одна из классических трансмиссий, причём как механических, так и автоматических. Кроме того, с секвентальной КПП вы не будете судорожно пытаться попасть в нужную скорость, мчась из всех лошадиных сил по кольцу, когда удержать автомобиль на правильной траектории мешает высокая нагрузка и тряска с вибрацией.

2. Нет потери скорости при переключении.

3. Экономичный расход топлива.
Последние два пункта являются скорее последствием первого, однако мы не можем не учесть этого, отдавая должное секвентальной КПП.

4. Возможность переключения подрулевыми лепестками. Да, эта технология, так полюбившаяся настоящим гонщикам, открылась благодаря секвентальному механизму переключения.
Кстати, геймерам этот механизм тоже полюбился. Некоторые даже сами берутся разрабатывать такие коробки =)

Пятым преимуществом можно было бы назвать выбор между двумя режимами –автоматическим и ручным переключением передач (так называемый спорт-режим). Но эта особенность характерна для автоматических КПП. А так как секвентальная трансмиссия может существовать самостоятельно, оставим это преимущество отдельным видам автоматических КПП.

Недостатки:
1. Неустойчивость к высоким нагрузкам и износу. Здесь речь идёт не только о тех нагрузках, которые испытывает коробка болидов Формулы 1 на гоночной трассе, но и о нагрузках, которые может испытывать гидравлический механизм при неправильном переключении на гражданских автомобилях. Как бы ни было просто переключать передачи на секвентальной КПП, делать это нужно своевременно. Агрегаты этой трансмиссии довольно чувствительны и быстро изнашиваются из-за особенностей конструкции. Ведь чем сложнее механизм, тем больше вероятность его поломки.

2. Дороговизна в обслуживании. Собственно, здесь тоже можно сослаться на конструктивные особенности секвентальной КПП, и без лишних комментариев.

Заблуждения и мифы, связанные с секвентальной КПП
1. Секвентальная КПП и роботизированная КПП – одно и то же.
Отнюдь, это не так. Несмотря на схожий принцип работы, в роботизированной КПП как минимум используются электрические сервоприводы для переключения между передачами. А в секвентальной КПП – гидравлические.

2. Секвентальная и автоматическая КПП неразлучны.
Ещё одно заблуждение, вызванное широким распространением автоматических КПП в паре со «спорт-режимом». Однако стоит вспомнить о КПП, используемых в автоспорте, и всё встаёт на свои места. Секвентальная КПП может существовать отдельно от автоматической трансмиссии.

3. Секвентальный механизм устанавливается только на болиды и другие спорткары, вместе с кулачковой коробкой.
Несомненно, дуэт этих двух технологий даёт огромное преимущество на трассе, но уже не один десяток лет секвентальная КПП используется на серийных авто, предназначенных для общественных дорог.

Применение секвентальной КПП

В настоящее время секвентальный механизм широко используется и даже успел стать классикой для некоторых мотоциклов и автомобилей. Например, этот тип трансмиссии характерен для старенького мотоцикла Минск – М1М. Но более популярным применением этой технологии прославились модели КПП SMG, устанавливаемые на автомобили BMW с 1996 года.

SMG 1 и SMG 2 длительное время устанавливались на BMW 3 серии.
Минутка ностальгии или как это было:

1-Световой индикатор переключения на повышенную передачу; 2-Индикатор включения передачи и программы;

3-Рычаг управления; 4-Индикатор положения рычага управления (в центральной консоли); 5-Переключатель программ движения (в центральной консоли).

Основные компоненты первого поколения SMG изображены на рисунке:

1 ЭБУ системы SMG; 2 ЭБУ системы ABS; 3 Индикатор включенной передачи и программы (в тахометре); 4 ЭБУ индикатора включенной передачи и программы
5 Переключатель программы движения (в центральной консоли); 6 Индикатор положения рычага управления (в центральной консоли); 7 Шестиступенчатая коробка передач SMG с исполнительным узлом; 8 Кронштейн механизма переключения передач SMG; 9 Приводной насос; 10 Исполнительный цилиндр гидропривода сцепления; 11 Сцепление; 12 Гидравлический блок; 13 Бачок главного цилиндра; 14 ЭБУ системы DME*
Сейчас SMG выпускается уже в третьем поколении и с 2005 года устанавливается на BMW E60 M5.

Если вам понравилась статья и вы хотите еще больше узнать об устройстве автомобилей, присоединяйтесь к нашему сообществу TECH. У нас интересно и полезно!

Подпишись на наш Telegram-канал

Как это работает: секвентальная коробка передач

Эволюция механической коробки передач привела к изобретению целого ряда типов трансмиссий, которые в той или иной мере упрощали водителю управление автомобилем. Важным шагом в этом плане стало изобретение автоматической коробки передач, которая впоследствии трансформировалась и совершенствовалась, позволяя водителю вообще не задумываться о том, когда и как нужно переключиться на нужную передачу. Но и механическая трансмиссия не осталась без внимания инженеров – ее тоже постоянно модернизировали и модифицировали, изобретая все новые и новые механизмы переключения передач. Одним из результатов таких изысканий стала секвентальная коробка передач – трансмиссия, отличающаяся тем, что ее передачи можно включать только в строгой последовательности: вверх для повышения передачи, вниз – для понижения.

Секвентальная коробка передач

Принцип работы секвентальной трансмиссии

Этот тип КПП построен на базе обычной механической трансмиссии. Ее основное отличие заключается в том, что вместо косозубых здесь стоят прямозубые шестерни, отсутствует педаль сцепления (эту роль выполняет электронный блок управления), а передачи в этой коробке переключаются при помощи гидравлического механизма. Это в значительной мере (до 150 миллисекунд) сокращает скорость переключения, что наиболее важно для спортивных автомобилей, на которых, кстати, секвентальная КПП устанавливается наиболее часто. Так, именно коробка передач с секвентальным механизмом монтируется на гоночные болиды, участвующие в Формуле 1 и прочих соревнованиях подобного толка. Конструкторы поняли, что коробка передач с таким механизмом будет наиболее удобной для гонщика, ведь при езде на высокой скорости, когда автомобиль подвержен вибрации, достаточно сложно попасть в нужную передачу. А секвентальная коробка передач справляется с этой задачей на пять с плюсом.

Впрочем, уже не один десяток лет секвентальный механизм переключения передач используют и на «гражданских» машинах. В обиходе его называют «ручным» режимом и характерен он для автоматических трансмиссий.

Плюсы и минусы секвентальной коробки передач

Как и у всякого механизма, который работает под нагрузкой, у секвентальной трансмиссии есть свои особенности. К положительным сторонам этого агрегата относится отсутствие педали сцепления, что важно для водителей-новичков (если мы говорим об использовании этого типа трансмиссии на серийных автомобилях). Вторым положительным фактором селективной КПП считается скорость переключения передач, которая выше чем у классических автоматической и механической трансмиссий. Третьим плюсом этой коробки передач является экономичность – благодаря сокращенному времени переключения передач. Четвертый аспект – выбор из двух режимов переключения передач (автоматический либо механический). Для такой коробки характерно наличие подрулевых «лепестков», посредством которых водитель переключает передачи, не отрывая рук от рулевого колеса.

Есть у этой коробки и свои минусы, и кроются они в конструкции самого агрегата. Дело в том, что гидравлический механизм секвентальной КПП неустойчив к износу и при езде под большой нагрузкой склонен к частому выходу из строя. На спортивных автомобилях, где нагрузки весьма высоки, такую коробку зачастую перебирают после каждой второй гонки. Для секвентальных коробок, использующихся на серийных автомобилях (BMW M3, M5, Mercedes-Benz C-Class) характерен более высокий ресурс мощности вследствие того, что они не испытывают перегрузок, подобно гоночным автомобилям. И все же, если эксплуатировать секвентальную коробку неправильно (в ручном режиме важно чувствовать момент и вовремя переключать передачи), то и на серийном автомобиле она долго не прослужит – может выйти из строя гидравлический привод сцепления и прочие узлы и агрегаты этой трансмиссии. А ремонт секвентальной КПП – удовольствие не из дешевых.

принцип работы, её плюсы и минусы

Коробка переключения передач автомобиля является одним из самых прогрессирующих узлов транспортного средства.

За время производства автомобилей были разработаны принципиально новые системы переключения передач с отличающимися механизмами. Одним из таких устройств является секвентальная КПП.

Секвентальная коробка передач: что это такое

Понятие «секвентальная» произошло от английского слова sequence, что означает «последовательность». Передачи в такой коробке переключаются последовательно, от низшей к высшей, и наоборот. Такой принцип переключения применяется в мотоциклах, где управление происходит ногой. Действительно, управляя переключением передач ногой, трудно совершать сложные манипуляции. Поэтому выбрали простой алгоритм: перемещение рычага вверх соответствует повышению передачи, вниз – переходу на низшую передачу.

Есть еще некоторые транспортные средства, где традиционно применяется секвентальная КПП, военная техника (самоходные артиллерийские машины, танки). В них есть своя специфика. Во-первых, ими управляют неквалифицированные водители. Во-вторых, осуществляется быстрый переход на повышенную передачу с минимальными «провалами» по мощности во время переключения. Второе качество (практическое отсутствие провалов по мощности и скорости) обуславливает применение секвентальной передачи в скоростных спортивных болидах.

Видео — что значит секвентальная коробка передач на гоночном автомобиле Пежо 208:

Принцип работы секвентальной коробки передач

Конструкция секвентальной КПП по внешнему виду мало отличается от традиционной механической коробки передач.

Если рассмотреть поближе шестеренчатый механизм, можно сразу заметить, что зубья расположены строго перпендикулярны боковой поверхности шестерни.

Это необходимо, чтобы обеспечить их прямолинейное перемещение во время переключения.

С одной стороны, прямозубые шестерни имеют меньшее трение, чем косогубые за счет полного соответствия поверхностей. С другой стороны, косогубые шестерни в механической коробке предназначены для увеличения крутящего момента, который выдерживает шестеренчатая передача. Поэтому во многие секвентальные коробки устанавливают шестерни увеличенных размеров по ширине. Тем самым усиливается конструкция зубьев и их прочность.

Конструкция секвентальной коробки переключения передач позволяет довольно просто организовать автоматическое переключение режимов. Различают следующие секвентальные КПП:

с обычной механической системой переключения передач;
со спортивной системой переключения;
с автоматизированной системой переключения.

Для увеличения скорости переключения применяются гидравлика. С помощью гидравлических сервоприводов время на переключение минимальное. Во время активации перехода на другую передачу наполняется гидроаккумулятор, что способствует созданию давления в гидравлической системе. Время переключения передачи составляет десятую долю секунды. Этот решающий факт определяет применение секвентальной КПП в спортивных автомобилях. Часто органы управления КПП выносят в область рулевой колонки, что еще больше упрощает управление режимами.

Чем она отличается от роботизированной

Многие автолюбители ошибочно считают, что секвентальная КПП является близкой родственницей роботизированной. Их принципиальное отличие состоит в применении в секвентальной коробке гидравлической системы при переключении передач. Роботизированная коробка использует для этого электропривод. Также в роботизированных коробках применен другой режим переключения шестеренчатых передач.

Видео — переключение передач на секвентальной КПП гоночного автомобиля:

Их преимущества и недостатки

Основные преимущества таких коробок:

минимальное время на переключение скорости;
минимальные потери по мощности прямозубых шестерен;
экономия топлива;
возможность перехода с ручного на автоматический режим;
возможность управления переключением с рулевой колонки;
применение системы без использования педали сцепления.

Недостатки секвентальной КПП:

последовательное переключение передач иногда стесняет водителя в плане применения экстремальных стилей вождения, необходимых включений передачи, например, во время запуска двигателя «с толкача»;
относительно высокий вес КПП при аналогичной мощности;
уменьшенный срок эксплуатации, связанный с технической сложностью механизмов;
большая стоимость обслуживания и ремонта.

В каких легковых автомобилях можно встретить секвентальную КПП

Из наиболее распространенных легковых машин можно привести пример BMW 1996 года выпуска с коробкой SMG. Системы SMG1 и SMG2 устанавливались на BMW третьей серии с индексом S. С 2004 года такая трансмиссия устанавливалась на BMW E60 M5. Также секвентальная КПП устанавливались на отдельные модели автомобилей Тойота Королла, Мерседес С-класс, БМВ Х5.

Схема расположения секвентальной коробки передач и ее элементов показана на рисунке:

На рисунке: 1 – блок управления секвентальной КПП, 4 и 5 – индикатор и переключатель режимов, 7 – 6-ти ступенчатая КПП, 12 – блок гидравлический, 10 – гидропривод, 11 – сцепление.

Особенности установки секвентальной КПП на автомобили ВАЗ

Многие автолюбители в качестве апгрейта своего ВАЗа приобретают секвентальные коробки переключения передач с кулачковым механизмом. Их внешний вид приблизительно такой.

Что касается значительного эффекта, то рассчитывать на это не приходится, так как динамика автомобиля при этом, судя по отзывам владельцев, увеличивается незначительно, хотя эти коробки именуются «спортивные». Помимо этого вес таких коробок обычно выше, чем традиционных. Там применены широкие массивные шестерни с перпендикулярным расположением зубьев, чтобы компенсировать их невысокую нагрузочную способность.

Кроме этого, прямозубые зубья увеличивают шумность КПП. Реальный срок службы секвентальной КПП кустарного производства небольшой. Такую коробку передач можно устанавливать, если предполагается участие автомобиля в спортивных соревнованиях, но не для каждодневной езды по городу.

Выводы

Подводя итог, можно отметить, что разработка и внедрение в серийное производство секвентальных коробок переключения передач внесла определенный технический прогресс в развитие автомобилестроения. Широкое распространение такие КПП не получили вследствие наличия многочисленных недостатков.

Читайте про крутящий момент двигателя: что это такое и на что он влияет.
Толщиномеры лакокрасочного покрытия кузова автомобиля бывают различных видов и имеют различные принципы работы.
Об особенностях использования круиз-контроля https://voditeliauto.ru/poleznaya-informaciya/aksessuary-i-gadzhety-dlya-avto/kruiz-kontrol-na-mexanike.html на механической коробке передач.

Видео — секвентальная коробка переключения передач Samsonas на Mitsubishi Evolution:

Секвентальная коробка передач на «ВАЗ»

Разнообразие коробок переключения передач, устанавливаемых на современные автомобили, некоторых автолюбителей приводит в определенное замешательство, особенно тогда, когда приходится остановить свой выбор на том или ином типе трансмиссии. Именно поэтому, в данной статье мы ответим на вопрос: «Что такое секвентальная коробка передач, принцип работы и основные ее отличия?».

Конструктивное исполнение

Основой конструкции такой КПП служит секвентальный механизм (см. фото 1), позволяющий переключать передачи исключительно по возрастанию (убыванию).

Рычаг секвентальной КПП способен перемещаться только вперед или назад, а номер включенной передачи индицируется на дисплее. Специальный вал, обладающий бороздами волнообразной формы, осуществляет управление вилками переключения, и происходит это следующим образом. При толчке рычаг, вал проворачивается на градус определенной величины и приводит в движение вилки переключения, а их расположение, и, следовательно, включение той или иной передачи, обуславливается фигурной формой борозд.

В качестве привода секвентальной коробки передач, как правило, используют пневматические или электрические механизмы, а органы управления (кнопки, переключатели) располагают на рулевом колесе или под ним.

Итак, мы рассмотрели конструктивное исполнение данной КПП, точнее, его основной элемент – секвентальный механизм. Далее – принцип функционирования.

Секвентальная коробка передач, принцип работы

Принцип действия КПП данного типа практически аналогичен принципу функционирования знакомой большинству автолюбителей механической трансмиссии. Тем не менее, отличия существуют, и мы их рассмотрим:

Наличие электронного блока управления, выполняющего функции отсутствующей педали сцепления.
Использование механизма переключения гидравлического типа для переключения передач, что существенно сокращает время данной операции (до 150 миллисекунд).

Именно последняя особенность секвентальных коробок передач предопределила область применения данных механизмов. Ими оснащаются гоночные болиды – участники соревнований класса «Формула-1» и ей подобных. Основной причиной, определившей такую область использования секвентальных КПП, стала их способность минимизировать время включения нужной передачи в режиме сильной вибрации, сопутствующей высоким скоростям. Тем не менее, некоторые автопроизводители успешно используют подобные механизмы для оснащения обычных автомобилей.

Разумеется, секвентальные коробки передач, принцип работы которых мы рассмотрели выше, обладают не только определенными достоинствами, но и некоторыми недостатками.

Плюсы и минусы секвентальных КПП

Функционирование любого механизма под нагрузкой предопределяет наличие у него некоторых (и не только положительных) эксплуатационных особенностей. К числу неоспоримых достоинств секвентальных коробок относят:

Экономичность, обеспеченная минимальным временем переключения.
Простота управления автомобилем (особенно для новичков), обусловленная отсутствием педали сцепления.
Возможность выбора режима переключения передач: автоматический или механический.
Наличие «подрулевых лепестков», позволяющих выполнять переключение, не отрываясь от управления автомобилем (оставляя руки на рулевом колесе).

Минусами КПП данного типа, обусловленные особенностями конструктивного исполнения, специалисты считают:

Низкая степень эксплуатационной надежности гидравлического механизма, вызванная неустойчивостью агрегата к износу.
Высокая стоимость ремонтно-восстановительных работ.

Как устроена секвентальная коробка передач?

Как показывает ситуация на автомобильных форумах, многих автолюбителей очень интересует вопрос, что такое секвентальная коробка передач. Сразу ответим, что зачастую это механическая коробка (хотя сегодня все чаще встречаются и автоматические варианты), основной особенностью которой является возможность переключать передачи только со строгой поочередностью вверх или вниз. Благодаря этому водителю не приходится думать о том, какую именно передачу активировать – он просто ее повышает или понижает. Но есть у такого типа КПП и другие особенности, поэтому ниже мы более подробно разберемся, что значит секвентальная коробка передач.

Разбираемся, что такое секвентальная КПП и в чем ее особенности

Итак, главная особенность секвентальной КПП – это отсутствие возможности свободного выбора передач и перепрыгивания сразу через несколько.

Необходимость в такой коробке передач возникла в связи с тем, что у водителя не всегда есть время для того, чтобы выбрать нужную передачу и затормозить для ее переключения. К слову, такие усовершенствованные механические КПП используются не только на автомобилях, но и на мототранспорте, где переключение между передачами зачастую осуществляется ногой.

Если же речь идет о секвентальных коробках, установленных на легковые автомобили, то здесь их будет отличать месторасположение центра управления. Рычаг (а иногда даже более удобные и отзывчивые кнопки) для удобства располагается на руле транспортного средства, при этом он будет обязательно обозначен специальной маркировкой «S», которая указывает на наличие на автомобиле секвентальной коробки передач.

Важно! На некоторых автомобилях с секвентальной КПП переключение между передачами может осуществляться не только вручную, но и автоматически.

Такая коробка передач имеет три основных режима работы, которые можно активировать параллельно с основными передачами:

• Стандартный механический.

• Механический спортивный.

• Автоматический, когда водителю вообще не требуется переключать передачи.

Последняя особенность секвентальной КПП заключается в том, что при ее установке на автомобиль полностью отпадает необходимость в установке педали сцепления. Это не только облегчает вождение, но и позволяет эксплуатировать двигатель в стандартных условиях, не зависящих от стиля вождения и опыта водителя.

Где применяются секвентальные АКПП

Секвентальные автоматические коробки передач сегодня можно встретить преимущественно на гоночных автомобилях, так как они являются достаточно дорогим удовольствием, да и по своему предназначению полностью приспособлены под такие типы авто. Благодаря такой КПП водитель получает возможность увеличивать скорость и переключаться с передачи на передачу без малейшего замедления, что особенно важно для соревнований.

Если же в дополнение такая коробка будет работать на основе гидравлики – это еще больше повысит отзывчивость автомобиля.

Что же касается обычных легковых авто, то устанавливаемые на них секвентальные КПП в народе именуются как «ручной» режим работы автоматической коробки передач. Тем не менее, даже в таком варианте управление автомобилем считается облегченным и не требует от водителя точного попадания в конкретную передачу. Среди серийных автомобилей, на которых были установлены такие коробки, стоит назвать:

• BMW M3.

• BMW M5.

• Mercedes Benz C-Class.

Но на самом деле секвентальная КПП является более распространенной, нежели это может показаться на первый взгляд. Как уже говорилось выше, такие коробки устанавливаются на мотоциклы, где обычно есть только две передачи. Что же касается нейтрального положения КПП, то на мотоциклах оно обычно фиксируется между первой и второй передачами. Еще больше распространения секвентальная коробка получила при конструировании и создании сельскохозяйственных тракторов, на которых кнопка или рычаг переключения передач могут располагаться как под ногами водителя, так и на рулевом колесе. Встречаются секвентальные коробки передач и на большегрузных автомобилях.

Устройство и принцип работы секвентальной коробки передач

Основа такой коробки передач – привычная механическая трансмиссия, которая была усовершенствована и оснащена прямозубыми шестернями вместо косозубых. Существенным конструктивным отличием секвентальной КПП является и отсутствие педали сцепления, что компенсируется благодаря установке электронного блока управления (он же в автоматическом режиме работы КПП и отвечает за переключение передач).

Переключение передач благодаря гидравлическому механизму получается максимально быстрым и не требует точности, как на обычных КПП. Все, что требуется от водителя во время управления автомобилем с такой коробкой, это оценка сложности дороги и нагрузки, которая передается на автомобильный двигатель. Чтобы облегчить ему работу, стоит постепенно повышать передачи. Если же требуется маневрирование на низкой скорости, передачи понижаются с учетом поведения автомобиля и отзыва двигателя.

Секвентальные или кулачковые КПП?

Стоит также упомянуть о существовании кулачковых коробок передач, которые в своих конструкционных особенностях имеют много общего с секвентальными. В частности, их объединяет наличие прямозубых и длинных шестерен с торцевыми выступами (за которые и цепляются кулачки), благодаря которым такие коробки передач позволяют максимально быстро переключаться с одной передачи на другую, не снижая скорости движения.

Однако определить, какая КПП лучше, практически невозможно. По этой причине конструкторы попросту объединили их в один механизм, который уже сегодня используется на гоночных болидах, которые принимают участие в «Формуле 1». Так что кулачковую коробку передач правильнее называть неплохой альтернативой секвентальной КПП.

Преимущества использования такой коробки на авто и других видах транспорта

Мы уже разобрались с тем, что такое секвентальная КПП. Однако давайте же подведем итог касательно всех достоинств использования такой коробки передач на разных видах транспорта:

1. Нет педали сцепления. Данная особенность больше всего актуальна для тех, кто только осваивает вождение и может путать педали. Помимо этого, отсутствие сцепления облегчает управление автомобилем в сложных условиях гонок, когда водителю важно концентрироваться не на силе натиска на педаль, а на трассе.

2. Передачи переключаются максимально быстро. В этом с секвентальными КПП не сможет сравниться ни один другой тип коробок передач. К этому достоинству также стоит отнести то, что при нажатии рычага передач вверх или вниз водителю не приходится задумываться над тем, в какую передачу перевести рычаг. Он просто повышает их или понижает.

3. Автомобильные конструкторы также отмечают, что отсутствие замедления во время перехода с одной передачи на другую также положительно отражается на экономии топлива.

4. Работа на двух режимах – автоматике и механике. Несмотря на то, что конструкторы и так упростили процесс управления автомобилем с механической секвентальной коробкой передач, перенеся кнопки на руль, в некоторых ситуациях водитель вообще может отказаться от управления трансмиссией и доверить эту задачу исключительно электронному блоку управления.

Недостатки секвентальной КПП

Секвентальная коробка передач не лишена и целого ряда недостатков, и связаны они в основном с конструкцией такой КПП. Первое, о чем необходимо подумать при покупке автомобиля с такой коробкой передач, – это ускоренный износ трансмиссии. Не стоит забывать, что в экстремальных и слишком суровых условиях эксплуатации гидравлический механизм быстро изнашивается и может выйти из строя в очень неподходящий момент. По этой причине гоночные болиды приходится полностью перебирать и менять запчасти буквально после каждой гонки.

Выше также упоминалось, что, благодаря установке секвентальных КПП на серийные автомобили, существенно увеличивается их мощность. Но есть здесь и свой подводный камень: добиться подобного можно только в том случае, если правильно и вовремя переключаться с низших на высшие передачи и обратно. Если же водитель плохо чувствует своей автомобиль и его потребности, это опять же может привести к выходу из строя всех элементов гидравлической трансмиссии. При этом восстановление такой системы обойдется автовладельцу очень дорого.

В связи с этим садиться за руль автомобиль с секвентальной КПП рекомендуется только водителям со стажем, которые отъездили свое и на механической коробке, и на автомате. Отсутствие опыта в вождении автомобиля может негативно отразиться на его состоянии.

Исходя из всего вышесказанного, определить рациональность покупки автомобиля или установки на него секвентальной коробки передач довольно сложно. Хотя в целом она дает целый ряд преимуществ, необходимость в ней есть далеко не у всех водителей. Да и перестроиться с привычной КПП с рычагом справа от водительского сидения не так уж и просто.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Секвентальный механизм выбора передач. Секвентальная коробка передач. Секвентальная коробка передач: принцип работы

Автомобильная инженерия за время своего существования шагнула далеко вперед. Инновационные разработки в области трансмиссии – прямое тому доказательство. На автомобилях, существующих сегодня, можно встретить различные по типу КПП. Пример такого механизма – это секвентальная коробка передач.

Что такое секвентальная коробка передач

Широкое распространение новая технология в области трансмиссии получила в 1990-х годах. Такая КПП представляет из себя коробку передач, допускающую переключать скорости только последовательным способом. От известного всем обычного варианта отличается механизмом работы. Последовательное переключение было предусмотрено для тех случаев, когда действие на управленческую систему осуществляется с помощью ноги, как, например, на мотоциклах. Актуальна секвентальная коробка и в случаях со спортивными машинами, когда требуется быстрое переключение скоростей. Применение нашлось и в случае наличия у транспортного средства большого количества передач. При таком раскладе традиционное перемещение вызывает неудобство. Это характерно для грузовых автомобилей и тракторов.

Зачастую такие коробки имеют механический тип работы. Но с течением времени и развитием технологий все чаще встречается автоматическая секвентальная коробка передач. Отличие от обычного варианта заключается в том, что есть возможность для выбора между ручным и автоматическим режимом переключения передачи. Какой бы тип работы не использовался, главная особенность – строгая последовательность в переключении. Только вниз или вверх. Водитель либо повышает скорость, либо понижает. Такой подход в системе работы механизма облегчает процесс езды для водителя и увеличивает быстроту переходу от одной скорости к другой. Именно по этой причине автоматическая адаптивная секвентальная система приобрела популярность среди многих автолюбителей. Простота и удобство – две главные составляющие, взаимодополняющие друг друга.

Как устроена секвентальная коробка передач

Основанием для секвентальной коробки передач служит все та же привычная механическая трансмиссия. Только в данном случае она была усовершенствована: в конструкции используются прямые зубья шестеренок, вместо распространенных косозубых. Также в основу заложен сервопривод, строящийся на гидравлической системе. Именно благодаря этому скорости переключаются быстро. Схематически изобразить коробку такого типа можно следующим образом:

Внимание! Секвентальная коробка передач не дает возможность водителю осуществлять выбор передач независимо, то есть перескакивать с одной передачи на другую сразу через несколько.

У некоторых автолюбителей возникает отдельный вопрос по поводу секвентальной АКПП, а именно, что это такое. Ответ находится на поверхности: это автоматическая коробка передач, оснащенная только последовательным переключением скоростей (то есть секвентальным). Существенным отличием такого вида является отсутствия педали сцепления у автомобиля и способ переключения скорости (только вниз и вверх).

Разбираясь с вопросом устройства данных конструкций, стоит упомянуть и про кулачковую секвентальную коробку передач. В моментах конструирования оба варианта имеют сходные характеристики. Например, в обоих вариантах есть как прямозубые, так и длинные шестеренки. Они влияют на скорость переключения с одной передачи на другую. Определить, какая из этих КПП лучше, очень тяжело. Поэтому специалисты по этой области объединили два данных механизма в один.

Принцип работы секвентальной коробки передач

Как уже упоминалось ранее, для секвентальной коробки передач характерно отсутствие третьей педали – сцепления. Особенно актуальна такая особенность для тех водителей, которые имеют небольшой опыт в обращении с транспортом на дороге. Ведь постоянное отвлечение левой ноги на педаль сцепления для многих является проблемой. Но это далеко не означает, что данный механизм в коробке передач отсутствует. Он есть, только работает иначе. Следовательно, и сама работа секвентальной КПП отличается. Управление сцеплением осуществляется за счет специального электронного блока, который, в свою очередь, получает необходимые сигналы от сенсоров. Они определяют силу давления на педаль газа со стороны водителя и контролируют включение конкретной скорости. Коробка передач же получает сигнал от электронного блока, а та в свою очередь с помощью датчиков передает всю необходимую информацию об используемой скорости в прогрессивный блок. Именно тут протекает последний процесс – корректировка скоростного режима на основе следующих показателей:

количество оборотов двигателя;
работа кондиционера;
сила нажатия на педаль, а также ряд других.

Следующий принцип работы секвентального переключения передач заключается в используемых прямозубых шестеренках. Если сравнивать их с косозубыми, которые применяются в МКПП, они выдают более высокий коэффициент полезного действия. Это связано с тем, что первые из них оставляют большие потери во время трения.

И третья особенность работы устройства секвентальной коробки передач характеризуется наличием гидравлического сервопривода. Благодаря ему, происходит быстрое переключение с одной передачи на другую.

Важно! Гидравлические сервоприводы и роботизированные КПП – это не одно и то же. Различия заключаются в устройстве прибора: в последнем используется электрический сервопривод.

Более подробную и наглядную информацию о том, как работает секвентальная коробка передач, можно получить из следующего видео:

На каких машинах установлена секвентальная коробка передач

Наибольшее распространение секвентальная коробка передач получила для спортивных машин, участвующих в гонках. Например, такая система работы используется в автомобилях «Формулы-1». Среди моделей транспорта, на которых изначально используется такой вид КПП, выделяются следующие:

BMW M3;
BMW M5;
Mercedes Benz C-Class.

Но секвентальная коробка гораздо распространеннее, чем кажется на первый взгляд. Как упоминалось ранее, встретить устройство такого вида можно на сельскохозяйственном транспорте и на большегрузных автомобилях. При конструировании машин с секвентальной коробкой передач в данном случае получило даже большее распространение.

Каждый водитель хочет обеспечить свой автомобиль всем необходимым для комфортной и безопасной езды. Так что некоторые автолюбители устанавливают КПП с последовательным переключением скоростей на свои машины, специально произведя замену старой трансмиссии на новую. Поэтому встретить устройство можно совершенно у разного транспорта. Очень часто секвентальная КПП устанавливается на ВАЗ. Это обеспечивает водителю более облегченное вождение автомобилем. При этом отдается предпочтение именно кулачковой системе. Таким образом, установить данную трансмиссию можно на любой автомобиль, главное, подобрать нужную модель, подходящую по всем параметрам. Вариантов секвентальной коробки передач на ВАЗ существует большое количество. Поэтому проблем в выборе или поиске нужного устройства не возникнет. Тем более, что некоторые предлагают индивидуальную сборку для автомобиля специалистами высокого уровня.

Плюсы и минусы секвентальной трансмиссии

Для того чтобы разобраться, что ожидать от трансмиссии, нужно рассмотреть ее положительные и отрицательные стороны. Среди плюсов следует отметить следующие моменты:

Высокая скорость и удобство в вопросе переключения передач. Благодаря электронному блоку и гидравлическому механизму, скорость перехода с одной скорости на другую сводится к минимуму. Похвастаться такими показателями не может ни одна другая КПП: ни механическая, ни автоматическая. Ну а главное то, что с использованием секвентальной трансмиссии водителю не придется судорожно стараться найти нужную в данный момент передачу. Особенно это актуально при прохождении крутых поворотов или движению по кольцу, когда трудно удержать автомобиль на правильной траектории.
При переключении отсутствует потеря скорости. Такая особенность полюбилась в кругах гонщиков, ну и, конечно, обычные водители тоже высоко оценили наличие такой возможности в трансмиссии.
За счет хорошо продуманного устройства секвентальной коробки передач топливо расходуется экономично.
Переключение скоростей подрулевыми лепестками. Такая технология еще больше упрощает управление автомобилем во время движения.
Возможность выбора между автоматическим режимом переключения скоростей и ручным. Конечно, секвентальная трансмиссия может существовать и отдельно от данной функции. Но если все-таки она используется, то это однозначно относится к плюсам.
Отсутствует педаль сцепления. Особенно актуально это для начинающих водителей, которым в силу малого опыта сложно справиться с механической КПП.
Во время переключения рычага не приходится задумываться о том, какую именно передачу выбрать. Водитель просто либо понижает, либо повышает скорость.

Минусы секвентальной трансмиссии:

Чувствительность к высоким нагрузкам и износу. Речь идет не только о спортивных автомобилях, но и простых гражданских машинах.
Внимание! Каким бы простым не было переключение скоростей на КПП, важно делать это своевременно. Если пренебрегать этим пунктом, то система быстро придет в негодность.
Высокая стоимость обслуживания. Принцип работы секвентальной коробки заключается в сложном механизме. Чем сложнее механизм, тем дороже его обслуживание.
Добиться увеличения мощности машины путем установки секвентальной коробки можно только в том случае, если вовремя переключаться с высших передач на низшие и наоборот. Так что водитель должен хорошо чувствовать свой автомобиль, что является не всегда простой задачей.

Заключение

Секвентальная коробка передач подарила автолюбителям новые возможности. Устройство и принцип работы заслуживают внимание со стороны водителей, а удобство использования приобретает все большее количество потребителей. Благодаря всему перечисленному, КПП такого типа с каждым годом получает все большое распространение. И, учитывая все положительные стороны коробки передач, это не спроста.

Автомобильная индустрия развивается крайне быстро. Каждый день появляются новые технологии, которые переворачивают сознание простых автомобилистов. Наглядным примером выступает эволюция трансмиссии.

Первой была изобретена механическая КПП, потом появился автомат и секвентальная коробка передач. Эти три этапа развития заняли приблизительно сто лет. Естественно, что в процессе появлялись ответвления и специфические изделия, которые имели узкий круг применения.

Внимание! В ряде источников секвентальная коробка называется роботизированной.

Секвентальные коробки устанавливаются на гоночных автомобилях, грузовиках и мотоциклах. Их главным отличием от стандартных МКПП является последовательное переключение скоростей. Проще говоря, водитель не тратит время на манипуляции с рычагом. К тому же система сама выбирает оптимальный момент для перехода. Благодаря этому производительность возрастает в несколько раз.

Внимание! Если в гонке будут принимать участие два автомобиля полностью одинаковые по техническим характеристикам, кроме коробки передач, то победит тот, у которого будет секвентальная система.

На видео показано на примере КПП на Хонде как работает коробка передач:

За период эволюции трансмиссии было выпущено множество машин, работающих за счёт автомата и механики. Каждая из этих систем имеет свои особенности, которые в той или иной мере отразились на секвентальной коробке.

Механическая коробка установлена практически на всех отечественных автомобилях. К её преимуществам можно причислить высокую надёжность и простоту в обслуживании. К тому же сама масса конструкции намного меньше, чем у АКПП.

Из-за простоты конструкции в производстве механическая коробка намного дешевле, чем АКПП. Также нельзя не отметить высокий КПД. Главным недостатком является высокая сложность эксплуатации для новичка.

В свою очередь, автоматическая коробка проста в управлении и не требует долгих тренировок для быстрого переключения. Также благодаря ей двигатель работает в оптимальном режиме. Из-за этого отсутствуют перегрузки.

Исторические сведения о секвентальной коробке

Секвентальная коробка часто применяется конструкторами компании BMW в своих автомобилях. Первое внедрение произошло в 1996 году. Тогда модель Е36 М3 обзавелась подобной системой.

Внимание! Модификация секвентальной коробки называлась SMG 1.

За пять лет водители сумели оценить все преимущества секвентальной коробки. В результате в 2001 году линейка пополняется системой SMG 2. Ею оснащаются автомобили Е46 М3.

Концепт Е46 М3 стал настоящим хитом. Мало того, отзывы автомобилистов были о нём более чем позитивными. Наконец, в 2005 году появляется SMG 3. В ней временные затраты, необходимые на переключение, стали ещё меньше.

Спортивный тип М

Последним инновационным решением считается именно эта секвентальная коробка. Она насчитывает 7 ступеней. До этого ни одному автомобильному концерну не удавалось достичь этой цифры.

Главным достоинством семиступенчатой секвентальной коробки SMG является то, что она позволяет водителю делать выбор между комфортным и спортивным режимом. Конечно же, такие устройства устанавливаются только на мощных автомобилях.

Принцип и устройство

Проще всего сравнить секвентальную коробку с механикой. Мало того, база у них практически одинаковая. Главное отличие заключается в шестернях. Здесь вместо косых зубьев идут прямые. В самой же конструкции отсутствует сцепление за ненадобностью.

Внимание! За переключение передач отвечает блок управления.

Само переключение происходит посредством гидравлики. Благодаря всем этим особенностям секвентальная коробка часто устанавливается на гоночные автомобили. Общим знаменателем всех этих модернизаций стало то, что КПП перестала зависеть от вибраций. Точнее, гонщику не нужно тратить время на поиск нужной передачи.

При сравнении обычной КПП и секвентальной коробки необходимо особое внимание уделить моменту переключения тяги. Как только это происходит, тяга привода подтягивается, поворачивается и нажимается. Так происходит в стандартной системе, но не в последовательной.

В секвентальной коробке при переключении одна тяга подтягивается, а другая отвечает за нажатие. Благодаря этому сокращается временной интервал. Это техническое новшество позволило выйти на новый уровень производительности.

Что такое секвентальная коробка передач:

Особенности функционирования

Рычаг переключения в машинах, на которых установлена секвентальная коробка, располагается на руле. В некоторых модификациях можно увидеть кнопки. При этом система функционирует в таких режимах:

спортивном;
стандартном;
автоматическом.

В первых двух вариантах используется механика. Неудивительно, что многие начинающие водители предпочитают ездить именно на такой коробке передач. Как только, они достигнут нужного уровня водительского навыка – для них откроется весь спектр возможностей системы.

Достоинства и недостатки

Каждая система имеет уникальные особенности, которые обуславливают её эксплуатацию. Не стала исключением и секвентальная коробка. К её главным достоинствам можно причислить:

простоту в управлении,
высокую скорость переключения передач,
экономичность,
несколько режимов работы.

Секвентальная коробка передач может быть как механической, так и автоматической. К сожалению, без недостатков обойтись не получилось, и к минусам устройства причисляют:

ненадёжную конструкцию;
быстрый износ всех деталей;
необходимость в постоянном обслуживании.

В качестве примера можно взять обычную гоночную машину с секвентальной коробкой передач. После каждого заезда её перебирают мастера. Это является обязательным условиям для допуска автомобиля к следующей гонке.

Секвентальную коробку можно назвать результатом долгой эволюции трансмиссии. Она сочетает в себе преимущества МКПП и АКПП. Как результат подобная система обеспечивает великолепный разгонный потенциал и минимизирует затраты топлива. Также нельзя не отметить простоту в эксплуатации.

Благодаря этому водителю не приходится думать о том, какую именно передачу активировать – он просто ее повышает или понижает. Но есть у такого типа КПП и другие особенности, поэтому ниже мы более подробно разберемся, что значит секвентальная коробка передач.

Итак, главная особенность секвентальной КПП – это отсутствие возможности свободного выбора передач и перепрыгивания сразу через несколько. Необходимость в такой коробке передач возникла в связи с тем, что у водителя не всегда есть время для того, чтобы выбрать нужную передачу и затормозить для ее переключения. К слову, такие усовершенствованные механические КПП используются не только на автомобилях, но и на мототранспорте, где переключение между передачами зачастую осуществляется ногой.

Стандартный механический.

Механический спортивный.

Автоматический , когда водителю вообще не требуется переключать передачи.

Где применяются секвентальные АКПП

BMW M3.

Mercedes Benz C-Class.

Но на самом деле секвентальная КПП является более распространенной, нежели это может показаться на первый взгляд. Как уже говорилось выше, такие коробки устанавливаются на мотоциклы, где обычно есть только две передачи. Что же касается нейтрального положения КПП, то на мотоциклах оно обычно фиксируется между первой и второй передачами.Еще больше распространения секвентальная коробка получила при конструировании и создании сельскохозяйственных тракторов, на которых кнопка или рычаг переключения передач могут располагаться как под ногами водителя, так и на рулевом колесе. Встречаются секвентальные коробки передач и на большегрузных автомобилях.

Устройство и принцип работы секвентальной коробки передач

Секвентальные или кулачковые КПП?

Преимущества использования такой коробки на авто и других видах транспорта

Недостатки секвентальной КПП

В переводе с английского языка секвентальная переводится как последовательность. Стало быть, секвентальная коробка передач означает только последовательное переключение скоростей. Этот принцип работы заключается в воздействии на управление ногой (примером может служить мотоцикл), для быстрого переключения — спортивный автомобиль; в случае большого количества передач, выбор которых с помощью переключения рычага не очень удобен – это трактор, грузовые автомобили. Чаще всего происходит переключение за счет смещения органа управления от нейтрального положения. В то время как принцип работы классической КПП заключается в самостоятельном выборе передачи.

Секвентальная коробка передач

Развитие секвентальной коробки

Каких только коробок трансмиссии не было создано за всю историю автомобилестроения. Вот и создание секвентальной трансмиссии не прошло мимо. Чаще всего мы слышим, механическая коробка передач или автоматическая, но стоит понять, что этим дело не ограничивается, так как существует еще много вариантов для переключения скоростей.

Между этими КПП есть разница, которую стоит понять. Взять, к примеру, обычную машину с механической коробкой. В этом случае водитель самостоятельно делает выбор передачи скорости. То есть, разогнавшись, у него есть возможность переключиться с третьей скорости на пятую или же, наоборот – при торможении, перейти с пятой на третью. Этот механизм еще можно назвать поисковым, так как включение передачи скоростей полностью зависит от водителя. Еще раз хочется отметить, что передача может быть любой, самое главное, чтобы было соответствие режиму движения и нагрузкам на автомобиль.

Но то, что касается обладателей секвентальной коробки передач – они такой возможности свободного переключения лишены. Это действие может осуществляться только на одно значение либо вверх, либо вниз. То есть, переключение будет выглядеть следующим образом: два-три-четыре или семь-шесть-пять, что характерно для мотоциклов BMW и для мотоциклов М1-М. Другого переключения на такой коробке добиться невозможно.

Спортивный тип М

Сравнительно недавно была разработана семиступенчатая секвентальная коробка передач. Это первая модель 7-ступенчатой КПП SMG в мировом автомобилестроении. За счет своего сверхмалого времени для переключения скоростей в сочетании с мощностью силового агрегата она позволяет своему владельцу делать собственный выбор спортивного или комфортного стиля езды.

Исторические сведения

Такая коробка уже сумела стать традиционной для автомобилей BMW. Уже в 1996 году SMG 1 начала устанавливаться на модели Е36 М3. В 2001 году оснащение моделей Е46 М3 осуществлялось SMG 2. А уже в 2005 на модели Е60 М5 прошла установка коробки передач SMG 3. Что стало отличать эту коробку передач от предыдущих моделей, так это заметное сокращение временной затраты на переключение передачи.

Семиступенчатая секвентальная коробка передач для BMW

Эта модель трансмиссии третьего поколения оборудована индивидуальными тягами привода переключения, что позволило добиться ощутимого ослабления тяги в момент переключения. Как это могло получиться?

Как происходит процесс переключения

Сравнивая обычную коробку передач с секвентальной SMG 3, обращаешь внимание, что в обычной КПП в момент переключения тяга привода переключения передач подтягивается, после чего поворачивается и нажимается. В сравниваемом устройстве все происходит по-другому. Здесь получается так, что одна тяга в момент переключения подтягивается, а другая – нажимается. То есть, в момент подтягивания тяги переключения первой передачи тяга второй передачи нажимается. Это дало возможность значительно сократить временной интервал переключения в сравнении с обычной коробкой передач.

Работа секвентальной коробки передач

Итак, знакомая всем механическая коробка передач эволюционировала и позволила прийти к новому типу трансмиссии, которые должны упрощать управление водителем автомобилем. И таким важным изобретением стала автоматическая коробка передач, которая модернизировалась и совершенствовалась. И сегодня, она дает возможность водителю, вообще не задумываться о том какую и когда переключать скорость. Но и механическое оборудование никто не отбросил в сторону. Она также продолжала развиваться и вот результатом этих изысканий стала секвентальная коробка передач. Результатом такой трансмиссии стало включение скорости в строгой последовательности.

Принцип работы

Этот тип КПП разрабатывался на базе механики. Основное отличие этой трансмиссии заключается в том, что вместо косозубых здесь установлены шестерни с прямыми зубами, а также отсутствует педаль сцепления (эту роль на себя принял электронный блок управления). Переключение передач в коробке осуществляется с помощью гидравлического механизма, что и приводит к значительному сокращению переключения скоростей.

Гоночный болид с секвентальной коробкой передач

Особое распространение установка коробки передач с секвентальным механизмом нашла в гоночных болидах. Поняв, что такая секвентальная коробка передач будет особенно удобна водителям-гонщикам, значит, необходимо было выполнить такую установку на гоночные автокары. Это объясняется тем, что высокая скорость способствует сильной вибрации авто и в этом случае водителю сложно попасть в требуемую передачу, в то время как секвентальная КПП в состоянии справиться с такой задачей.

Достоинства и недостатки

Такая секвентальная трансмиссия имеет свои характерные особенности. Достоинствами этого агрегата можно выделить отсутствие педали сцепления, что особенно удобно для начинающих водителей. Следующее положительное качество, характеризующее эту модель устройства – скорость переключения скоростей, которая превышает классические автоматические и механические трансмиссии. Другое достоинство – экономичность, которая происходит за счет сокращенного переключения скоростей. Также предлагается возможность выбора режима – механика или автомат.

Недостатком этого устройства можно назвать его конструкцию. То есть, этот механизм не является устойчивым к износу и при большой нагрузке быстро выходит из строя. В качестве примера можно привести гоночные автокары. После каждого заезда, секвентальная коробка передач чаще всего подвергается обязательной переборке. В принципе если не соблюдать эксплуатационные правила, то и на серийных авто секветнальная КПП может выйти из строя, а это значит, повлечет за собой дорогостоящий ремонт.

Как это работает

Все мы знаем, что такое автоматическая или адаптивная и механическая коробка. В первом случае система все делает сама, опираясь на текущие нагрузки и скорость движения машины. То есть адаптируется под машину. В случае с механикой нужно самостоятельно переключать передачи.

В случае с секвентальной КПП важно заметить, что она отличается способностью переключать скорости последовательно. Грубо говоря, если на механике можно «перепрыгнуть» с 5 на 3 скорость, то секвенталка этого сделать не позволит. Есть последовательность переключений, нарушать которую СКПП не может.

Изначально СКПП создавались для гоночных авто, болидов Формулы 1 и машин, которые принимают участие в профессиональных гонках. Но идея понравилась автопроизводителям, из-за чего многие внедряют такие коробки в гражданские машины. И это радует.

Ошибка многих в том, что они считают СКПП аналогом АКПП. На деле источником вдохновения для создания секвенталки служила механика. Строили ее на базе МКПП.

Рассмотрим принцип работы этого устройства и ключевые особенности СКПП. Так вы поймете, что это и как работает вся система секвенталки.

У СКПП нет педали сцепления. Это приятно радует тех, кто не имеет большого опыта вождения. Управление упрощается, не нужно постоянно выжимать сцепление. За него отвечает электроника, получающая сигналы от сенсоров при считывании нажатий на педаль газа и включении передачи. Коробка, получив от блока управления команду, датчиками передает сигнал о скорости, на которой движется сейчас машина. Прогрессивный блок — это последний этап, где происходит корректировка параметров движения. Он изучает буквально все, от оборотов мотора до включенного или выключенного кондиционера.
В конструкции секвенталки используют шестерни прямозубного типа. Их КПД выше по сравнению с косозубыми конструкциями, стоящими на механике. Последние обладают внушительными потерями при трении. Хотя прямозубки передают меньший крутящий момент. Чтобы компенсировать это, шестерни ставят большого размера.
Сервопривод гидравлического типа. Последняя отличительная черта. Такое устройство осуществляет переключение между скоростями. Сейчас многие уверены, что гидросервопривод — это достояние роботизированных коробок. Распространенная ошибка, ведь там используют электрические девайсы.

Работает секвенталка предельно просто. Вы можете использовать непосредственно рычаг КПП или подрулевые лепестки. Это заимствованная из гоночных болидов технология, которая очень хорошо прижилась в народе. Особенно в компании БМВ и Тойота.

Если взглянуть на коробку, на ней вы увидите рычаг, который перемещается вверх и вниз. Плюс есть дополнительные режимы, в зависимости от автопроизводителя.

Нажатие вверх (там где стоит +) поднимает на одну передачу вверх, а движение в сторону с «минусом» позволяет опустить коробку на 1 передачу.

Вот что значит комфортно и удобно. Не удивительно, что многие стремятся поставить СКПП себе на машину. Некоторые умельцы умудряются впихнуть коробку на ВАЗ 2108 и 2107. Есть и заводские модели, идущие в паре с секвентальной.

Но скажу честно. Это актуально для спортивных машин, от которых ждешь скорости и минимальных потерь при разгоне. Для автомобиля, под капотом которого менее 150-200 лошадиных сил, и которые служат для семейных поездок, в СКПП нет никакой потребности.

Принцип и устройство

Внимание! За переключение передач отвечает блок управления.

Это интересно: Топливный фильтр Mazda 3

Что такое секвентальная коробка передач:

Особенности функционирования

спортивном;
стандартном;
автоматическом.

Секвентальная коробка передач

Секвентальная коробка передач автомобиля

Отличие секвентальной КПП от стандартной механической заключается в том, что такие коробки бывают только двухвальными, все шестеренки в них только прямозубые и нет никаких синхронизаторов. Их роль выполняют подвижные муфты, которые и включают передачи. Помимо конструктивных различий существуют еще и эксплуатационные: в механической КПП передача включается после выключения сцепления (опытные водители переключают передачи подбирая необходимые обороты и без сцепления), а в секвентальной же коробке при езде по прямой или в гору передачи переключать можно без выключения сцепления, что позволяет делать их конструкция. Также к преимуществам секвентальной КПП можно отнести:

меньшие габаритные размеры корпуса коробки;
возможность передавать больший крутящий момент;
выдерживает переменные нагрузки;
скорость переключения составляет 0,1-0,2 сек;
при смене передач не падают обороты двигателя;
не теряется мощность в трансмиссии, которая вызвана нагревом деталей;
простота обслуживания.

В секвентальной коробке при езде по прямой или в гору передачи переключать можно без выключения сцепления.

Стоит отметить, что принцип работы секвентальной КПП основывается только на последовательной смене передач как в обратном, так и в прямом порядке. Таким образом повышение передач осуществляется ступенчато, т.е. нельзя перескочить, например со второй на четвертую, потому что этому будет препятствовать конструкция коробки.

Также одной из особенностей устройства секвентальной коробки передач служит то, что первичный и вторичный вал в такой трансмиссии наборный, т.е. состоит из нескольких промежуточных взаимосвязанных между собой элементов. Такая особенность позволяет механикам оперативно менять шестеренки на спортивных автомобилях прямо во время гонок, чтобы подобрать оптимальные передаточные числовые соотношения зубчатых колес под текущие условия состязаний.

Плюсы и минусы

Теперь вы знаете, что такое СКПП и что значит секвентальность. Нет? Да это же последовательность в переводе. Тут вообще все становится на свои места.

Посмотрев видео и изучив особенности такой коробки, возникает вопрос — стоит ли брать машину с этой КПП. Немного вам помогу, рассказав про сильные и слабые стороны секвенталок.

Начнем с преимуществ.

Высокая скорость переключения. Автомат живет своей жизнью, потому иногда он откровенно тупит и не делает то, чего ждешь. Механику переключать сложнее. Оптимальную скорость выдает СКПП. Электронный блок и гидравлика обеспечивают минимальные затраты по времени на переход с передачи на передачу. Для профессионального автоспорта это крайне важно.
Удобство. Выжимать педаль сцепления, попадать в передачу, да еще и на скорости при плохой дороге — удовольствие сомнительное. СКПП гарантирует точность и комфорт при переключениях. Это бесспорный факт.

Отсутствие потери скорости. Да, секвентальная коробка переключает быстро, провалов между переходами нет, отсюда и размеренная езда, быстрый набор скорости.
Расход топлива. Все предыдущие пункты влияют на появление этого преимущества. СКПП бережно расходует топливо и помогает экономить.
Подрулевые лепестки. Дополнительная опция, позволяющая почувствовать себя гонщиком. Удобно и необычно.
Два режима. Но тут внесу поправку. Это у АКПП есть функция перехода на ручной режим с помощью секвентальной системы. Так что это скорее плюс автоматов.

Но не все так идеально. У СКПП есть два существенных недостатка.

Низкая устойчивость к нагрузкам и износам. Система сложная, состоит из множества элементов и требует аккуратного обращения. Нельзя просто наобум щелкать лепестками или рычагом. Следует правильно выбирать момент для переключения. Если этого не делать, механизмы быстро выйдут из строя. Не зря СКПП стоят на машинах профессиональных гонщиков.
Цена. Она высока на саму машину с СКПП и на обслуживание такой коробки. Хотя если у вас есть деньги на авто с секвенталкой, стоимость ее ремонта не должна быть проблемой.

Исторические сведения о секвентальной коробке

Внимание! Модификация секвентальной коробки называлась SMG 1.

Секвентальная коробка передач (от англ. sequence — последовательность, англ. sequential manual gearbox ) — коробка передач, допускающая только последовательное их переключение. От коробки передач классического типа отличается принципом работы механизма переключения передач. Последовательное переключение удобно в тех случаях, когда воздействие на орган управления осуществляется ногой (например, на мотоцикле), когда требуется быстрое переключение (например, на спортивном автомобиле) или при наличии большого количества передач, выбор которых традиционным способом перемещения рычага неудобен (на тракторах, грузовых автомобилях). Обычно переключение осуществляется смещением органа управления от нейтрального положения.

Механизм переключения может быть как прямого действия, например на мотоциклах, так и с сервоприводом (автоматизированным или неавтоматизированным).

На мотоциклах принята следующая схема управления коробкой передач:

перемещение рычага вверх — переход на передачу вверх;
перемещение рычага вниз — переход на передачу вниз;
нейтраль (выключение передачи) обычно находится между первой и второй передачами, причём включается не полным ходом рычага.

На автомобилях обычно управляется рычагом, одновременно выполняющим роль селектора режимов и переключения передач, но может управляться кнопками, расположенными на рулевом колесе. На тракторах управление секвентальной КПП может быть дублированным: рычагом и педалью.

Обозначается секвентальный режим латинской буквой «S».

В основу секвентальной коробки передач положена обычная механическая трансмиссия, только чуть-чуть модернизирована и «усложнена». Процесс переключения передач происходит с использованием гидравлики, это главное отличие этой коробки от роботизированной. Также переключения происходят последовательно, то есть не проскакивая скорости.

Использование гидравлики позволяет сократить время переключения передач секвентальной коробки до 150 миллисекунд. Так же позволяет уберечь коробку от «грубого» обращения с ней.

Рычаги переключения скоростей расположены обычно на руле. Существует как автоматическое переключение, так и ручное. Обычно это три режима:

1) стандартный механический;

2) спортивная механическая;

3) автоматическое переключение передач секвентальной коробкой без вмешательства водителя.

Например в моделях M 3 марки BMW скорость переключения передач снизилась до 80 миллисекунд. Это достигнуто благодаря использованию аэрокосмических технологий, технологий применяемых в «Формуле-1». Также секвентальные коробки имеют множество режимов, облегчающих жизнь водителю. Это режим подъёма в гору, снежная трасса и многие другие.

В обычных коробках в процессе переключения скоростей тяга привода подтягивается, поворачивается, нажимается, и «выбирается» нужная нам передача. В секвентальной же коробке создаётся давление в гидравлическом узле и наполняется гидроаккумулятор. Затем посредством работы гидравлической системы происходит процесс переключения передач.

К примеру, в секвентальной КПП. Переключать передачи можно двумя способами: с помощью рулевых переключателей, или используя рычаг переключения передач в центральной консоли, позволяющий мгновенно переходить с одной передачи на другую, не снижая скорость или мощность двигателя и не прибегая к помощи сцепления. Система Launch Control, использующая оптимальный диапазон оборотов для автоматического переключения передач, обеспечивает максимально быстрый разгон. При этом ногу с педали акселератора убирать не надо. Трогаться с места допустимо и на второй передаче (например, на льду).

Секвентальная коробка передач основана на обычной механической коробке передач. Среди важнейших инноваций — использование двух переключателей, расположенных на рулевом колесе, кроме обычного рычага селектора. Водитель может переключать передачи, не снимая руки с руля. Переключение передач строго последовательно – ни одну нельзя пропустить. Секвентальная коробка уменьшает риск неаккуратного переключения передач и перегрузку зубцов передачи.

Для составления публикации была использована информация с Википедии , bmw.ru , autoclub36.ru и cars-area.ru .

Как мы знаем, эволюция «коробок» переключения передач в автомобилях привела мир к изобретению автоматической трансмиссии, однако инженерный ум не стоял на месте, и механическую трансмиссию тоже не «убрали в шкаф» – инженеры модернизировали механизм переключения передач, и создали вариант секвентальной коробки. В ней передачи переключались только последовательно вверх или вниз.

Sequence — последовательность

Принцип работы данной КП прост как и в обычной механике, однако отличается она от обыкновенной, привычной нам трансмиссии, прямозубыми шестернями, которые установлены вместо косозубых, а роль педали сцепления выполняет гидравлический механизм. Этот механизм позволяет сокращать время переключения передач, что так важно в автомобильном спорте. Кроме скорости переключения такая коробка позволяет чётко переключать передачи в момент, когда автомобиль подвержен вибрациям и использование привычной коробки передач затруднено. Также одной из особенностей устройства секвентальной коробки передач служит то, что первичный и вторичный вал в такой трансмиссии наборный, то есть состоит из нескольких промежуточных взаимосвязанных между собой элементов. Такая особенность позволяет механикам оперативно менять шестеренки на спортивных автомобилях прямо во время гонок, чтобы подобрать оптимальные передаточные числовые соотношения зубчатых колес под текущие условия состязаний. Однако не только спортивные болиды могут похвастаться подобной «коробкой» – и на вашем «автомате» можно сдвинуть положение селектора в бок и получить секвентальную коробку передач. Её вы обычно называете «ручным» режимом.

У такой трансмиссии есть 3 возможных варианта работы в автомобиле:

обычный механический
механический спортивный
полностью автоматический

А рычаг селектора может находиться на рулевом колесе, в виде кнопки со специальной маркировкой.

И как с этим жить?

Как мы знаем, любая коробка передач может вызывать множество споров, иметь союзников и противников. Не обошло это стороной и секвентальную трансмиссию. Но давайте по порядку: если вы решились на автомобиль с подобной трансмиссией — вас обрадует отсутствие педали сцепления и скорость работы «коробки», помимо этого, как и любая «механика» секвентальная трансмиссия будет экономить вам топливо в сравнении с АКП. Второй несомненный плюс заключается в возможности ездить в нескольких режимах, про которые мы рассказали выше. Дополняет наш ряд плюсов переключение передач непосредственно на руле, при наличии лепестков.

Однако как мы все понимаем, не бывает идеальных механизмов, поэтому даже у такой, с виду идеальной коробки, бывают проблемы. Поскольку сцепление, как таковое, отсутствует — страдает гидравлический механизм переключения, ведь он изнашивается больше обычного из-за повышенных нагрузок. Посмотрите на соревнования в автоспорте, к примеру по дрифту, где практически после пары-тройки заездов механики уже готовы ремонтировать коробку передач. Серийные автомобили, конечно, позволяют вам наслаждаться ездой чуть дольше, ведь если вы не играете в спортивного водителя на дороге, ваша коробка передач будет жить долго и счастливо, но если вы решите поиграть в гонщика – готовьтесь к тому, что ремонтировать такие коробки передач очень и очень накладно, а заменить на новую ещё дороже.

Мифы и легенды

Вроде с технической и финансовой частями попытались разобраться, а теперь давайте пройдёмся по стереотипам, связанным с такими коробками:

«Секвенталка это робот.» А вот и нет! Пусть принципы работы у таких трансмиссий схожи, однако у роботизированной трансмисии сервоприводы электрические, против гидравлических у секвентальной.
«Секвенталка и автомат неразлучны.» — снова не угадали. Если бы не широкое распространение спортивных режимов на современных автоматических трансмиссиях, вы бы и не узнали о секвентальной коробке. Поэтому в гражданских версиях возможна смесь вариантов, а спортивных автомобилей с автоматический трансмиссией я не встречал.
«Только для спорткаров, только для болидов, только вместе с кулачковой КП.» – нет, безусловно если их использовать в паре, ваше преимущество будет космическим, но и на серийных автомобилях такие трансмиссии превосходно существуют не одно десятилетие.

Не отпугнуло?

Если перечисление всех плюсов и минусов не отпугнуло в желании завладеть таким типом трансмиссии – могу сказать только одно. Это наиболее перспективный вид «механики», который актуален для мощных автомобилей, а если такой коробкой ещё и заниматься, дорабатывать ее и совершенствовать – мы сможем вернуться в тот идеальный мир, в котором автомобилям на механической трансмиссии есть место в повседневном использовании, и в большинстве моделей у производителей.

Секвентальный механизм переключения. Что такое секвентальная коробка передач и как она работает? Машины с секвентальной коробкой

Механическая коробка передач сегодня эволюционировала. Были изобретены различные трансмиссии. Они существенно упростили управление машиной. Важный шаг в этом направлении – создание автоматической коробки передач. Позднее она изменялась и улучшалась. Теперь водителю нет необходимости думать, в какой момент нужно переходить на определенную передачу.

Но инженеры не оставили без внимания и механическую трансмиссию. Ее улучшили и изменили. Появлялись новые механизмы. Результат таких активных поисков лучшего варианта – секвентальная коробка передач. В этом случае передачи могут включаться только в определенной последовательности. Для того, чтобы повысить передачу, вверх, чтобы понизить – вниз.

В переводе с английского секвентальный означает «последовательный». В такой коробке можно переключать передачи только от высшей к низшей или от низшей к высшей. Данный принцип предусмотрен в мотоциклах с ножным управлением. При переключении передач ногой совершать сложные манипуляции проблематично. Вот почему в этом случае используется простой алгоритм: если рычаг перемещается вверх, передача повышается, если вниз – понижается. Такой вариант очень удобен.

Секвентальная КПП отличается от стандартной тем, что она бывает только двухвальной. При этом синхронизаторы отсутствуют, а шестеренки всегда только прямозубые. Нужны они для того, чтобы продвигать муфты, которые непосредственно включают передачи. Отличия заключаются не только в плане конструкции, но и эксплуатации. Для того, чтобы включить передачу в КПП, нужно выключить сцепление. В секвентальной при подъеме в гору или движении по прямой есть возможность переключения передач, не выключая сцепление.

Достоинства секвентальной коробки

Секвентальная коробка обладает массой достоинств:

Корпус коробки намного меньше.
Можно передавать существенно больший крутящий момент.
Конструкция способна легко выдерживать переменные нагрузки.
Переключение происходит с большой скоростью.
Смена передач не влияет на обороты двигателя.
В трансмиссии сохраняется мощность, вызванная нагревом элементов.
На подшипники валов оказывается достаточно небольшая нагрузка.
Обслуживание максимально простое.

Передачи меняются только последовательно в прямом или же в обратном направлении. Повышать передачу можно лишь ступенчато. Перескакивать с первой на третью, например, нельзя. Это не позволит сделать конструкция данной коробки. Еще одно значимое отличие секвентальной коробки – вторичный и первичный вал трансмиссии наборные. Состоят они из взаимосвязанных элементов промежуточного характера.

Стандартный механический.

Механический спортивный.

Автоматический , когда водителю вообще не требуется переключать передачи.

Где применяются секвентальные АКПП

BMW M3.

Mercedes Benz C-Class.

Но на самом деле секвентальная КПП является более распространенной, нежели это может показаться на первый взгляд. Как уже говорилось выше, такие коробки устанавливаются на мотоциклы, где обычно есть только две передачи. Что же касается нейтрального положения КПП, то на мотоциклах оно обычно фиксируется между первой и второй передачами.Еще больше распространения секвентальная коробка получила при конструировании и создании сельскохозяйственных тракторов, на которых кнопка или рычаг переключения передач могут располагаться как под ногами водителя, так и на рулевом колесе. Встречаются секвентальные коробки передач и на большегрузных автомобилях.

Устройство и принцип работы секвентальной коробки передач

Секвентальные или кулачковые КПП?

Преимущества использования такой коробки на авто и других видах транспорта

Недостатки секвентальной КПП

Секвентальная коробка передач

Развитие секвентальной коробки

Спортивный тип М

Исторические сведения

Семиступенчатая секвентальная коробка передач для BMW

Как происходит процесс переключения

Работа секвентальной коробки передач

Принцип работы

Гоночный болид с секвентальной коробкой передач

Достоинства и недостатки

Как это работает

У СКПП нет педали сцепления. Это приятно радует тех, кто не имеет большого опыта вождения. Управление упрощается, не нужно постоянно выжимать сцепление. За него отвечает электроника, получающая сигналы от сенсоров при считывании нажатий на педаль газа и включении передачи. Коробка, получив от блока управления команду, датчиками передает сигнал о скорости, на которой движется сейчас машина. Прогрессивный блок — это последний этап, где происходит корректировка параметров движения. Он изучает буквально все, от оборотов мотора до включенного или выключенного кондиционера.
В конструкции секвенталки используют шестерни прямозубного типа. Их КПД выше по сравнению с косозубыми конструкциями, стоящими на механике. Последние обладают внушительными потерями при трении. Хотя прямозубки передают меньший крутящий момент. Чтобы компенсировать это, шестерни ставят большого размера.
Сервопривод гидравлического типа. Последняя отличительная черта. Такое устройство осуществляет переключение между скоростями. Сейчас многие уверены, что гидросервопривод — это достояние роботизированных коробок. Распространенная ошибка, ведь там используют электрические девайсы.

Принцип и устройство

Внимание! За переключение передач отвечает блок управления.

Это интересно: Топливный фильтр Mazda 3

Что такое секвентальная коробка передач:

Особенности функционирования

спортивном;
стандартном;
автоматическом.

Секвентальная коробка передач

Секвентальная коробка передач автомобиля

меньшие габаритные размеры корпуса коробки;
возможность передавать больший крутящий момент;
выдерживает переменные нагрузки;
скорость переключения составляет 0,1-0,2 сек;
при смене передач не падают обороты двигателя;
не теряется мощность в трансмиссии, которая вызвана нагревом деталей;
простота обслуживания.

В секвентальной коробке при езде по прямой или в гору передачи переключать можно без выключения сцепления.

Плюсы и минусы

Начнем с преимуществ.

Высокая скорость переключения. Автомат живет своей жизнью, потому иногда он откровенно тупит и не делает то, чего ждешь. Механику переключать сложнее. Оптимальную скорость выдает СКПП. Электронный блок и гидравлика обеспечивают минимальные затраты по времени на переход с передачи на передачу. Для профессионального автоспорта это крайне важно.
Удобство. Выжимать педаль сцепления, попадать в передачу, да еще и на скорости при плохой дороге — удовольствие сомнительное. СКПП гарантирует точность и комфорт при переключениях. Это бесспорный факт.

Отсутствие потери скорости. Да, секвентальная коробка переключает быстро, провалов между переходами нет, отсюда и размеренная езда, быстрый набор скорости.
Расход топлива. Все предыдущие пункты влияют на появление этого преимущества. СКПП бережно расходует топливо и помогает экономить.
Подрулевые лепестки. Дополнительная опция, позволяющая почувствовать себя гонщиком. Удобно и необычно.
Два режима. Но тут внесу поправку. Это у АКПП есть функция перехода на ручной режим с помощью секвентальной системы. Так что это скорее плюс автоматов.

Но не все так идеально. У СКПП есть два существенных недостатка.

Низкая устойчивость к нагрузкам и износам. Система сложная, состоит из множества элементов и требует аккуратного обращения. Нельзя просто наобум щелкать лепестками или рычагом. Следует правильно выбирать момент для переключения. Если этого не делать, механизмы быстро выйдут из строя. Не зря СКПП стоят на машинах профессиональных гонщиков.
Цена. Она высока на саму машину с СКПП и на обслуживание такой коробки. Хотя если у вас есть деньги на авто с секвенталкой, стоимость ее ремонта не должна быть проблемой.

Исторические сведения о секвентальной коробке

Внимание! Модификация секвентальной коробки называлась SMG 1.

Благодаря эволюции механической классической КПП появились новые типы трансмиссии, которые так или иначе позволяют сделать управление авто более легким и комфортным. Автоматическая трансмиссия стала огромным прорывом в данной области. Ежегодно она продолжала модифицироваться и совершенствоваться, давая возможность водителю не задумываться о переключении передач. При этом механическая КПП не собиралась отставать: она тоже трансформировалась, формировала новые, более совершенные вариации.

Секвентальная коробка передач стала одним из таких новшеств. Она разительно отличается от других и позволяет менять передачи только в строго установленной последовательности: вниз для перехода на одну ниже, вверх — на одну выше.

Секвентальная коробка передач: принцип работы

В базе коробки передач данного вида лежит механическая обычная трансмиссия. Среди основных отличий стоит отметить осуществление переключения за счет механизма гидравлики, отсутствие педали сцепления (управление системой осуществляется электронным блоком) и изменение косозубых шестерен на прямозубые. Обеспечивают данные конструкционные особенности существенное снижение скорости переключения, что крайне важно для гоночных и спортивных автомобилей.

Где используется

Такая коробка передач приобрела распространение на гоночных соревнованиях. Это сделали с расчетом на то, что гонщику в процессе высокоскоростной езды (когда на машину воздействует вибрация и большие нагрузки) будет проще последовательно переключать передачи, чем стараться попасть в определенную.

Также секвентальная коробка передач уже давно активно используется на обычных серийных авто и успела приобрести большую популярность. Среди автолюбителей она получила название ручного режима трансмиссии.

Сцепление

Несмотря на отсутствие соответствующей педали, секвентальная коробка передач имеет сцепление, контролируемое специально предназначенным электронным блоком. Он перенимает сигнал с сенсора, определяющего силу давления на педаль газа, и включает необходимую передачу.

Электронный блок отправляет команду на КПП к специальным датчикам. После принятия команды они передают сигнал на прогрессивный блок, в котором находятся данные о скоростном режиме. Это устройство является последним элементом, отвечающим за изменение работы двигателя. Оно принимает команды с различных датчиков, от включенной системы кондиционирования и силы нажатия на педали. Вычисляется и корректируется скоростной режим на основе этой информации.

Классификация

Секвентальная коробка передач разделяется на КПП с применением сервопривода (с автоматикой или без) и КПП прямого действия, в основном распространенного на мотоциклах. Принцип работы последнего заключается в следующем: производится переход на одну верхнюю передачу соответственным передвижением рычага. Обратный алгоритм используется для перевода на нижнюю. Находится выключение между второй и первой передачами, осуществляется включение при помощи неполного отведения рычага.

Управление передачами на автомобилях производится рычагом, использующимся как переключатель, а также селектором режимов. Возможно применение «лепестков» или кнопок, находящихся на самом рулевом колесе. Дублированный принцип (рычаг+педаль) используется на тракторах.

Достоинства

К сильным сторонам КПП относится отсутствие самой педали сцепления, благодаря чему водители-новички чувствуют себя намного комфортнее. Другое неоспоримое преимущество — это увеличенная скорость переключения по сравнению с автоматической трансмиссией или стандартной механической (все-таки в скоростном аспекте лидирующую позицию занимает кулачковая коробка).

Составляет переключение примерно 150 мс. Столь короткий временной интервал достигается за счет присутствия сервопривода на гидравлической основе и электронного управления системы. Секвентальная автоматическая коробка передач меняет в автоспорте все правила игры. Также машина приобретает лучшее сцепление с дорожным покрытием, так как вибрация и тряска практически отсутствуют. Водителю не приходится до упора давить на педаль газа для достижения необходимого количества оборотов до того, как будет совершен переход на повышенную передачу.

Следующим достоинством является возможность выбора режима переключения. Это может быть автоматическое или ручное управление. Существует, как правило, три режима:

полностью автоматизированный;
спортивный механический;
стандартный механический.

Автоматическая адаптивная секвентальная коробка передач характеризуется присутствием кнопок на самом руле, благодаря чему водитель может, не отвлекаясь, контролировать передачи. Также топливный расход автомобиля значительно снижен за счет грамотно организованной трансмиссии.

Слабые стороны

В конструкции трансмиссии кроются недостатки данного типа. Заключаются сложности в малой износоустойчивости механизма гидравлики, который подвержен быстрому износу при высокоскоростной езде, из-за чего он нередко выходит из строя. Владельцам гоночных авто приходится очень часто перебирать всю конструкцию.

Секвентальная коробка передач на ВАЗ и других серийных автомобилях не испытывает больших нагрузок и намного дольше обходится без ремонта. Тем не менее нужно правильно эксплуатировать механизм, уметь ощущать время необходимого понижения или повышения передачи в механическом режиме. В ином случае может пострадать любой отдел трансмиссии, к примеру, гидравлический привод, что выльется в дорогостоящий и продолжительный ремонт.

На чтение 5 мин.

Здесь получается так, что одна тяга в момент переключения подтягивается, а другая – нажимается. То есть, в момент подтягивания тяги переключения первой передачи тяга второй передачи нажимается. Это дало возможность значительно сократить временной интервал переключения в сравнении с обычной коробкой передач.

В переводе с английского языка секвентальная переводится как последовательность. Стало быть, секвентальная коробка передач означает только последовательное переключение скоростей. Этот принцип работы заключается в воздействии на управление ногой (примером может служить мотоцикл), для быстрого переключения — спортивный автомобиль; в случае большого количества передач, выбор которых с помощью переключения рычага не очень удобен — это трактор, грузовые автомобили. Чаще всего происходит переключение за счет смещения органа управления от нейтрального положения. В то время как принцип работы классической КПП заключается в самостоятельном выборе передачи.

Развитие секвентальной коробки

Между этими КПП есть разница, которую стоит понять. Взять, к примеру, обычную машину с механической коробкой. В этом случае водитель самостоятельно делает выбор передачи скорости. То есть, разогнавшись, у него есть возможность переключиться с третьей скорости на пятую или же, наоборот — при торможении, перейти с пятой на третью. Этот механизм еще можно назвать поисковым, так как включение передачи скоростей полностью зависит от водителя. Еще раз хочется отметить, что передача может быть любой, самое главное, чтобы было соответствие режиму движения и нагрузкам на автомобиль.

Но то, что касается обладателей секвентальной коробки передач — они такой возможности свободного переключения лишены. Это действие может осуществляться только на одно значение либо вверх, либо вниз. То есть, переключение будет выглядеть следующим образом: два-три-четыре или семь-шесть-пять, что характерно для мотоциклов BMW и для мотоциклов М1-М. Другого переключения на такой коробке добиться невозможно.

Спортивный тип М

Исторические сведения

Как происходит процесс переключения

Сравнивая обычную коробку передач с секвентальной SMG 3, обращаешь внимание, что в обычной КПП в момент переключения тяга привода переключения передач подтягивается, после чего поворачивается и нажимается. В сравниваемом устройстве все происходит по-другому. Здесь получается так, что одна тяга в момент переключения подтягивается, а другая — нажимается. То есть, в момент подтягивания тяги переключения первой передачи тяга второй передачи нажимается. Это дало возможность значительно сократить временной интервал переключения в сравнении с обычной коробкой передач.

Работа секвентальной коробки передач

Принцип работы

Достоинства и недостатки

Такая секвентальная трансмиссия имеет свои характерные особенности. Достоинствами этого агрегата можно выделить отсутствие педали сцепления, что особенно удобно для начинающих водителей. Следующее положительное качество, характеризующее эту модель устройства — скорость переключения скоростей, которая превышает классические автоматические и механические трансмиссии. Другое достоинство — экономичность, которая происходит за счет сокращенного переключения скоростей. Также предлагается возможность выбора режима — механика или автомат.

Sequence — последовательность

У такой трансмиссии есть 3 возможных варианта работы в автомобиле:

обычный механический
механический спортивный
полностью автоматический

А рычаг селектора может находиться на рулевом колесе, в виде кнопки со специальной маркировкой.

И как с этим жить?

Мифы и легенды

«Секвенталка это робот.» А вот и нет! Пусть принципы работы у таких трансмиссий схожи, однако у роботизированной трансмисии сервоприводы электрические, против гидравлических у секвентальной.
«Секвенталка и автомат неразлучны.» — снова не угадали. Если бы не широкое распространение спортивных режимов на современных автоматических трансмиссиях, вы бы и не узнали о секвентальной коробке. Поэтому в гражданских версиях возможна смесь вариантов, а спортивных автомобилей с автоматический трансмиссией я не встречал.
«Только для спорткаров, только для болидов, только вместе с кулачковой КП.» – нет, безусловно если их использовать в паре, ваше преимущество будет космическим, но и на серийных автомобилях такие трансмиссии превосходно существуют не одно десятилетие.

Не отпугнуло?

Механизм «Пинг-понг» — Chemistry LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Механизм
Дополнительная литература
Примеры вопросов
Ответы
Ссылки
Авторы и авторства

Простейший из ферментов предполагает связывание одного субстрата с ферментом и производство продукта плюс фермент.Однако большинство ферментов более сложные и катализируют реакции с участием нескольких субстратов. Связывание двух субстратов может происходить посредством двух механизмов: последовательного механизма и непоследовательного механизма. В последовательных механизмах оба субстрата связывают фермент, и реакция продолжается с образованием продуктов, которые затем высвобождаются из фермента. Этот механизм можно подразделить на случайные и упорядоченные реакции. Для случайных реакций порядок связывания субстратов не имеет значения.В упорядоченных реакциях один субстрат должен связать фермент, прежде чем второй субстрат сможет связываться. Непоследовательный механизм не требует связывания обоих субстратов перед высвобождением первого продукта. Эта страница будет посвящена непоследовательному механизму, который также известен как механизм «пинг-понг». Это называется так, потому что фермент подпрыгивает от промежуточного состояния к стандартному. Фермент действует как мяч для пинг-понга, перескакивая из одного состояния в другое.

Механизм

Механизм пинг-понга, также называемый реакцией двойного вытеснения, характеризуется превращением фермента в промежуточную форму, когда происходит реакция первого субстрата на продукт.Важно отметить термин «промежуточный», указывающий на то, что эта форма носит временный характер. По окончании реакции фермент ДОЛЖЕН быть найден в исходной форме. Фермент определяется тем фактом, что он участвует в реакции и не расходуется. Другой ключевой характеристикой механизма пинг-понга является то, что один продукт образуется и высвобождается до связывания второй подложки. Рисунок ниже объясняет механизм пинг-понга посредством ферментативной реакции.

Это изображение показывает, что, когда субстрат А связывается с ферментом, образуется комплекс фермент-субстрат EA.В этот момент образуется промежуточное состояние E *. P высвобождается из E *, затем B связывается с E *. B преобразуется в Q, который выпускается как второй продукт. E * становится E, и процесс можно повторить. Часто E * содержит фрагмент исходного субстрата A. Этот фрагмент может изменять функцию фермента, присоединяется к субстрату B или к тому и другому.

Вот еще одна диаграмма, показывающая ту же реакцию:

Пример \ (\ PageIndex {1} \): Химотрипсин

Примером механизма пинг-понга может быть действие химотрипсина.При взаимодействии с п-нитрофенилацетатом (А) реакция химотрипсина, как видно, протекает в две стадии. На первом этапе субстрат очень быстро реагирует с ферментом, что приводит к образованию небольшого количества п-нитрофенолята (P). На втором этапе взаимодействие субстрат-фермент приводит к образованию иона ацетата (Q). Действие химотрипсина — это реакция пинг-понга, потому что связывание двух субстратов заставляет фермент переключаться между двумя состояниями. Пожалуйста, обратитесь к разделу Химотрипсин и кинетика ферментов в предустановленном состоянии для получения более подробной информации о действии химотрипсина.

Пример \ (\ PageIndex {2} \): пируваткарбоксилаза

Другим примером фермента, который проявляет механизм пинг-понга, является пируваткарбоксилаза. Этот фермент катализирует добавление диоксида углерода к пирувату с образованием оксалоацетата. (приводит к глюконеогенезу) Этот биотинсодержащий фермент работает путем связывания CO ₂ (A) с образованием карбоксибиотина (EA). Биотин поворачивается к пирувату (E * P) и высвобождает CO _2. (P, из-за того, что он был перемещен из своего исходного сайта связывания) Пируват (B), в непосредственной близости от CO ₂, атакует частичный позитив углерода в CO ₂ (E * B).Оксалоацетат образуется внутри фермента (EQ) и высвобождается (Q). Пока происходит эта атака, биотин возвращается в исходное положение (E * -> E) и готов связать другой CO ₂.

Дополнительная литература

Важным фактором для понимания механизма пинг-понга является то, что при построении графиков 1 / v и 1 / [A] при различных концентрациях B видна серия параллельных линий. В этом случае A — это первая подложка, а B — вторая подложка.

Обратитесь к этим разделам, посвященным кинетике ферментов и кинетике michaelis-menten, чтобы лучше понять, что означает этот тип графика.

Примеры вопросов

Какой тип механизма связывает субстрат с помощью механизма пинг-понга?
Каковы две характеристики фермента, катализирующего реакцию по механизму пинг-понга?
Следующая диаграмма показывает механизм глутамат-аспартатаминотрансферазы: Можно ли считать этот механизм реакцией пинг-понга / двойного вытеснения? Почему или почему нет?

Ответы

Механизм для настольного тенниса — непоследовательный механизм.Продукт высвобождается после связывания первого субстрата.
Во-первых, продукт виден до связывания второго субстрата. Во-вторых, связывание первого субстрата заставляет фермент переходить в промежуточную форму, которая будет связывать второй субстрат. В-третьих, график зависимости 1 / v от 1 / [A] при изменении [B] будет параллельными линиями.
Да! Это определенно можно считать механизмом для пинг-понга. Во-первых, мы можем видеть, что есть состояние E ‘, которое указывает на механизм пинг-понга.Пиридоксаль — это кофермент, связанный с глутамат-аспартатаминотрансферазой, который принимает аминогруппу из глутамата и становится пиридоксамином, высвобождая альфа-кетоглутарат. Пиридоксамин, связанный с ферментом, затем отдает свою аминогруппу оксалоацетату для регенерации пиридоксаля, а также аспартата.

Список литературы

Чанг, Раймонд. 2005. Физическая химия для биологических наук. Саусалито (Калифорния): Университетские научные книги. п. 372-377.
Клеланд, Уоллес.«Вывод уравнений скорости для многоузловых механизмов пинг-понга с реакциями пинг-понга на одном или нескольких участках». Журнал биологической химии 248,24 (1973): 8353-355. Распечатать.
Гаррет Р. и Чарльз М. Гришем. «Глюконеогенез, метаболизм гликогена и пентозофосфатный путь». Биохимия . Бельмонт, Калифорния: Брукс / Коул, Cengage Learning, 2010. 664-66. Распечатать.
Гаррет, Реджинальд и Чарльз М.Гришем. «Ферменты-кинетика и специфичность». Биохимия, четвертое издание. Белмонт, Калифорния: Брукс / Коул, Cengage Learning, 2010. стр. 406-407.

Авторы и авторство

Мелисса Хилл, Лаура Лан, Эндрю Джилван

Разрешение согласованного и последовательного механизмов в фотоиндуцированной реакции переноса двойного протона в 7-азаиндольном димере с Н-связью

Abstract

Представлены экспериментальные и теоретические основы синхронного или согласованного переноса двух протонов в центросимметричных электронно-возбужденных молекулярных димерах с водородной связью.Модель-прототип — димер 7-азаиндола. Новое исследование предлагает подтверждение согласованного механизма бипротонного переноса возбужденного состояния. Недавние методы фемтосекундной фотоионизации и кулоновского взрыва привели к наблюдениям за времяпролетным МС, предполагающим последовательный двухступенчатый бипротонный перенос для одного и того же димера. Мы интерпретируем общие виды, наблюдаемые в экспериментах по времени пролета, как объяснимые, не противоречащие согласованному механизму переноса протона.

Димер с двойной Н-связью 7-азаиндола (7-AI) был исчерпывающе изучен в качестве модельного прототипа таутомеризации пар оснований ДНК, поскольку признано, что он претерпевает бипротонный перенос (1) при фотовозбуждении.Центральным вопросом в реакциях двойного протонного переноса (ПП) является то, применим ли последовательный (ступенчатый) или согласованный механизм к двум протонодонорным и протоноакцепторным сайтам (2). Пошаговый механизм требует, чтобы кривая потенциальной энергии реакции имела промежуточный минимум между потенциальным минимумом для нормальных таутомеров и PT таутомеров, чтобы можно было наблюдать конечное время жизни переходных промежуточных частиц (3). Недавние результаты фемтосекундной масс-спектрометрии димера 7-AI, полученного в результате адиабатического расширения (4, 5), были опубликованы в переохлажденных молекулярных пучках, образованных адиабатическим расширением струи, и утверждается, что с помощью быстрой переходной кинетики был установлен двухступенчатый механизм ФП для фотовозбужденных 7. -AI, с очевидным подтверждением теоретических расчетов (6).Другая лаборатория (7) заявила об аресте промежуточного продукта, включающего один ФТ в димере 7-AI, с помощью техники кулоновского взрыва, также в экспериментах с переохлажденными молекулярными пучками. Мы считаем, что эти результаты были неверно истолкованы, и поскольку они уже принимаются в некоторых кругах (2, 8) как доказанные, мы представляем уточненные расчеты и экспериментальные результаты для проверки согласованного механизма бипротонного переноса для 7-AI. В обоих экспериментах по расширению струи на молекулярном пучке используются жесткие инвазивные методы (фотоионизация, кулоновский взрыв) для получения катионных частиц, необходимых для обнаружения с помощью времяпролетного (TOF) -MS.Мы показываем, что эти процедуры лазерной фотоионизации вносят серьезные возмущения в электронные состояния вовлеченных молекулярных систем и, по сути, создают катионные молекулярные частицы, которые считаются промежуточными.

Развитие фемтосекундных лазерных технологий теперь позволяет синхронизировать динамические химические события в пикосекундной и субпикосекундной шкале времени. Следовательно, возникла новая двойственность критериев механизмов молекулярных реакций: ( a ) классическое требование с демонстрацией промежуточной впадины на кривой потенциальной энергии реакции или ( b ) (суб) пикосекундное наблюдение за переход через промежуточную молекулярную конфигурацию.Оба они могут удовлетворять операционному критерию Бриджмена (9) для физической реальности, если характеристика промежуточного продукта может быть установлена, а динамика реакции находится в пределах, налагаемых реальной системой. Мы сравним две возможности для случая бипротонной фототаутомерии.

Ключевой рассматриваемой молекулой является 7-AI (рис. 1 B ), выбранная (1) в качестве модели-прототипа для молекулы пары оснований, чей димер с двойной H-связью (рис. 1 D ) может служить для имитации пар оснований ДНК.

Было опубликовано много исследований быстрой динамики двойного ФП в димерах 7-AI, начиная с новаторского исследования пикосекундной области, проведенного Хетерингтоном, Майклсом и Эйзенталем (10). Окончательное фемтосекундное спектроскопическое исследование Takeuchi и Tahara (11, 12) двойного ФП димеров 7-AI в растворе и всестороннее спектроскопическое исследование Fuke et al. (13, 14) о спектрах высокого разрешения 7-AI в переохлажденных струйных (газообразных) нейтральных молекулярных пучках предлагает подробный обзор фотофизики явлений возбуждения в этой молекуле и ее димере с водородной связью.

Первоначальное исследование (1) 7-AI установило склонность молекулы к димеризации в углеводородном растворе, проявляя (зависящую от концентрации) зеленую вторую полосу флуоресценции (λ _макс. 475 нм), которая заменяет УФ- фиолетовая полоса флуоресценции (λ _max 330 нм) мономера. Отнесение зеленой флуоресценции к таутомеру PT димера 7-AI (пирроло-H, переведенное в аза-N, рис. 1 D ) было установлено путем сравнения со спектроскопией стабилизированного метилом PT N- . разновидности таутомера (7-метил-7-H-пирроло [2,3-b] пиридин) 7-AI (15).

Требование одновременности

Движущая сила для PT возбужденного состояния в 7-AI — это электронная перестройка, которая происходит при возбуждении основного состояния (S ₀) в первое возбужденное состояние π-электронов (S ₁) 7-AI. . Расчетный дипольный момент изменяется от 1,61 D до 2,66 D, соответственно (J.C., неопубликованная работа), демонстрируя сдвиг электронной плотности от пирроло к пиридиновому кольцу. Этот сдвиг отчетливо виден (рис. 2) в электронном распределении первой возбужденной молекулярной орбитали (теперь заселенная самая низкая незанятая молекулярная орбиталь конфигурации основного состояния) по сравнению с электронным распределением самой высокой занятой молекулярной орбитали.Это изменение электронного распределения приводит к увеличению кислотности пирроло-N и одновременному увеличению основности пиридино-N. В димере 7-AI с двойной водородной связью (рис. 1 D ) два протона, таким образом, заставляют обмениваться своей ковалентной связью с ранее связанным водородной связью с атомом азота синхронно или согласованно. Характеристика согласованно применима только в случае, когда обе молекулы возбуждаются одновременно до состояния S ₁. Молекулярные орбитали для основного состояния рассчитаны на уровнях B3LYP / 6–31G ** с оптимизацией геометрии молекулы.Полное представление расчета распределения заряда в различных электронных состояниях 7-AI и результирующего дипольного момента, момента перехода и связанных свойств будет предоставлено в другом месте.

Рисунок 2

Молекулярные орбитали для электронного перехода S ₀ → S _1a димера 7-AI с водородными связями [от самой высокой занятой молекулярной орбитали (ВЗМО) до возбуждения нижней незанятой молекулярной орбитали (НСМО)], демонстрируя большое увеличение пиридиновой -N электронная плотность.Затенение темным и светлым соответствует разным знакам волновых функций. Большое увеличение электронной плотности пиридино-N при возбуждении также наблюдается во втором переходе S ₀ → S _1b димера 7-AI.

Возможность одновременного возбуждения двух оснований в их состояния S ₁ обсуждалась при первом введении 7-AI в качестве модельной молекулы для спаривания оснований ДНК (1). Одновременное или когерентное возбуждение двух соседних молекул рассматривается в рамках теории молекулярных экситонов (16, 17).При расщеплении молекулярного экситона можно использовать векторную модель для диполь-дипольного взаимодействия возбужденного состояния, при этом два антипараллельных диполя перехода (притягивающая матрица) представляют нижнее экситонное состояние для димера и два параллельных диполя перехода (отталкивающая матрица) для верхнего экситонное состояние. Нижнее состояние (S _1a, 2A _g) в геометрии C _2h центросимметричного плоского димера с водородными связями является строго электродипольным, запрещенным для поглощения фотонов из основного состояния (S ₀, 1А _г).Верхний расщепленный уровень экситона — S _1b, B _u и разрешен как электрическое дипольное поглощение фотонов. Ключевыми наблюдениями реальности молекулярных экситонных состояний были окончательные наблюдения Fuke et al. (13, 14), что действительно существует двухфотонное разрешенное 1A _g → 2A _g (S ₀ → S _1a) электронное возбуждение в димере 7-AI с Н-связями (супер- охлажденный молекулярный пучок), за которым следует однофотонно-разрешенное 1A _g → 1B _u (S ₀ → S _1b) электронное возбуждение.Это наблюдение бифотонного низшего электронного перехода в димере 7-AI, за которым следует нормальный однофотонно-разрешенный переход, доказывает существование электронно-связанных состояний в димере, т. Е. Что мономеры 7-AI одновременно возбуждаются в димере. . Как следствие, все волновые функции должны быть центросимметричными для димера, а движущая сила для согласованного ФП также должна быть центросимметричной. Это наблюдение бифотонного поглощения является спектроскопической основой согласованного бипротонного механизма в фотовозбужденном димере с Н-связями 7-AI.Во второй статье Фук и Кайя (14) также обнаружили слабое однофотонное поглощение с той же полосой происхождения O, O в спектре возбуждения флуоресценции, что и двухфотонное поглощение. Эти авторы не осознавали важность своих двойных наблюдений как бифотонного, так и однофотонного возбуждения. Бифотонное поглощение сильное и однозначное; слабое однофотонное поглощение представляет собой типичное небольшое ослабление строгих правил отбора экситонов, возникающее из-за небольшого геометрического искажения димера.Основная составляющая остается бифотонной для низшего перехода S ₀ → S _1a.

Спектроскопические условия, необходимые для пошагового или последовательного двойного ФП, будут следующими: Для молекулярного димера 7-AI A ₁ A ₂ в основном состоянии сначала необходимо возбудить A ₁ пары A * ₁ A ₂, так что пирроло-H A ₂ будет притягиваться к молекуле A ^* ₁; затем на втором этапе необходимо возбудить A ₂ A ^* ₁ A ^* ₂ так, чтобы пирроло-H A ₁ был привлечен к молекуле A ^* ₂ .Такой электронный механизм прямо противоречит принципам возбуждения соседних молекул димера и обширным эмпирическим наблюдениям.

Бипротонный перенос в растворе

Общие экситонные правила преобладают и в спектроскопии растворов (см. Ниже). Необходимость синхронного двойного ФП проявляется также в таутомеризации 7-AI путем катализа протонными растворителями. Было отмечено, что простые спирты катализируют таутомеризацию (1) 7-AI, а жидкая вода — нет.Спирты (например, метанол, этанол) легко образуют циклический сольват с двойной Н-связью (1) с 7-AI, способствуя синхронному или согласованному бипротонному переносу за счет сверхбыстрых эффектов взаимной индукции связанного протонодонорного, протоноакцепторного сайта. . В жидкой воде водородно-связанные цепи и кластеры будут предлагать большое количество протоноакцепторных и протонодонорных сайтов, но в жидкой воде мономерный H ₂ O не существует, и синхронность протонодонорных и протоноакцепторных действий отсутствует. Однако, если мономерный H ₂ O образуется путем микродобавления воды к непротонному растворителю, такому как этиловый эфир, циклический комплекс моногидрата с 7-AI легко проявляет зеленую флуоресценцию димера PT (18–20).Этот и связанные с ним эксперименты подтверждают требование одновременности согласованного двухпротонного ФП в возбужденном состоянии S ₁ 7-AI. Ab initio расчеты акво-комплексов 7-AI были выполнены Шуклой и Мишрой (21) и независимо Чабаном и Гордоном (22).

Расчет теоретической кривой потенциальной энергии

Для квантово-теоретических расчетов сложных многоатомных молекул доступен ряд приближенных методов с возрастающим уточнением.Для 7-AI использовались четыре уровня приближения. Сущность и методы учета эффектов электронной корреляции подробно рассмотрены Рагвачари и Андерсоном (23).

Ранний полуэмпирический расчет для всех валентных электронов для реакционного потенциала PT для 7-AI был выполнен (24) с использованием CNDO / 2 для геометрии состояния S ₀ с последующим определением конфигурационного взаимодействия S _{1 Энергия перехода Франка-Кондона в состояние} (CI-CNDO / 2) на основе молекулярных орбиталей S ₀ -CNDO / 2.Этот расчет не выявил ни промежуточного минимума потенциала между минимумами таутомера основного состояния S ₀ и S ‘₀ (нормальный таутомер и таутомер 7-H PT 7-AI, соответственно), ни соответствующего возбужденного состояния (S ₁ -S ‘₁) PT потенциал реакции.

Douhal et al. (6) использовали два независимых ab initio (неэмпирических) квантово-механических методов для исследования кривой потенциальной энергии для реакций PT в 7-AI.( a ) В первых расчетах использовался ограниченный метод самосогласованного поля Хартри-Фока (RHF) для основного электронного состояния. Электронная корреляция исключается по определению в процедуре HF, причем энергия корреляции определяется количественно как разность энергий между энергией HF и истинной энергией системы. Расчет HF из-за его ограниченного характера не может считаться достаточным для изучения систем, имеющих водородные связи в своей молекулярной структуре. Известно, что молекулярные структуры, участвующие в процессе реакции ПК, нельзя адекватно описать без учета электронной корреляции (25).Douhal et al. (6) рассчитал потенциал реакции первого возбужденного синглетного состояния для таутомеризации димера 7-AI, используя простой расчет конфигурационного взаимодействия по молекулярной структуре RHF. ( b ) Во втором вычислении Douhal et al. (6), поправка на корреляционную энергию была включена с использованием CIS-MP2, теория возмущений Мёллера-Плессета во втором порядке. В расчетах использовался базисный набор 4–31G с программами Gaussian-94. Модель CIS-MP2 ограничена в своем подходе к полной энергии корреляции электронов и оказалась ненадежной в связанных расчетах поверхности потенциальной энергии для реакций переноса атома водорода (26).Усеченный базисный набор 4–31G также является основным ограничением достоверности расчетов, представленных Douhal et al. (6).

Расчетные профили потенциальной энергии реакции, опубликованные качественно (без каких-либо координатных масштабов) как их рисунок 2, Douhal et al. (6) представлены здесь (наш рис. 3) в исправленном виде. Показано, что в исходном виде потенциальные кривые имеют промежуточный минимум. В таком качественном виде кривые были взяты в качестве подтверждения (например.г., рисунок 1 в исх. 5) экспериментальных результатов и поддержал предположение (7) о двухступенчатом механизме ФП в димере 7-AI. Однако кривые, построенные Douhal et al. Номер (6) не соответствуют полученным ими расчетным числам. Если ввести шкалу энергии на ординате (наш рис. 3) [на основе 0–14,78 ккал / моль (мин / макс)] для потенциала S ₁ / S ′ ₁ (наши обозначения), становится очевидным, что для этого расчета нет промежуточного минимума возбужденного состояния.Douhal et al. Профиль потенциала реакции (не обозначенный на рисунке 2), по-видимому, предназначен для расчета RHF, поскольку авторы отмечают далее в тексте, что расчеты Møller-Plesset (CIS-MP-2) не показывают промежуточного минимума. Вызывает недоумение то, что Douhal et al. (6) решил отобразить результаты неадекватного расчета RHF, тогда как улучшенные расчеты CIS-MP-2 приблизились бы к более реалистичной кривой потенциальной энергии. Переходное состояние «горбится» TS1 ‘и TS2’, показанное Douhal et al. (6) могут не существовать, поскольку они кажутся зависимыми от произвольного внесения геометрического искажения или от очень сложной теоретической оптимизации геометрии.

Рисунок 3

Кривые реакционного потенциала PT для димера 7-AI. Сплошные кривые, данные Douhal et al. (6) без калибровки шкалы. Пунктирные кривые скорректированы для соответствия опубликованным значениям энергии Douhal et al.

Расчеты по теории гибридного функционала плотности (HDF) были выполнены для основного электронного состояния в настоящем исследовании с использованием конфигурационного взаимодействия для кривой потенциальной энергии возбужденного состояния, CIS-6–31G ** / B3LYP / 6–31G ** , с оптимизацией геометрии состояния S ₀.Расчетный потенциал для фототаутомерии 7-AI с согласованным двойным ФП показан на рис. 4. Из начального минимума возбужденного состояния S ₁ (S _1a и S _1b, обозначенных 2A _g и 1B _{). u}) до минимума S ′ ₁ (S ′ _1b и S ′ _1a, 1B _u и 2A _g) для пары PT таутомеров (H-связанный димер таутомера 7-H ) существует единственный потенциальный барьер ( около 8,5 ккал / моль для состояния 2A _g и 7.8 ккал / моль для 1В _и). Эти теоретические потенциалы подтверждают отсутствие промежуточного минимума и усиливают механизм бипротонного переноса в 7-AI как согласованный механизм для одновременного двухсайтового би-ПТ. Надежность метода HDF подтверждается демонстрацией надежности расчета потенциала реакции переноса H-атома (26), при этом результаты HDF были сохранены в более точном расчете квадратичного конфигурационного взаимодействия (QCISD).

Рисунок 4 Кривая PT реакции потенциальной энергии PT в возбужденном состоянии Франка-Кондона (S ₁ -S ‘₁) для димера 7-AI (рис.1 D ), построенный на основе расчета HDF для согласованного процесса двойного PT димера 7-AI с двойной Н-связью (C _2h).

Симметрии A _g и B _u (рис. 4) относятся к центросимметричному димеру C _2h с Н-связями, соответствующему расщепленной экситонной полосе (1) вырожденных электронных экситонных состояний нулевого порядка. пары димеров, как обсуждалось ранее. Аналогично, рассчитанные HDF потенциалы для предполагаемого одиночного ФП в димерах 7-AI указывают на монотонный рост первого потенциала ФП от минимума реакции S ₁ (рис.5, Left ), и монотонный спуск для второго PT-потенциала до минимума реакции S ‘₁ (рис. 5, Right ). Расчет HDF дает те же симметрии и упорядочение компонентов электронного состояния S ₁ и S ‘₁, что и теория молекулярных экситонов, без приближения точечного диполя и других ограничений простой теории молекулярных экситонов Давыдова.

Рисунок 5

Ступенчатые реакционные потенциалы PT (возбужденные состояния S ₁ -S ‘₁) для димера 7-AI, построенные из расчета HDF.( слева, ) Перенос первого протона от пирроло-N ₁ нижнего 7-AI на рис. 1 D в пиридино-N ₇ верхнего 7-AI. ( Правый ) Перенос второго пирроло-H верхнего 7-AI в пиридино-N ₇ нижнего 7-AI рис. 1 D .

В стабильных нормальных таутомерах 7-AI пирроло-N имеет pK для ассоциации протонов (рис. 1 B ), по крайней мере, на шесть единиц pK больше, чем для пиридино-N, тогда как для возбужденного состояния PT Для таутомера соотношение pK обратное, с таутомером 7-H (рис.1 T ) стабилизируется (как кратковременный переходный режим). Однако в растворе метиловый спирт / HCl можно легко получить катион (рис. 1 C ) и измерить его спектры поглощения и флуоресценции (λ _max 445 нм). Аналогичным образом аналогичные спектры аниона (рис. 1 A ) наблюдаются для раствора ДМСО / NaOH.

Наблюдение спектров катионной (и анионной) флуоресценции 7-AI, лежащих между полосами флуоресценции нейтрального основания 7-AI (рис.1 B ), а также для PT-таутомера (рис. 1 T ) может указывать на то, что, например, катион 7-AI (рис. 1 C ) может быть промежуточным однократным PT в бипротонном передача. Этот вывод обманчив, как показывает расчет HDF. Катионная и анионная (рис. 1 A ) формы 7-AI теперь имеют электронные состояния, основанные на электронно возмущенных молекулярных скелетах, что оказывается очень большим возмущением. На рис.6 представлены сдвиги энергии в ккал⋅моле ⁻¹ для катиона и аниона в зависимости отнейтральная база 7-AI. Хотя расчет HDF может рассматриваться, как и все квантово-теоретические расчеты возбужденного состояния на больших многоатомных системах, с ограниченной точностью, рис. 6 определенно иллюстрирует, что основное состояние катиона (в присутствии избытка кислоты или H ⁺) является настолько сильно понижена (≈29000 см ^-1) по энергии по сравнению с основным состоянием нейтральной молекулы, что образование катионов действовало бы как ловушка для двойного ФП, если бы он был промежуточным. Из этого результата мы должны были бы сделать вывод, что образование катиона в качестве промежуточного соединения в двойном ФП в возбужденном состоянии исключено в случае 7-AI.

Рисунок 6

Скелетное электростатическое возмущение π-электронных состояний 7-AI. HDF рассчитал энергии состояний S ₀ и S ₁ для нейтрального основания 7-AI (рис. 1 B ), депротонированного аниона (рис. 1 A ) и протонированного катиона (рис. 1 C ). ).

Фемтосекундные исследования на 7-AI PT

Переходим к рассмотрению экспериментальных исследований группы Zewail по 7-AI. В первой статье (4) адиабатическое расширение сопла с образованием переохлажденного (<1 K) газообразного молекулярного пучка используется в следующей последовательности шагов: (—) адиабатическое расширение сопла пара 7-AI в инертный газ-носитель, ( ii ) УФ (305–310 нм) возбуждение фемтосекундным лазерным импульсом, ( iii ) второй фемтосекундный лазерный импульс с временной задержкой ( ок. 620 нм), что дает фотоионизацию мономеров и «димеров» 7-AI с заключительной стадией (4) масс-спектрометрического разрешения TOF. Этот метод сразу вызывает два вопроса: ( a ) какова природа получаемых димеров и ( b ) какие молекулярные формы остаются после фотоионизации? В аналогичных исследованиях адиабатического расширения, проведенных группой Кастлмана (7), второй этап включает в себя значительно увеличенную интенсивность лазерного импульса с длиной волны 624 нм, что приводит к кулоновскому взрыву частиц в возбужденной зоне молекулярного пучка 7-AI.

Мы кратко обсудим сложности, присущие технике TOF. При сверхбыстром адиабатическом расширении в результате эксперимента с соплом со свободной струей мономерные молекулы сначала термически улетучиваются в присутствии инертного газа-носителя в первичной камере, а затем выходят через сопло расширения. Среди димерных структур, которые могут образовываться в переохлажденном (<1 K) выходящем газе, будут димеры Ван-дер-Ваальса в виде картонной упаковки в дополнение к дважды Н-связанным, копланарным, центросимметричным (C _2h) димерам в случае 7-AI, дополнительное статистическое ограничение, возникающее из-за строгих геометрических требований для последнего в столкновительном подходе.Во-вторых, используемый метод TOF (4, 5, 7) обнаруживает только (+) — заряженные ионы. Таким образом, детектируются мономеры (7-AI) ⁺ и (7-AI) (7-AI) ⁺ электронно-асимметричные димеры, оба как ион-радикальные разновидности.

Выдающимся результатом исследования группы Кастлмана (7) было наблюдение пика ионного тока для массы-119 в виде переходного катиона (7-AI) (H ⁺) (рис. 1 C ), помимо катиона нормальной молекулы с массой 118, 7-AI ^{π (+)}, последний возникает в результате ионизации π-электроном (рис.1π -C ) молекулы-компаньона димера с водородной связью . Захватывающий результат эксперимента с кулоновским взрывом — крайняя молекулярная фрагментация большей части присутствующих частиц 7-AI: H ⁺ или H ₂ ⁺, C ⁺ и многочисленных ионно-радикальных промежуточных фрагментов. наблюдаются. Наблюдение просто ионизированного 7-AI и просто ионизированного (7-AI) ₂ димеров (одиночный выброс π-электрона) указывает на то, что эти частицы благополучно избежали интенсивного поля кулоновского взрыва.Чистая разница, очевидная между результатами исследований группы Castleman и Zewail, на самом деле заключается в гораздо большем количестве простых π-электронных ионизаций в Castleman et al. (7) исследования; кулоновский взрыв выглядит как деструктивная интерференция как побочный эффект.

Появление вида 7-AI (H ⁺) mass-119 (рис. 1 C ) в отчете Castleman и др. . (7) будет результатом однозначной π-электронной ионизации присутствующих компланарных димеров 7-AI с Н-связями.Эта асимметричная ионизация димера будет локализовать возбуждение в нейтральном 7-AI пары, при этом Н-связь будет отталкиваться частицами 7-AI ^{π (+)} (рис. 1π -C ), и в то же время пирроло-H 7-AI ^{π (+)} из-за своей повышенной кислотности будет легко высвобождаться в пиридино-N возбужденной нейтральной молекулы. Следовательно, существует необходимость для катиона 7-AI (H ⁺) отщепления, что приводит к наблюдению частиц с массой-119, 7-AI (H ⁺), как указано (7), исключая вторую PT.Этот вид будет нестабильным переходным организмом с очень короткой жизнью. Оставшаяся разновидность 7-AI mass-117 теперь представляет собой цвиттер-ион: π-электронная ионизация оставляет (+) заряд, а диссоциация пиррола-H — локализованный (-) заряд; частицы масс-117 не могут появляться в масс-спектрах катионов. Таким образом, кажется реалистичным утверждать, что наблюдаемый катион с массой 119 непосредственно создается этапом фотоионизационного детектирования, требуемым методом TOF.

Отметим, что ионизация частиц 7-AI (H ⁺) электронами π приведет к образованию двойного катиона 7-AI ^{π (+)} (H ⁺) (рис.1π -D ), также не обнаруживаемых в диапазоне эксперимента. Castleman et al. (7) действительно установил тот факт, что источником катиона 7-AI (H ⁺) был димер 7-AI. Однако мы хотели бы указать, что различные димеры ван-дер-ваальсовых карт-упаковок могут быть стабилизированы ионизацией димера (7-AI ^{π (+)}) (7-AI) посредством ион-дипольного взаимодействия; это должны быть катионы с массой 236, обнаруженные в масс-спектрах TOF. Мы представим подробный анализ спектроскопии димеров Ван-дер-Ваальса в другом месте.

Таким образом, эксперименты TOF групп Zewail (4) и Castleman (7) не дают четких доказательств наличия промежуточных одиночных PT анион-катионных форм 7-AI в реакции PT.

Охлаждаемые сверхзвуковой струей мономеры и димеры 7-AI как нейтральные молекулярные частицы были всесторонне изучены с помощью электронной спектроскопии высокого разрешения Fuke et al. (13, 14). Их очень подробное спектральное исследование флуоресценции и возбуждения установило ( a ) строгую потребность в компланарности для двойного PT в димере 7-AI с водородной связью, ( b ) драматическое влияние на PT водородной связи. режим растяжения и ( c ) электронное требование для двойного PT.Наблюдение за тем, что скорость двойного ФП в возбужденном состоянии S ₁ в димере 7-AI была в три раза выше скорости для гетеродимера с водородной связью (7-AI) (7-азакарбазол), подтверждает взаимную плотность π-электронов. Требование усиления на сайте акцептора протона 7-H. Это последнее наблюдение дополняет аргумент в пользу согласованного двойного ПК. Кроме того, представленная экспериментально определенная поверхность реакционного потенциала ФП не предполагает наличия промежуточного минимума. Теоретическое исследование двойного ФП в центросимметричном димере формамида с двойной Н-связью проводится параллельно с демонстрацией электронного базиса согласованного бипротонного переноса (27).

Предварительное исследование фемтосекундной динамики возбуждения димера 7-AI в фазе раствора показало, что время нарастания образования таутомера с бипротонным переносом составляет 1,4 пс (28). Фемтосекундная динамика возбуждения двойных ФП в димерах 7-AI с водородной связью в растворе углеводородов при 298 К была изучена в окончательных спектроскопических исследованиях Такеучи и Тахара (11, 12). Их наблюдаемые времена перехода и отнесения: τ ₁, 0,2 ± 0,1 пс, S ₂ → S ₁, внутреннее преобразование, не зависит от дейтерия; τ ₂, 1.1 пс, S ₁ → S ‘₁, время нарастания PT-таутомера, 1,6 пс в димере N-D, N-D; и τ ′ ₂, 12 пс, S ′ ₁ (v) → S ′ ₁ (0), время колебательного охлаждения, внутримолекулярная колебательная релаксация.

Группа Zewail (5) наблюдала для димеров 7-AI в растворе аналогичный диапазон скоростей сверхбыстрого (0,6–0,2 пс) и быстрого 1 пс (1,4–1,6 пс для дейтерированных димеров N-D, N-D 7-AI). Кроме того, обе группы наблюдали небольшую составляющую более медленного темпа на 12 пс.Такеучи и Тахара (12) приписали эту скорость колебательному охлаждению [внутримолекулярная колебательная релаксация (IVR)] по аналогии с установленными скоростями для IVR для аналогичных молекул углеводорода. Группа Zewail (5) приняла недостающие результаты расчета RHF (6) за промежуточный минимум потенциала реакции (преувеличено на рисунке 1) и соответствующим образом интерпретировала все свои динамические данные. Такеучи и Тахара (12) полностью учли точные задействованные самые низкие молекулярные электронные состояния 7-AI, аналогичные состояниям изоэлектронных состояний S ₁ (L _b) и S ₂ (L _a). нафталин.Такеучи и Тахара (12) опускают нижнее экситонное состояние A _g, сохраняя расщепленные компоненты верхнего B _и (1) (рис. 3) S _1a и S _1b, поскольку S ₀ (1A _g) → S _1a (2A _g) переход является электродипольным запрещенным и наблюдается как бифотонный переход (13, 14), как мы обсуждали выше. Поскольку дипольные моменты повернуты в плоскости в возбужденном состоянии PT-таутомера, компоненты A _g и B _u меняют порядок (ср. Рис.4). Метастабильность состояния S _1a (2A _g) вносит вклад в динамику таутомеризации и является состоянием, из которого происходит таутомеризация в димере (13, 14).

Заключение

Процесс бипротонного переноса в возбужденном состоянии имеет фундаментально спектроскопическое происхождение, и мы предложили схему принципов и соответствующих спектроскопических наблюдений. Кинетические наблюдения, проводимые в настоящее время сверхбыстрыми методами, берут свое начало на многих молекулярных частицах, образующихся при различных условиях возбуждения, и сложности спектроскопических состояний, которые возникают в результате.Перед тем, как результаты кинетических изотопов можно было должным образом скоррелировать, было важно выяснить несколько видов, образовавшихся в эксперименте по адиабатическому охлаждению и фотоионизации.

Таким образом, мы наблюдаем, что ( i ) анионные и катионные электронные состояния 7-AI сильно сдвинуты по энергии из-за возмущения скелетного заряда, что выводит их за пределы допустимого диапазона в качестве промежуточных продуктов для реакции двойного PT в нейтральных молекулах таутомеров. ( ii ) Высокоуровневые квантово-теоретические расчеты указывают на низкий барьер для двойного PT в 7-AI без указания промежуточного минимума.( iii ) Фемтосекундная динамика и спектроскопические исследования PT-реакций в возбужденном состоянии с определенными H-связанными центросимметричными копланарными димерами 7-AI полностью интерпретируются без предположения о ионном промежуточном продукте с помощью одинарных PT-стадий.

Наконец, если фемтосекундный / пикосекундный промежуточный продукт действительно был обнаружен как естественный промежуточный продукт, он должен был бы выживать достаточно долго, чтобы иметь генетическое значение как событие мутации в паре оснований ДНК. По оценкам (29) максимальная скорость диффузии нуклеотидов к ДНК-полимеразе составляет 6000 сек ^-1, а исследования скоростей репликации в реальных биологических системах (30, 31) настолько далеки от пикосекундной временной шкалы переходных процессов, чтобы сделать сверхбыстрое динамическое событие, не имеющее генетической применимости.

Благодарности

Мы в долгу перед Генеральным директором научных исследований Испании за финансовую поддержку. J.-C.V. находится в отпуске из Автономного университета Мадрида и благодарит Государственный университет Флориды за финансовую поддержку.

СОКРАЩЕНИЯ

7-AI,: 7-азаиндол;
PT,: перенос протона;
RHF,: ограниченный Hartree-Fock;
HDF,: гибридный функционал плотности;
TOF,: время полета

F1-АТФаза вращается по асимметричному последовательному механизму с использованием всех трех каталитических субъединиц

Boyer, P.D. АТФ-синтаза — великолепная молекулярная машина. Annu. Rev. Biochem. 66 , 717–749 (1997).

CAS Статья Google ученый

Киносита, К., младший, Адачи, К. и Ито, Х. Вращение F1-АТФазы: как может работать молекулярная машина, управляемая АТФ. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 33 , 245–268 (2004).

CAS Статья Google ученый

Каялар, К., Розинг, Дж. И Бойер, П.Д. Последовательность чередующихся сайтов для окислительного фосфорилирования, предложенная путем измерения паттернов связывания субстрата и ингибирования обменных реакций. J. Biol. Chem. 252 , 2486–2491 (1977).

CAS PubMed Google ученый

Gresser, M.J., Myers, J.A. И Бойер, П. Кооперативность каталитического сайта митохондриальной F1 аденозинтрифосфатазы говяжьего сердца. Корреляция измерений начальной скорости, связанного промежуточного продукта и кислородного обмена с чередующейся трехузельной моделью. J. Biol. Chem. 257 , 12030–12038 (1982).

CAS PubMed Google ученый

Grubmeyer, C., Cross, R.L. & Penefsky, H.S. Механизм гидролиза АТФ митохондриальной АТФазой сердца говядины. Константы скорости для элементарных стадий катализа на одном сайте. J. Biol. Chem. 257 , 12092–12100 (1982).

CAS PubMed Google ученый

Крест, р.Л., Грубмейер, К., Пенефски, Х.С. Механизм гидролиза АТФ митохондриальной АТФазой сердца говядины. Повышение скорости в результате кооперативного взаимодействия между несколькими каталитическими центрами. J. Biol. Chem. 257 , 12101–12105 (1982).

CAS PubMed Google ученый

Boyer, P.D. Механизм изменения связывания АТФ-синтазы — некоторые вероятности и возможности. Biochim. Биофиз. Acta 1140 , 215–250 (1993).

CAS Статья Google ученый

Abrahams, J.P., Leslie, A.G., Lutter, R. & Walker, J.E. Структура F1-АТФазы из митохондрий сердца крупного рогатого скота при разрешении 2,8 Å. Nature 370 , 621–628 (1994).

CAS Статья Google ученый

Bowler, M.W., Montgomery, M.G., Leslie, A.G. & Walker, J.E. Как азид ингибирует гидролиз АТФ с помощью F-АТФаз. Proc. Natl. Акад. Sci. США 103 , 8646–8649 (2006).

CAS Статья Google ученый

Bowler, M.W., Montgomery, M.G., Leslie, A.G. & Walker, J.E. Структура основного состояния F1-АТФазы из митохондрий бычьего сердца с разрешением 1,9 Å. J. Biol. Chem. 282 , 14238–14242 (2007).

CAS Статья Google ученый

Вебер, Дж., Wilke-Mounts, S., Lee, RS, Grell, E. & Senior, AE. Специфическое размещение триптофана в каталитических сайтах F1-АТФазы Escherichia coli обеспечивает прямое определение связывания нуклеотидов: максимальный гидролиз АТФ происходит с тремя сайты заняты. J. Biol. Chem. 268 , 20126–20133 (1993).

CAS PubMed Google ученый

Ren, H., Bandyopadhyay, S. & Allison, W.S. Субкомплекс α3 (βMet222Ser / Tyr345Trp) 3γ TF1-АТФазы не гидролизует АТФ со значительной скоростью до тех пор, пока субстрат не свяжется с каталитическим сайтом с наименьшим сродством. Биохимия 45 , 6222–6230 (2006).

CAS Статья Google ученый

Senior, A.E., Nadanaciva, S. & Weber, J. Молекулярный механизм синтеза АТФ с помощью F1F0-АТФ-синтазы. Biochim. Биофиз. Acta 1553 , 188–211 (2002).

CAS Статья Google ученый

Ноджи, Х., Ясуда, Р., Йошида, М. и Киносита, К., младший. Прямое наблюдение за вращением F1-АТФазы. Nature 386 , 299–302 (1997).

CAS Статья Google ученый

Ясуда, Р., Ноджи, Х., Киносита, К., младший и Йошида, М. F1-АТФаза — это высокоэффективный молекулярный двигатель, который вращается с дискретными шагами в 120 °. Cell 93 , 1117–1124 (1998).

CAS Статья Google ученый

Ясуда, р., Noji, H., Yoshida, M., Kinosita, K., Jr. & Itoh, H. Разрешение различных подшагов вращения с помощью субмиллисекундного кинетического анализа F1-АТФазы. Nature 410 , 898–904 (2001).

CAS Статья Google ученый

Shimabukuro, K. et al. Катализ и вращение мотора F1: расщепление АТФ на каталитическом сайте происходит за 1 мс перед подшаговым вращением на 40 °. Proc. Natl. Акад. Sci. США 100 , 14731–14736 (2003).

CAS Статья Google ученый

Xing, J., Liao, J.C. & Oster, G. Создание АТФ. Proc. Natl. Акад. Sci. США 102 , 16539–16546 (2005).

CAS Статья Google ученый

Gao, Y.Q., Yang, W. & Karplus, M. Структурная модель синтеза и гидролиза АТФ F1-АТФазой. Ячейка 123 , 195–205 (2005).

CAS Статья Google ученый

Ariga, T., Masaike, T., Noji, H. & Yoshida, M. Пошаговое вращение F1-АТФазы с одним, двумя или тремя измененными каталитическими сайтами, которые связывают АТФ очень медленно. J. Biol. Chem. 277 , 24870–24874 (2002).

CAS Статья Google ученый

Амано, Т., Тозава, К., Йошида, М., Мураками, Х.Пространственная точность каталитического карбоксилата бета-субъединицы F1-АТФазы, исследованная путем введения различных карбоксилатсодержащих боковых цепей. FEBS Lett. 348 , 93–98 (1994).

CAS Статья Google ученый

Диттрих, М., Хаяши, С. и Шультен, К. О механизме гидролиза АТФ в F1-АТФазе. Biophys. J. 85 , 2253–2266 (2003).

CAS Статья Google ученый

Диттрих, М., Hayashi, S. & Schulten, K. Гидролиз АТФ в каталитических сайтах βTP и βDP F1-ATPase. Biophys. J. 87 , 2954–2967 (2004).

CAS Статья Google ученый

Nishizaka, T. et al. Хемомеханическое связывание в F1-АТФазе выявлено одновременным наблюдением кинетики нуклеотидов и вращения. Nat. Struct. Мол. Биол. 11 , 142–148 (2004).

CAS Статья Google ученый

Старший, А.Э. и Вебер, Дж. Счастливый автомобиль с АТФ-синтазой. Nat. Struct. Мол. Биол. 11 , 110–112 (2004).

CAS Статья Google ученый

Weber, J., Bowman, C. & Senior, A.E. Специфическая замена триптофана в каталитических сайтах F1-АТФазы Escherichia coli позволяет дифференцировать связанный субстрат АТФ и продукт АДФ в стационарном катализе. J. Biol. Chem. 271 , 18711–18718 (1996).

CAS Статья Google ученый

Weber, J. & Senior, A.E. Влияние ингибиторов азида, дициклогексилкарбодиимида и ауровертина на связывание нуклеотидов с тремя каталитическими сайтами F1-АТФазы, измеренное с использованием специфических триптофановых зондов. J. Biol. Chem. 273 , 33210–33215 (1998).

CAS Статья Google ученый

Schlichting, I.и другие. Рентгеноструктурное исследование с временным разрешением конформационных изменений белка Ha-Ras p21 при гидролизе GTP. Nature 345 , 309–315 (1990).

CAS Статья Google ученый

Antes, I., Chandler, D., Wang, H. & Oster, G. Отключение АТФ от F1-АТФазы. Biophys. J. 85 , 695–706 (2003).

CAS Статья Google ученый

Розинг, Дж., Kayalar, C. & Boyer, P.D. Доказательства энергозависимого изменения связывания фосфата для окислительного фосфорилирования митохондрий на основе измерений среднего и промежуточного обмена фосфат-вода. J. Biol. Chem. 252 , 2478–2485 (1977).

CAS PubMed Google ученый

Masaike, T., Muneyuki, E., Noji, H., Kinosita, K., Jr. & Yoshida, M. F1-АТФаза изменяет свои конформации при высвобождении фосфата. J. Biol. Chem. 277 , 21643–21649 (2002).

CAS Статья Google ученый

Моно, Дж., Вайман, Дж. И Ченжакс, Дж. П. О природе аллостерических переходов: правдоподобная модель. J. Mol. Биол. 12 , 88–118 (1965).

CAS Статья Google ученый

Koshland, D.E., Jr., Nemethy, G. & Filmer, D.Сравнение экспериментальных данных связывания и теоретических моделей в белках, содержащих субъединицы. Биохимия 5 , 365–385 (1966).

CAS Статья Google ученый

Itoh, H. et al. Механически управляемый синтез АТФ F1-АТФазой. Nature 427 , 465–468 (2004).

CAS Статья Google ученый

Ронделез, Ю.и другие. Синтез высокосвязанного АТФ одиночными молекулами F1-АТФазы. Nature 433 , 773–777 (2005).

CAS Статья Google ученый

Каседа, К., Хигучи, Х. и Хиросе, К. Чередование быстрых и медленных шагов гетеродимерной молекулы кинезина. Nat. Cell Biol. 5 , 1079–1082 (2003).

CAS Статья Google ученый

Эсбери, К.Л., Фер, А. И Блок, С. Кинезин движется за счет асимметричного ручного механизма. Наука 302 , 2130–2134 (2003).

CAS Статья Google ученый

Yildiz, A. et al. Миозин V передается из рук в руки: визуализация с помощью одного флуорофора с локализацией 1,5 нм. Наука 300 , 2061–2065 (2003).

CAS Статья Google ученый

Парк, ул.и другие. Полноразмерный миозин VI димеризуется и процессивно перемещается по актиновым филаментам при кластеризации мономеров. Mol. Ячейка 21 , 331–336 (2006).

CAS Статья Google ученый

Tomishige, M., Klopfenstein, D.R. И Вэйл Р.Д. Превращение кинезина Unc104 / KIF1A в процессивный мотор после димеризации. Наука 297 , 2263–2267 (2002).

CAS Статья Google ученый

Китамура, К., Tokunaga, M., Esaki, S., Iwane, A.H. & Yanagida, T. Механизм мышечного сокращения, основанный на стохастических свойствах одиночных актомиозиновых моторов, наблюдался in vitro . Биофизика 1 , 1–19 (2005).

CAS Статья Google ученый

Press, W.H., Teukolsky, S.A., Vetterling, W.T. & Flannery, B.P. Числовые рецепты в C (Издательство Кембриджского университета, Нью-Йорк, 1992).

Google ученый

Механизм электростатической селекции контролирует последовательную передачу сигналов киназы ниже Т-клеточного рецептора

Очевидная общая черта известных сайтов фосфорилирования для ZAP-70 состоит в том, что каждый тирозин окружен несколькими кислотными остатками, а рядом находится только редкий положительно заряженный остаток (рис. 3А). Напротив, субстраты Lck обычно имеют как положительно, так и отрицательно заряженные остатки рядом с тирозином, и они имеют почти нейтральный общий заряд.Это предполагает, что высокий отрицательный заряд, вероятно, является ключевым фактором, определяющим, фосфорилируется ли потенциальный сайт-мишень ZAP-70, но расположение и количество отрицательно заряженных остатков вокруг каждого из тирозинов в LAT и SLP-76 не консервативны. . Также могут быть другие роли отрицательного заряда на LAT и SLP-76, которые не связаны со специфичностью киназы. Например, недавно было показано, что фосфорилирование LAT приводит к кластеризации и что фосфатаза CD45 исключена из этих кластеров LAT, потому что она заряжена отрицательно (Bunnell et al., 2002; Су и др., 2016).

Для определения детерминант последовательности эффективного фосфорилирования с помощью ZAP-70 мы создали три библиотеки точечного мутагенеза сканирования на основе последовательностей LAT, охватывающих Tyr 127, Tyr 132 и Tyr 226. В этих библиотеках каждая возможная мутация в пептиде из 20 остатков сегмент был представлен с почти равной стехиометрией, что подтверждено секвенированием ДНК. Каждую библиотеку подвергали скринингу против киназного домена ZAP-70 в трех или четырех повторностях (фигуры 4 и 5).Эти данные позволяют нам оценить влияние всех возможных точечных мутаций в одном сайте на данный пептид, как показано для замен Asp 225 и Glu 231 в пептиде LAT Tyr 226 (рисунки 4A и B). Данные также показывают влияние индивидуального введения любого конкретного аминокислотного остатка во все сайты в пределах этого пептида, как показано для замен лизина в каждом положении в пептиде LAT Tyr 226 (фиг. 4C). Полные наборы данных с каждого экрана представлены в виде тепловых карт, которые отображают влияние всех возможных индивидуальных замен на каждый сайт в пептиде (рис. 5).

Влияние одиночных аминокислотных замен на фосфорилирование LAT Tyr 226 с помощью ZAP-70.

( A ) Влияние всех аминокислотных замен в LAT Asp 225 на фосфорилирование Tyr 226 с помощью ZAP-70. ( B ) Влияние всех аминокислотных замен в LAT Glu 231 на фосфорилирование Tyr 226 с помощью ZAP-70.( C ) Влияние замен лизина во всех 20 положениях (остатки LAT 214–233) на фосфорилирование Tyr 226 с помощью ZAP-70. Планки погрешностей представляют собой стандартные отклонения от среднего значения четырех измерений. Значения обогащения каждого варианта были нормализованы к значению обогащения последовательности дикого типа и представлены в логарифмической шкале. Таким образом, значение 0 указывает на то, что замена не повлияла на фосфорилирование по сравнению с последовательностью дикого типа, тогда как положительные и отрицательные значения означают, что замена увеличила или уменьшила фосфорилирование, соответственно.

https://doi.org/10.7554/eLife.20105.009

ZAP-70 фосфорилирование библиотек точечных мутантов LAT.

( A ) Средние значения обогащения из четырех независимых скринингов для фосфорилирования библиотеки LAT Tyr 226 с помощью ZAP-70. ( B ) Корреляция между скоростями фосфорилирования 11 очищенных вариантов LAT Tyr 226 и их значениями обогащения на экране, показанном на панели A.Горизонтальные полосы ошибок представляют собой стандартные отклонения от трех кинетических измерений с очищенными пептидами, а вертикальные полосы ошибок представляют собой стандартные отклонения от четырех экранов. ( C ) Средние значения обогащения на трех независимых экранах для фосфорилирования ZAP-70 библиотеки LAT Tyr 127 на фоне Y132F. ( D ) Средние значения обогащения из трех независимых скринингов для фосфорилирования ZAP-70 библиотеки LAT Tyr 132 на фоне Y127F. Все значения обогащения преобразованы в log ₁₀ и нормализованы относительно исходной пептидной последовательности на этом скрининге, которая имеет значение 0.

https://doi.org/10.7554/eLife.20105.010

Результаты этих скринингов были хорошо воспроизводимыми (Рисунок 5 — рисунок в приложении 1), тенденции не зависели от конкретного используемого панфосфотирозинового антитела, а значения обогащения показали сильную корреляцию с измерениями скоростей фосфорилирования для очищенных пептидов (Рисунок 5B) . На всех трех скринингах мутация целевых остатков тирозина (Tyr 226, Tyr 127 и Tyr 132 соответственно) приводила к значительному истощению ДНК, кодирующей эти пептиды после сортировки (отрицательное значение обогащения по сравнению с диким типом), устанавливая ‘ floor ‘для предела обнаружения анализа (рис. 5A, C и D).Относительные величины кинетических эффектов и эффектов селективности бактериального дисплея (наклон линии на фиг. 5В) зависят от тестируемого пептида. Данные, показанные на фиг. 5B, относятся к пептиду, охватывающему LAT Tyr 226, хорошему субстрату для ZAP-70, и отдельные замены оказывают лишь умеренное, хотя и измеримое, влияние на скорость фосфорилирования. Напротив, для ZAP-70 фосфорилирования плохого субстрата, такого как пептид, включающий LAT Tyr 132 (фиг. 5D), замены в Gly 131 приводят к 16-кратному увеличению скорости фосфорилирования (фиг. 5 — добавление к фигуре 4). ).

Поразительным результатом этих экранов является то, что выбор субстратов с помощью ZAP-70 контролируется электростатическим фильтром, в результате чего присутствие остатка лизина или аргинина где-либо в пределах семи остатков выше или ниже субстрата тирозина серьезно снижает эффективность фосфорилирования. . Подобное, но менее резкое снижение эффективности фосфорилирования наблюдалось при замене тирозин-проксимальных остатков на гистидин. Замена нативных отрицательно заряженных остатков нейтральными остатками оказывала умеренное пагубное влияние на эффективность фосфорилирования, а введение кислотных остатков в нейтральные положения часто было полезным (рис. 5).В соответствии с этими наблюдениями, замена одного остатка глутамата лизином, расположенного выше или ниже тирозина, приводила к 30-40% снижению скорости фосфорилирования LAT Tyr 226 под действием ZAP-70 в киназных анализах с использованием очищенных пептидных субстратов, и мутация множества глутаматов в остатки аланина или лизина дополнительно снижает фосфорилирование (рис. 5 — приложение 2). Вредное действие остатков аргинина и лизина в любом положении также объясняет медленное фосфорилирование LAT Tyr 191 с помощью ZAP-70 (Рисунок 3 — приложение к рисунку 3).Замена Arg 189 (в положении -2) остатками аланина или аспартата последовательно повышала эффективность фосфорилирования Tyr 191 с помощью ZAP-70 (фиг. 5 — приложение к фиг. 3).

Помимо выявления правила исключения для аргинина и лизина, скрининг также подчеркивает важность определенных аминокислотных остатков в трех конкретных положениях. ZAP-70 имеет очень сильное предпочтение остатку аспартата в положении -1 относительно остатка тирозина и умеренное предпочтение глутаматному или гидрофобному остатку в положении +1, что согласуется с известными предпочтениями ZAP-70 paralog Syk ( Deng et al., 2014; Schmitz et al., 1996; Xue et al., 2012). Также существует предпочтение гидрофобному остатку в положении +3 во всех трех пептидах, что является общей чертой других тирозинкиназ (Bose et al., 2006; Deng et al., 2014).

Учитывая сильное предпочтение остатка аспартата в положении -1, мы были заинтригованы тем, что остаток непосредственно перед Tyr 132 в LAT представляет собой глицин. Фосфорилирование Tyr 132 необходимо для дифференцировки и функционирования Т-клеток, поскольку оно создает сайт стыковки для PLCγ1, который инициирует передачу сигналов кальция (Roncagalli et al., 2010). В нашем скрининге на фосфорилирование Tyr 132 (рис. 5D) замена Gly 131 практически любым другим остатком повысила эффективность фосфорилирования ZAP-70, а мутация G131D вызвала 16-кратное усиление фосфорилирования ZAP-70 в киназных анализах. с использованием очищенных пептидов (Рисунок 5 — рисунок в приложении 4). Gly 131 в LAT является высококонсервативным у млекопитающих, а также часто встречается у других позвоночных (Рисунок 5 — Приложение 5 к рисунку). Сайты связывания PLCγ1 на других белках не содержат глицина, соседнего с фосфотирозином, что указывает на то, что это не является требованием для вовлечения домена Sh3 (Jones et al., 2006; Leung et al., 2014). Медленная скорость фосфорилирования Tyr 132 в LAT может быть важна для кинетической корректуры во время передачи сигналов рецептора Т-клеток, значение которой будет изучено в будущих исследованиях.

Неконкурентный последовательный механизм ингибирования α4β2 нейрональных никотиновых ацетилхолиновых рецепторов карбаматными пестицидами | Токсикологические науки

Аннотация

Механизм, с помощью которого карбаматные пестициды ингибируют никотиновые ацетилхолиновые (ACh) рецепторы крыс α4β2 (nAChR), экспрессируемые в ооцитах Xenopus laevis , был исследован с использованием метода двухэлектродного зажима напряжения.Карбарил, S-этил N, N-дипропилтиокарбамат (EPTC) и феноксикарб ингибируют индуцированные ACh ионные токи в зависимости от концентрации. EPTC и феноксикарб ингибируют ионные токи, индуцированные 1 мМ ACh, с силой в 3–5 раз более высокой, чем ионные токи, индуцированные 1 мкМ ACh. Эффективность карбарила не зависит от концентрации ACh. Феноксикарб замещает ³ H-эпибатидин, связанный с α4β2 (нАХР), с K _i, равным 750 мкМ, что намного выше, чем функциональная IC ₅₀ из 2.3–11 мкМ. Это показывает, что ингибирование ионного тока карбаматом является неконкурентоспособным эффектом. Ингибирование феноксикарбом не зависит от состояния ионного канала. Скорость начала ингибирования увеличивается, а скорость обращения ингибирования снижается, когда концентрация феноксикарба увеличивается. Скорость отмены ингибирования также снижается при увеличении периода воздействия феноксикарба. Зависящее от времени и концентрации ингибирование nAChR-опосредованного ионного тока феноксикарбом объясняется двухступенчатым механизмом, включающим быстрое заблокированное состояние и последовательное более стабильное заблокированное или десенсибилизированное состояние.

Карбаматные пестициды, широко применяемые в качестве инсектицидов, гербицидов и фунгицидов, могут вызывать различные симптомы у млекопитающих и людей. Острое отравление карбаматом обычно вызывает ингибирование фермента ацетилхолинэстеразы (AChE, EC 3.1.1.7), что ухудшает гидролиз высвобожденного ацетилхолина (ACh) и приводит к чрезмерным холинергическим симптомам. Исследования хронического воздействия карбаматных пестицидов сообщают о нескольких неврологических последствиях неизвестного происхождения (для обзора см. Ecobichon, 2001; Moser, 1999) и предполагают, что дополнительные механизмы, отличные от ингибирования AChE, вовлечены в нейротоксические эффекты карбамата.Было показано, что помимо ингибирования AChE, некоторые карбаматы взаимодействуют с холинергическими рецепторами. Карбамат физостигмин и родственные ингибиторы холинэстеразы взаимодействуют с мускариновыми рецепторами ACh (Lockhart et al ., 2001; Van den Beukel et al ., 1997), а также с никотиновыми рецепторами ACh (nAChR). Механизм взаимодействия карбамата физостигмина и родственных ему препаратов с никотиновыми рецепторами тщательно изучен. Низкие концентрации физостигмина и аналогов агонируют или усиливают нейрональные nAChR, тогда как высокие концентрации этих препаратов блокируют нейрональные nAChR.Эти эффекты, по-видимому, вызваны конкурентными и неконкурентными взаимодействиями с nAChR (Storch et al ., 1995; Nagata et al ., 1997; Van den Beukel et al ., 1998; Zwart et al . , 2000). Однако механизм действия карбаматных пестицидов на nAChR менее известен.

Фунгицид пропинеб усиливает холинергическую передачу в препаратах миэнтериального сплетения морских свинок, предположительно за счет воздействия на ганглионарные nAChR, а не на nAChR мышечного типа (Marinovich et al., ., 2002). Несколько карбаматных инсектицидов, например, , ингибиторы холинэстеразы аминокарб, алдикарб и карбарил в концентрации 100 мкМ, вытесняют ³ H-ACh из нАХР мышечного типа в мембранах электрических органов Torpedo (Eldefrawi and Eldefrawi, 1983). Кроме того, карбарил в зависимости от концентрации усиливает и ингибирует нейрональные каналы nAChR в клетках феохромоцитомы крысы PC12 (Nagata et al ., 1997). Систематическое исследование эффектов ряда карбаматных пестицидов на определенные подтипы нейрональных nAChR, экспрессируемых в ооцитах Xenopus laevis , продемонстрировало относительно высокую эффективность феноксикарба, S-этил N, N-дипропилтиокарбамата (EPTC) и карбарила в отношении ингибирования ACh. -индуцированный ионный ток (Smulders et al ., 2003). Сходство эффектов карбаматных пестицидов и карбаматных препаратов на nAChR может свидетельствовать об их сходном механизме действия. Однако конкретный механизм действия пестицидов карбамата еще предстоит выяснить. Поскольку природа воздействия карбаматных пестицидов на нейрональные nAChR в основном является ингибирующим (Smulders et al ., 2003), мы сосредоточили внимание на механизме ингибирования несколькими из наиболее сильнодействующих карбаматов, , т.е. , карбарил, EPTC, и феноксикарб, и исследовали их зависящие от концентрации эффекты на α4β2 nAChR крысы, гетерологично экспрессируемые в ооцитах Xenopus laevis .

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Животные и материалы. Xenopus laevis (AmRep, Бреда, Нидерланды) содержали в стандартных аквариумах и кормили три раза в неделю дождевыми червями (Hagens, Nijkerkerveen, Нидерланды). Все экспериментальные процедуры с участием животных были одобрены местным комитетом по этике и соответствовали законодательству Нидерландов. Ацетилхолинхлорид (ACh), коллагеназа типа I, диметилсульфоксид (ДМСО; реагент ACS), этиловый эфир 3-аминобензойной кислоты, соль метансульфоната (MS-222), NaCl и раствор неомицина (10 мг неомицина / мл в 0.9% NaCl) были получены от Sigma (Сент-Луис, Миссури). Карбарил (метилкарбамат 1-нафталинола), феноксикарб (этил [2- (4-феноксифенокси) этил] карбамат) и EPTC (S-этил N, N-дипропилтиокарбамат) были приобретены в Riedel-de Haen (Seelze, Германия). CaCl ₂ (1 М раствор), MgCl ₂ (1 М раствор), MgSO ₄, NaHCO ₃ и NaOH были приобретены в BDH Laboratory Supplies (Пул, Англия). Ca (NO ₃) ₂, HEPES и KCl были от Merck (Дармштадт, Германия).кДНК субъединиц никотинового рецептора, лигированные в плазмидный вектор pSM, содержащий вирусный промотор SV40, были любезным подарком от доктора Дж. У. Патрика (Медицинский колледж Бейлора, Хьюстон, Техас).

Экспрессия рецептора в ооцитах. Зрелых самок лягушек анестезировали погружением в 0,2% раствор MS-222 и удаляли доли яичников хирургическим путем. Ооциты дефолликулировали вручную после обработки коллагеназой типа I (1,5 мг / мл бескальциевого раствора Барта) в течение 1,5 ч при комнатной температуре.Плазмиды, кодирующие α4- и β2-субъединицы nAChR нейронов крысы (Boulter et al. ., 1987; Duvoisin et al. ., 1989), растворенные в дистиллированной воде в молярном соотношении 1: 1, вводили с помощью микроинжектора Drummond в ядра ооцитов V и VI стадии в течение 8 часов после сбора. Вводимый объем составлял 18,4 нл / ооцит (~ 0,1 нг каждой плазмиды). После инъекции ооциты инкубировали при 19 ° C в модифицированном растворе Барта [88 мМ NaCl, 1 мМ KCl, 2,4 мМ NaHCO ₃,0.3 мМ Ca (NO ₃) ₂, 0,41 мМ CaCl ₂, 0,82 мМ MgSO ₄, 15 мМ HEPES и 50 мкг / мл неомицина] в течение 3–6 дней до проведения экспериментов (Zwart and Виджверберг, 1997).

³ Связывание H-эпибатидина с гомогенатами ооцитов. Партии из 50–80 замороженных ооцитов, экспрессирующих крысиные α4β2 нАХР, размораживали и гомогенизировали в гомогенизаторе Поттера в избытке буфера A (50 мМ трис-HCl pH 7, 120 мМ NaCl, 5 мМ KCl, 1 мМ MgCl ₂ , 2.5 мМ CaCl ₂ и 2 мМ фенилметилсульфонилфторид), центрифугировали в течение 60 мин при 30 000 × g и дважды промывали. Гомогенаты ресуспендировали в том же буфере, содержащем 20 мкг / мл ингибиторов протеаз лейпептина, бестатина, пепстатина А и апротинина. Экспрессия рецепторов варьировала от 172 до 286 фмоль / мг белка, что соответствует средней плотности nAChR от 41 до 50 фмоль / ооцит (44,3 ± 1,6; среднее ± SEM, n = 5).

Предварительные эксперименты с динамикой проводили перед анализом насыщения и конкуренции, чтобы определить время, необходимое для ³ H-эпибатидина для достижения равновесия с α4β2 нАХР.В экспериментах по связыванию с насыщением аликвоты гомогенатов ооцитов инкубировали в течение ночи при 4 ° C с 0,005–2,5 нМ ³ H-эпибатидином. Неспецифическое связывание определяли параллельно в присутствии 100 нМ немеченого эпибатидина. В конце инкубации образцы фильтровали на фильтрах GFC, предварительно пропитанных полиэтиленимином, через аппарат Бранделла и считали на счетчике β. Чтобы проверить способность феноксикарба ингибировать связывание ³ H-эпибатидина, феноксикарб, растворенный в ДМСО, разбавляли в буфере А непосредственно перед использованием.Серийные разведения предварительно инкубировали в течение 30 мин при комнатной температуре с гомогенатами, содержащими α4β2 нАХР. Затем добавляли 0,05 нМ ³ H-эпибатидина для инкубации в течение ночи при 4 ° C.

Электрофизиология. Ооциты помещали в силиконовую трубку (внутренний диаметр 3 мм), которую непрерывно перфузировали физиологическим раствором (115 мМ NaCl, 2,5 мМ KCl, 1 мМ CaCl ₂, 10 мМ HEPES в дистиллированной воде, pH 7,2 с NaOH. ) со скоростью ~ 20 мл / мин, в результате чего скорость жидкости вокруг ооцита> 47 мм / с.Ионные токи, вызванные высокими концентрациями АХ, активированного с постоянной времени 0,3–0,4 с. Ооциты фиксировали по напряжению с помощью двух микроэлектродов (0,5–2,5 МОм), заполненных 3 М KCl (Stühmer, 1992; Zwart and Vijverberg, 1997). Мембранный потенциал поддерживали на уровне -40 мВ, если не указано иное. Все эксперименты проводились при комнатной температуре (21–23 ° C).

Аликвоты замороженных концентрированных исходных растворов 1 M ACh в дистиллированной воде и 0,1 M карбарила, EPTC и феноксикарба в DMSO размораживали и добавляли в физиологический раствор непосредственно перед экспериментами.Соединения вводили путем переключения перфузата с контроля на физиологический раствор, содержащий соединение, с использованием клапана с сервомотором. Нанесение агонистов чередовалось 5-минутной суперфузией с физиологическим раствором, не содержащим агонистов, чтобы позволить рецепторам полностью восстановиться после десенсибилизации. Для минимизации адсорбции карбаматов в перфузионной системе использовались стеклянные резервуары и тефлоновые трубки (PTFE; 4 × 6 мм, Rubber, Hilversum, Нидерланды). {\ mathrm {nH}} \ right], \]

(1) где E — процентный отклик, [C] — концентрация карбамата, IC ₅₀ — концентрация карбамата, снижающая отклик на 50%, а n _H — наклон Хилла.Каждая кривая ингибирования соответствовала данным, полученным в одном эксперименте. Кривые «средняя концентрация-эффект» построены с использованием средних значений IC ₅₀ и наклона Хилла, рассчитанных на основе 3–4 экспериментов. Все данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. из n ооцитов. Программное обеспечение GraphPad Prism 3.00 использовалось для согласования данных и оценки статистической значимости.

Параметры связывания оценивали по данным связывания насыщения с помощью нелинейной процедуры наименьших квадратов с использованием программы LIGAND.F-тест «дополнительной суммы квадратов» был выполнен программой LIGAND для статистической оценки различных моделей связывания (, т.е. , модели с одним сайтом и двумя сайтами, сравнение параметров связывания и т. Д.) (Munson and Rodbard, 1980; Готти и др. ., 1998). Значения K _и карбаматов определяли с использованием LIGAND из данных, полученных в трех независимых конкурентных экспериментах.

Подгонка кинетики тока. Первоначальные оценки кажущихся констант скорости ингибирования (k _{быстрый} и k _{медленный}) были получены путем подгонки ингибирования ионного тока двойной экспоненциальной функцией с использованием специально разработанного программного обеспечения (Labview, National Instruments Corporation, Остин, США). TX):

\ [\ mathrm {I} \ left (\ mathrm {t} \ right) \ = \ \ mathrm {a \ exp} \ left ({-} \ mathrm {k} _ {\ mathrm {fast} } \ \ mathrm {t} \ right) \ + \ \ mathrm {b \ exp} \ left ({-} \ mathrm {k} _ {\ mathrm {slow}} \ \ mathrm {t} \ right) \ + \ \ mathrm {c} \]

(2)

РЕЗУЛЬТАТЫ

Влияние карбаматов на нАХР нейронального типа

Эффекты карбарила, EPTC и феноксикарба были подробно исследованы на ооцитах, экспрессирующих крысиный α4β2 нейрональный тип nAChR.Большие внутренние токи были вызваны суперфузией с внешним раствором, содержащим почти максимальную эффективную концентрацию 1 мМ ACh. Во время реакции, вызванной ACh, карбаматные пестициды применялись совместно с ACh в течение короткого периода, чтобы оценить их влияние на α4β2 нАХР. Карбаматы обычно ингибируют опосредованный α4β2 nAChR ионный ток, вызываемый высокими концентрациями ACh (рис. 1). Эффекты карбарила, EPTC и феноксикарба на α4β2 nAChR крысы также оценивали при низкой концентрации 1 мкМ ACh.Низкая концентрация ACh вызывает ионные токи с амплитудами, которые составляют менее 10% от максимального ответа ACh в том же ооците (Zwart et al ., 2000). При такой низкой концентрации ACh карбарил вызывал аналогичное ингибирование, но EPTC и феноксикарб вызывали меньшие ингибирующие эффекты, чем при высокой концентрации агониста (рис. 1). При низких концентрациях EPTC также наблюдалось некоторое усиление индуцированного 1 мкМ ACh ионного тока (не показано). В общем, обращение ингибирования, индуцированного EPTC, было слишком медленным для повторных применений к одному и тому же ооциту, потому что полное изменение эффектов не было получено даже после продолжительной промывки.Результаты показывают, что эффекты карбаматных пестицидов зависят от концентрации агониста ACh, используемого для вызова ответа.

РИС. 1.

Эффекты карбаматных пестицидов на α4β2 nAChR нейронов крысы, экспрессируемые в ооцитах Xenopus laevis . Совместное применение карбарила, EPTC и феноксикарба с 1 мкМ ACh (левый столбец) приводит к снижению внутреннего тока, индуцированного агонистами. При гораздо более высокой концентрации 1 мМ ACh (правая колонка) ингибирующие эффекты феноксикарба и EPTC усиливаются, а эффект карбарила аналогичен эффекту, полученному при 1 мМ ACh.Горизонтальные полосы наверху кривых показывают период суперфузии с внешним раствором, содержащим ACh (штриховые столбцы) и карбамат (сплошные столбцы) в указанных концентрациях. Каждый след взят из разных ооцитов. Обратите внимание, что максимальная амплитуда индуцированного АХ ионного тока зависит от уровня экспрессии рецептора, который варьируется между ооцитами.

РИС. 1.

Эффекты карбаматных пестицидов на α4β2 nAChR нейронов крысы, экспрессируемые в ооцитах Xenopus laevis .Совместное применение карбарила, EPTC и феноксикарба с 1 мкМ ACh (левый столбец) приводит к снижению внутреннего тока, индуцированного агонистами. При гораздо более высокой концентрации 1 мМ ACh (правая колонка) ингибирующие эффекты феноксикарба и EPTC усиливаются, а эффект карбарила аналогичен эффекту, полученному при 1 мМ ACh. Горизонтальные полосы наверху кривых показывают период суперфузии с внешним раствором, содержащим ACh (штриховые столбцы) и карбамат (сплошные столбцы) в указанных концентрациях.Каждый след взят из разных ооцитов. Обратите внимание, что максимальная амплитуда индуцированного АХ ионного тока зависит от уровня экспрессии рецептора, который варьируется между ооцитами.

Зависимость действия карбамата от концентрации агониста

Кривые концентрация-эффект ингибирования 1 мМ (Smulders et al ., 2003) и 1 мкМ ACh-индуцированных ионных токов, опосредованных крысиными α4β2 nAChR с помощью карбарила, EPTC и феноксикарба, показаны на рисунке 2. Растворитель DMSO , применяется совместно при концентрациях до 0.1% (об. / Об.) С АХ не вызывал заметных эффектов. ДМСО в наивысших концентрациях 0,3% и 1%, , т.е. , концентрации растворителя, связанные с концентрациями карбамата 0,3 мМ и 1 мМ, соответственно, вызвали 8-13% ингибирование при применении отдельно. Для карбарила и феноксикарба ингибирование было единственным эффектом, наблюдаемым во всем диапазоне концентраций 0,1 мкМ – 1 мМ, тогда как EPTC вызывал некоторое усиление в диапазоне более низких концентраций и ингибирование при более высоких концентрациях.Кривые ингибирования в соответствии с уравнением Хилла (уравнение 1) были подогнаны к данным. Расчетное среднее и стандартное отклонение. оцененных значений IC ₅₀ и наклонов Хилла сведены в Таблицу 1. Различные карбаматы обладают различной эффективностью ингибирования nAChR-опосредованного ионного тока с общим порядком эффективности: феноксикарб> EPTC> карбарил. Для более мощных ингибиторов феноксикарба и EPTC наблюдается четкий сдвиг кривых ингибирования влево при повышении концентрации агониста с 1 мкМ до 1 мМ (рис.2; Таблица 1).

РИС. 2.

Кривые «концентрация-эффект» для ингибирования опосредованного α4β2 nAChR крысиного ионного тока с помощью (A) феноксикарба, (B) EPTC и (C) карбарила. Ионные токи вызывались низкой (1 мкМ; светлые кружки) и высокой (1 мМ; темные кружки) концентрациями АХ. Сплошные линии представляют собой кривые средней концентрации-эффекта, подогнанные к данным для 3–4 ооцитов в соответствии с уравнением Хилла (уравнение 1). Точки данных и вертикальные полосы представляют собой среднее значение ± S.Д. экспериментальных данных. Расчетные значения для IC ₅₀ и наклона Хилла приведены в таблице 1. Кривые концентрация-эффект при 1 мМ ACh приведены по Smulders et al . (2003).

РИС. 2.

Кривые «концентрация-эффект» для ингибирования опосредованного α4β2 nAChR крысиного ионного тока с помощью (A) феноксикарба, (B) EPTC и (C) карбарила. Ионные токи вызывались низкой (1 мкМ; светлые кружки) и высокой (1 мМ; темные кружки) концентрациями АХ. Сплошные линии представляют собой кривые средней концентрации-эффекта, подогнанные к данным для 3–4 ооцитов в соответствии с уравнением Хилла (ур.1). Точки данных и вертикальные полосы представляют собой среднее значение ± стандартное отклонение. экспериментальных данных. Расчетные значения для IC ₅₀ и наклона Хилла приведены в таблице 1. Кривые концентрация-эффект при 1 мМ ACh приведены по Smulders et al . (2003).

ТАБЛИЦА 1

Расчетные параметры кривых Хилла (уравнение 1), соответствующие ингибирующему влиянию карбаматных пестицидов на ионные токи, вызванные низкой (1 мкМ) и высокой (1 мМ) концентрациями ACh в ооцитах Xenopus , экспрессирующих крысы α4β2 нАХР.

мМ

Карбамат .	[АЧ] .	IC ₅₀ (мкМ) .	n _H .
Карбарил	1 мкМ	90 ± 7	1,3 ± 0,1
	1 мМ	107 ± 23	1,4 ± 0,1			EPTC 35 ± 0	1.1 ± 0,1
	1 мМ	13 ± 4 ^*	1,1 ± 0,3
Феноксикарб	1 мкМ	11 ± 3	9134	2,3 ± 0,7 ^**	1,1 ± 0,2

2 ± 0,3

Карбамат .	[АЧ] .	IC ₅₀ (мкМ) .	n _H .
Карбарил	1 мкМ	90 ± 7	1,3 ± 0,1
	1 мМ	107 ± 23	1,4 ± 0,1	35 ± 0	1,1 ± 0,1
	1 мМ	13 ± 4 ^*	1,1 ± 0,3
Феноксикарб	1 мкМ	1113 ± 3
	1 мМ	2,3 ± 0,7 ^**	1,1 ± 0,2

ТАБЛИЦА 1

Расчетные параметры кривых холма (ур. карбаматных пестицидов на ионные токи, вызванные низкой (1 мкМ) и высокой (1 мМ) концентрациями ACh в ооцитах Xenopus , экспрессирующих α4β2 nAChR крысы.

± 0,2 1 мМ 13 ± 4 ^*

Карбамат .	[АЧ] .	IC ₅₀ (мкМ) .	n _H .
Карбарил	1 мкМ	90 ± 7	1,3 ± 0,1
	1 мМ	107 ± 23	1,4 ± 0,1		35 ± 0	1,1 ± 0,1
	1 мМ	13 ± 4 ^*	1.1 ± 0,3
Феноксикарб	1 мкМ	11 ± 3	1,2 ± 0,3
	1 мМ	2,3 ± 0,7 ^**	1,113840

Карбамат .	[АЧ] .	IC ₅₀ (мкМ) .	n _H .
Карбарил	1 мкМ	90 ± 7	1.3 ± 0,1
	1 мМ	107 ± 23	1,4 ± 0,1
EPTC	1 мкМ	35 ± 0	1,1 ± 0,1
		1,1 ± 0,3
Феноксикарб	1 мкМ	11 ± 3	1,2 ± 0,3
	1 мМ **			1 мм .1 ± 0,2

Конкурентное связывание феноксикарба с

³ H-эпибатидином

Зависимость ингибирующих эффектов карбаматных пестицидов от концентрации агонистов может указывать на то, что оба взаимодействуют с одними и теми же сайтами на nAChR. Таким образом, эксперименты по связыванию радиолиганда были выполнены на мембранах ооцитов, трансфицированных крысиными α4β2 nAChR, для изучения возможной конкуренции между феноксикарбом, более сильным карбаматом, и ³ H-эпибатидином, радиоактивно меченным агонистом nAChR.Связывание с насыщением (фиг. 3A) дало K _d 46 пМ ³ H-эпибатидин (коэффициент вариации 11%) и B _max 237 ± 30 фмоль / мг белка (среднее ± SEM, n = 5). Данные связывания были проанализированы для взаимодействия с одним или двумя сайтами, но не было статистически более подходящего для модели с двумя сайтами. Неспецифическое связывание, определяемое параллельно с помощью инкубации в присутствии немеченого эпибатидина, составляло 5-15% от общего связывания. Анализ данных о специфическом связывании дал линейные графики Скэтчарда, демонстрирующие присутствие одного класса высокоаффинных сайтов связывания эпибатидина в мембранах ооцитов, трансфицированных крысиными α4β2 нАХР.Не было обнаружено специфического связывания ³ H-эпибатидина в мембранах, полученных из нетрансфицированных ооцитов.

РИС. 3.

Конкуренция связывания феноксикарба и ³ H-эпибатидина в гомогенатах ооцитов, экспрессирующих крысиные α4β2 nAChR. (A) Кривая насыщения общего и неспецифического связывания ³ H-эпибатидина с гомогенатом ооцитов. Для полного связывания гомогенат ооцитов инкубировали с указанной концентрацией ³ H-эпибатидина.Неспецифическое связывание определяли в присутствии 100 нМ немеченого эпибатидина. Данные представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка среднего из 3 экспериментов, каждый из которых выполнен в двух экземплярах. (B) Замещение связанного ³ H-эпибатидина феноксикарбом. Гомогенат ооцитов предварительно инкубировали с указанной концентрацией феноксикарба в течение 30 минут, затем добавляли 0,05 нМ ³ H-эпибатидина и образцы инкубировали в течение ночи при 4 ° C. Данные представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка среднего для четырех экспериментов, каждый из которых выполнен в двух экземплярах.

РИС. 3.

Конкуренция связывания феноксикарба и ³ H-эпибатидина в гомогенатах ооцитов, экспрессирующих крысиные α4β2 nAChR. (A) Кривая насыщения общего и неспецифического связывания ³ H-эпибатидина с гомогенатом ооцитов. Для полного связывания гомогенат ооцитов инкубировали с указанной концентрацией ³ H-эпибатидина. Неспецифическое связывание определяли в присутствии 100 нМ немеченого эпибатидина. Данные представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка среднего из 3 экспериментов, каждый из которых выполнен в двух экземплярах.(B) Замещение связанного ³ H-эпибатидина феноксикарбом. Гомогенат ооцитов предварительно инкубировали с указанной концентрацией феноксикарба в течение 30 минут, затем добавляли 0,05 нМ ³ H-эпибатидина и образцы инкубировали в течение ночи при 4 ° C. Данные представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка среднего для четырех экспериментов, каждый из которых выполнен в двух экземплярах.

Специфический ³ Связывание H-эпибатидина с гомогенатами ооцитов было замещено увеличением концентрации феноксикарба в экспериментах по конкурентному связыванию (рис.3Б). Эксперименты по вытеснению дали значение K _i для феноксикарба, равное 750 мкМ (коэффициент вариации 16%). Подобные эксперименты с ACh дали значение K _и для вытеснения ³ H-эпибатидина на ACh, равное 39 нМ (коэффициент вариации 13%). Эти результаты показывают, что агонист эпибатидин, связанный с сайтами распознавания агонистов α4β2 nAChR крысы, замещается феноксикарбом, но только в концентрациях, которые намного выше, чем те, которые требуются для ингибирования индуцированного ACh ионного тока.

Неконкурентные механизмы

Эксперименты по связыванию показывают, что феноксикарб имеет очень низкое сродство к сайту узнавания агониста. Это свидетельствует о том, что ингибирование феноксикарбом индуцированного АХ ионного тока, которое происходит при более низкой концентрации на несколько порядков, в основном связано с неконкурентными эффектами. Таким образом, были исследованы различные возможности неконкурентного ингибирования nAChR нейронального типа карбаматом феноксикарбом.Чтобы оценить, является ли сам карбамат агентом, вызывающим ингибирующий эффект, были проведены эксперименты, в которых ACh и феноксикарб применялись совместно, а затем вымывались либо по отдельности, либо вместе. Результат показывает обратный хвостовой ток, указывающий на реверсирование блока только тогда, когда феноксикарб вымывается (рис. 4A). При вымывании ACh оставшийся внутренний ток быстро снижался до нуля независимо от того, оставался феноксикарб или нет, а обратные хвостовые токи не наблюдались.Эти результаты показывают, что феноксикарб блокирует ионный ток и исключает возможность того, что ингибирующий эффект вызван усилением способности ACh блокировать каналы в присутствии феноксикарба.

Также были оценены возможные варианты блокировки открытого и закрытого каналов. Результаты на фиг. 4B показывают, что феноксикарб в концентрации, которая вызывает почти полную блокировку при применении во время индуцированного ACh ответа, также вызывает сильный ингибирующий эффект при применении перед применением ACh.Эти результаты демонстрируют, что присутствие агониста не требуется для возникновения ингибирующего эффекта и что блокирование открытого канала не может объяснить неконкурентный ингибирующий эффект феноксикарба. Кроме того, степень ингибирования оказалась независимой от мембранного потенциала в диапазоне от -100 мВ до -40 мВ (фиг. 5). В отдельных экспериментах, проведенных на ооцитах, экспрессирующих нАХР α4β4, было продемонстрировано, что входящий ток, вызванный при мембранном потенциале -30 мВ, блокируется точно так же, как и исходящий ток, вызванный при +30 мВ (не показано).

РИС. 4.

Механизм неконкурентного ингибирования нАХР крысы феноксикарбом. (A) Ионный ток, вызываемый 1 мМ ACh в ооците, экспрессирующем α4β2 nAChR, быстро снижается, когда агонист вымывается. После совместного применения 10 мкМ феноксикарба и 1 мМ ACh к одному и тому же ооциту наблюдается обратный хвостовой ток, указывающий на обратное ингибирование, когда феноксикарб вымывается в присутствии ACh. При вымывании ACh в присутствии феноксикарба оставшийся ток быстро снижается до исходного уровня.Это указывает на то, что только феноксикарб является агентом, вызывающим ингибирующий эффект. (B) Применение 30 мкМ феноксикарба в течение 20 с непосредственно перед применением 1 мкМ ACh в ооците, экспрессирующем α4β2 nAChR, вызывает почти полное ингибирование (правая панель), поскольку совместное применение двух соединений к одному и тому же ооциту для тот же период (левая панель). Это показывает, что ингибирование феноксикарбом происходит в отсутствие ACh, , то есть , когда лиганд-зависимые ионные каналы закрыты.Обратите внимание, что обратный эффект, по-видимому, больше, когда феноксикарб применяется в отсутствие (правая панель), чем когда он применяется в присутствии ACh (левая панель). Горизонтальные столбцы указывают периоды применения ACh (штриховые столбцы) и феноксикарба (сплошные столбцы) в указанных концентрациях.

РИС. 4.

Механизм неконкурентного ингибирования нАХР крысы феноксикарбом. (A) Ионный ток, вызываемый 1 мМ ACh в ооците, экспрессирующем α4β2 nAChR, быстро снижается, когда агонист вымывается.После совместного применения 10 мкМ феноксикарба и 1 мМ ACh к одному и тому же ооциту наблюдается обратный хвостовой ток, указывающий на обратное ингибирование, когда феноксикарб вымывается в присутствии ACh. При вымывании ACh в присутствии феноксикарба оставшийся ток быстро снижается до исходного уровня. Это указывает на то, что только феноксикарб является агентом, вызывающим ингибирующий эффект. (B) Применение 30 мкМ феноксикарба в течение 20 с непосредственно перед применением 1 мкМ ACh в ооците, экспрессирующем α4β2 nAChR, вызывает почти полное ингибирование (правая панель), поскольку совместное применение двух соединений к одному и тому же ооциту для тот же период (левая панель).Это показывает, что ингибирование феноксикарбом происходит в отсутствие ACh, , то есть , когда лиганд-зависимые ионные каналы закрыты. Обратите внимание, что обратный эффект, по-видимому, больше, когда феноксикарб применяется в отсутствие (правая панель), чем когда он применяется в присутствии ACh (левая панель). Горизонтальные столбцы указывают периоды применения ACh (штриховые столбцы) и феноксикарба (сплошные столбцы) в указанных концентрациях.

РИС. 5.

Зависимость ионных токов от напряжения, опосредованных α4β2 нАХР крысы в отсутствие и в присутствии концентрации феноксикарба, близкой к IC ₅₀.Амплитуды ионных токов, индуцированных 1 мкМ ACh с совместным применением 10 мкМ феноксикарба или без него, наносят на график в зависимости от мембранного потенциала в диапазоне от -40 мВ до -100 мВ. Все амплитуды были нормализованы к амплитуде 1 мкМ ACh-индуцированных контрольных ответов, вызванных при удерживающем потенциале -100 мВ. Для каждого мембранного потенциала процент ингибирования был рассчитан на основе ответов в присутствии и в отсутствие феноксикарба (вставка). Точки данных представляют собой среднее значение ± стандартное отклонение. трех экспериментов.

РИС. 5.

Зависимость ионных токов от напряжения, опосредованных α4β2 нАХР крысы в отсутствие и в присутствии концентрации феноксикарба, близкой к IC ₅₀. Амплитуды ионных токов, индуцированных 1 мкМ ACh с совместным применением 10 мкМ феноксикарба или без него, наносят на график в зависимости от мембранного потенциала в диапазоне от -40 мВ до -100 мВ. Все амплитуды были нормализованы к амплитуде 1 мкМ ACh-индуцированных контрольных ответов, вызванных при удерживающем потенциале -100 мВ. Для каждого мембранного потенциала процент ингибирования был рассчитан на основе ответов в присутствии и в отсутствие феноксикарба (вставка).Точки данных представляют собой среднее значение ± стандартное отклонение. трех экспериментов.

Начало и обращение ингибирования

Кинетика эффектов феноксикарба показывает, что скорость начала ингибирования увеличивается с концентрацией карбамата (фиг. 6A). Значения очевидных констант быстрой и медленной скорости начала ингибирования были получены путем подбора уравнения. 2 с данными, показанными на вставке к фиг. 6В, и построенными в зависимости от концентрации феноксикарба. Обратная зависимость между концентрацией карбамата и скоростью отмены ингибирования была получена при вымывании (рис.6Б). Скорость обратного ингибирования индуцированного ACh ионного тока снижалась с увеличением концентрации и с увеличением периода применения карбамата непосредственно перед вымыванием (фиг. 6C). После высоких концентраций карбаматов и после длительных периодов воздействия ингибирующий эффект не полностью отменялся при вымывании карбамата до прекращения суперфузии с ACh (рис. 6, вставки). Эти результаты демонстрируют, что ингибирование карбаматными пестицидами не может быть объяснено на основе процесса первого порядка.{{\ ast}} \]

(3) В модели R — это активированный nAChR, C — молекула карбамата, CR — это быстро обратимое (низкоаффинное) заблокированное состояние рецептора, а CR * — медленно обратимое ( высокое сродство) заблокированное состояние. Обратите внимание, что переход от CR к CR ^* и наоборот происходит без связывания или диссоциации карбамата. Первый шаг считается более быстрым по сравнению со вторым. Константы прямой скорости k _на (M ⁻¹ s ⁻¹) и k ₊₁ (s ⁻¹) и константа обратной скорости k _off (s ⁻¹) и k ₋₁ (s ⁻¹) оценивали путем подбора следующих соотношений между концентрацией карбамата [C] и наблюдаемыми быстрым (k _быстро) и медленным (k _{медленным}) компонентами начала ингибирующего действия. эффект ( e.грамм. , Чжао и др. ., 1999):

\ [\ mathrm {k} _ {\ mathrm {fast}} \ = \ \ mathrm {k} _ {\ mathrm {off}} \ + \ \ mathrm { k} _ {\ mathrm {on}} \ left [\ mathrm {C} \ right] \]

(3a)

\ [\ mathrm {k} _ {\ mathrm {slow}} \ = \ \ mathrm {k } _ {{-} 1} \ + \ \ mathrm {k} _ {+ 1} / \ left (1 \ + \ \ mathrm {K} _ {\ mathrm {d}, \ 1} / \ left [\ mathrm {C} \ right] \ right). \]

(3b) Обратите внимание, что с K _{d, 1} = k _off / k _на и K _{d, 2} = k ₋₁ / k ₊₁ это объясняет зависящий от концентрации ингибирующий эффект с очевидным сродством:

\ [\ mathrm {K} _ {\ mathrm {d, очевидный}} \ = \ \ mathrm {K} _ {\ mathrm {d}, 1} / \ left (1 \ + \ 1 / \ mathrm {K} _ {\ mathrm {d}, 2} \ right) \]

(3c)

РИС.6.

Кинетика ингибирования крысиного α4β2 nAChR-опосредованного ионного тока феноксикарбом. (A) Начало торможения показывает двойное экспоненциальное затухание. Точки данных (среднее ± стандартное отклонение, n = 3–4) представляют собой константы скорости, полученные из двойной экспоненциальной аппроксимации (уравнение 2) для текущих трасс, как на вставке в B. Нарисованные линии в A являются уравнением. 3а и ур. 3b соответствует соотношению между константами скорости k _{быстрого} (темные кружки) и k _{медленного} (светлые кружки) и концентрацией феноксикарба.Наложенные следы (вставка B) представляют возрастающие ингибирующие эффекты 0,3, 1, 3, 10 и 30 мкМ феноксикарба, налитого в течение 20 с, во время 1 мМ ACh-индуцированного ответа. (B) Обратное ингибирование после 20 с суперфузии с феноксикарбом и ACh при переходе на физиологический раствор, содержащий только ACh (см. Вставку). Скорость обращения ингибирующего эффекта, полученная при подгонке единственной экспоненциальной функции к следам, как на вставке, уменьшалась с увеличением ингибирования за счет увеличения концентраций феноксикарба.(C) Скорость отмены ингибирования также снижается с прогрессированием ингибирующего эффекта. Константа скорости, полученная из единственной экспоненциальной аппроксимации обратного ингибирования на графиках, как на вставке C, нанесена на график в зависимости от периода суперфузии с феноксикарбом. Наложенные следы (вставка C) представляют ингибирующие эффекты 30 мкМ феноксикарба, налитого в течение периодов 3, 6, 12 и 20 с во время 1 мМ ACh-индуцированного ответа. Сплошные столбцы поверх следов на вставках обозначают периоды суперфузии с феноксикарбом, штриховые столбцы — суперфузия с ACh.

РИС. 6.

Линии регрессии по ур. 3а и ур. 3b на рисунке 6A показано приблизительное соответствие наблюдаемых эффектов двухступенчатому последовательному механизму схемы 3. Константы скорости для схемы 3, полученные из кинетических подгонок, составляют k _на = 0,044 мкМ ^-1 с ^-1, k _выкл = 0,81 с ⁻¹, k ₊₁ = 0,23 с ⁻¹ и k ₋₁ = 0,06 с ⁻¹. Таким образом, K _{d, 1} = k _от / k _на = 18.4 мкМ и K _{d, 2} = k _-1 / k ₊₁ = 0,26 и очевидное сродство общего процесса ингибирования феноксикарбом, согласно уравнению. 3c, K _{d, кажущееся} = 3,8 мкМ. Это почти то же самое, что значение IC ₅₀, равное 2,3 мкМ, для кривой ингибирования феноксикарба (таблица 1).

Поскольку подгонка констант быстрой и медленной скорости затруднена из-за десенсибилизации, более точная оценка параметра была получена путем подбора двухэтапной модели, представленной на схеме 3, включая экспоненциальную десенсибилизацию рецепторов с использованием программного обеспечения ACSL (Aegis Software Group, Хантсвилл. , AL; рис.7А). Это дало значения для K _{d, 1} = 5,8 мкМ, K _{d, 2} = 0,21 и K _{d, кажущееся} = 1,0 мкМ. Расчетное значение для K _{d, кажущееся} очень похоже на кажущееся сродство феноксикарба, полученное из кривых ингибирования (Таблица 1). На втором этапе с помощью программного обеспечения Berkeley Madonna (версия 8.0.1; Беркли, Калифорния) моделировали начало и обращение ингибирования диапазоном концентраций феноксикарба. Моделирование было выполнено с использованием точных параметров, полученных из кинетической подгонки на Фигуре 7A, и для концентраций, используемых в экспериментах.Сравнение смоделированных эффектов с экспериментальными данными (рис. 7B) дополнительно подтверждает общее соответствие между двухступенчатой моделью и эффектами карбаматного пестицида.

РИС. 7.

Подгонка экспериментальных данных феноксикарба, ингибирующего α4β2 нАХР с двухступенчатым механизмом. (A) На левой панели показаны кинетические данные начала и отмены ингибирования 1 мМ ACh-индуцированного ионного тока 30 мкМ феноксикарба, применяемого в течение периодов 3, 6, 12 и 20 с.Наложенные следы представляют медленно затухающую фазу индуцированного ACh ответа и относятся к одному и тому же ооциту. Контрольный след без феноксикарба отмечен буквой «c». На правой панели показаны результаты подгонки двухэтапной схемы ингибирования 3 ко всему набору данных с использованием программного обеспечения ACSL. Предполагалось, что все токи десенсибилизируют с одинаковой константой скорости, которая также была оценена из данных и составила 0,019 с ^-1. Другие константы скорости, рассчитанные на основе подгонки, следующие: k _на = 0.052 мкМ ⁻¹ с ⁻¹, k _выкл = 0,30 с ⁻¹, k ₊₁ = 0,13 с ⁻¹ и k ₋₁ = 0,027 с ⁻¹ . (B) На левой панели показана кинетика начала и обращения ингибирования 1 мМ ACh-индуцированного ионного тока с помощью 0,3, 1, 3, 10 и 30 мкМ феноксикарба, применяемого в течение 20 с. Наложенные следы взяты из одного ооцита. На правой панели показаны результаты моделирования двухэтапной схемы ингибирования 3 с точными кинетическими параметрами, как в A, и с тем же диапазоном концентраций феноксикарба, что и на левой панели.Пунктирные столбцы обозначают суперфузию 1 мМ ACh для каждого наложенного набора текущих трасс. Сплошные столбики обозначают суперфузию с феноксикарбом в концентрации 30 мкМ для разных периодов в А и при различных концентрациях, упомянутых для периода 20 с в Б.

Фиг. 7.

Подгонка экспериментальных данных феноксикарба, ингибирующего α4β2 нАХР с двухступенчатым механизмом. (A) На левой панели показаны кинетические данные начала и отмены ингибирования 1 мМ ACh-индуцированного ионного тока 30 мкМ феноксикарба, применяемого в течение периодов 3, 6, 12 и 20 с.Наложенные следы представляют медленно затухающую фазу индуцированного ACh ответа и относятся к одному и тому же ооциту. Контрольный след без феноксикарба отмечен буквой «c». На правой панели показаны результаты подгонки двухэтапной схемы ингибирования 3 ко всему набору данных с использованием программного обеспечения ACSL. Предполагалось, что все токи десенсибилизируют с одинаковой константой скорости, которая также была оценена из данных и составила 0,019 с ^-1. Другие константы скорости, рассчитанные на основе подгонки, следующие: k _на = 0.052 мкМ ⁻¹ с ⁻¹, k _выкл = 0,30 с ⁻¹, k ₊₁ = 0,13 с ⁻¹ и k ₋₁ = 0,027 с ⁻¹ . (B) На левой панели показана кинетика начала и обращения ингибирования 1 мМ ACh-индуцированного ионного тока с помощью 0,3, 1, 3, 10 и 30 мкМ феноксикарба, применяемого в течение 20 с. Наложенные следы взяты из одного ооцита. На правой панели показаны результаты моделирования двухэтапной схемы ингибирования 3 с точными кинетическими параметрами, как в A, и с тем же диапазоном концентраций феноксикарба, что и на левой панели.Пунктирные столбцы обозначают суперфузию 1 мМ ACh для каждого наложенного набора текущих трасс. Сплошные столбцы обозначают суперфузию с феноксикарбом в концентрации 30 мкМ для разных периодов в A и при различных концентрациях, упомянутых в течение 20 с в B.

ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты демонстрируют, что карбаматные пестициды феноксикарб и EPTC ингибируют нейронные nAChR крысиного типа α4β2 способом, который зависит от концентрации агониста ACh, который используется для активации лиганд-зависимых ионных каналов.Примечательно, что эти ингибирующие эффекты, которые представляют собой более сильные эффекты на nAChR ряда карбаматных пестицидов (Smulders et al ., 2003), усиливаются в присутствии высоких по сравнению с низкими концентрациями ACh. Эксперименты по конкурентному связыванию демонстрируют, что очевидное сродство феноксикарба к сайтам связывания эпибатидина на nAChR намного ниже (K _i = 750 мкМ), чем сродство ингибирования ионного тока (IC ₅₀ = 2,3–11 мкМ) .Очень низкое сродство феноксикарба к сайту узнавания агониста, оцениваемое по связыванию лиганда (рис. 3), предполагает, что неконкурентный механизм ответственен за ингибирующий эффект карбамата на nAChR-опосредованный ионный ток. Поскольку эксперименты по связыванию выполняются на предположительно десенсибилизированных nAChR, нельзя заранее исключить, что аффинность феноксикарба к сайту узнавания агониста намного выше в недесенсибилизированных nAChR, чем в десенсибилизированных nAChR. Однако в этом случае можно было бы ожидать, что эффективность феноксикарба будет выше при низком уровне, i.e ., недесенсибилизирующий, по сравнению с высокими, десенсибилизирующими концентрациями ACh. Наблюдение обратной связи между эффективностью феноксикарба и концентрацией агониста (рис. 2) является дополнительным аргументом в пользу неконкурентной природы ингибирующего эффекта.

На основании ингибирования крысиного α4β2 нАХР феноксикарбом в присутствии и в отсутствие агониста (рис. 4) и отсутствия зависимости ингибирующего эффекта от напряжения (рис. 5) можно сделать вывод, что открытие канала является не требуется для блокировки, и что карбамат ингибирует индуцированный ACh ионный ток независимо от состояния ионного канала.Кроме того, двухфазная кинетика начала ингибирования и зависимость от концентрации и зависимость от времени кинетики обращения ингибирования (рис.6) демонстрируют, что ингибирующий эффект более сложен, чем простой механизм первого порядка, и предполагает двухэтапный механизм. Модель, первоначально разработанная для кинетики ферментов, , то есть , последовательное двухступенчатое равновесие с быстро обратимой ассоциацией и диссоциацией карбамата с последующим медленно обратимым переходом (Zhao et al ., 1999), очень хорошо согласуется с кинетическими данными, а также предсказывает особенности зависимого от концентрации ингибирования (рис. 7). Особенно привлекательной особенностью модели является то, что она учитывает медленное обращение ингибирующего эффекта после воздействия высокой концентрации карбамата и после длительного воздействия. Ранее сообщалось о подобном медленном, зависимом от концентрации обращении при ингибировании nAChR мышечного типа человека, экспрессируемых в клетках TE-671 филантотоксином PhTX- (12). Основываясь на эффектах филантотоксинов, был сделан вывод, что эти токсины действуют на два функционально разных сайта: один вне ионного канала, связанный с медленно обратимым ингибирующим эффектом, а другой внутри ионного канала, связанный с быстро обратимой блокадой открытого канала (Brier et al. ., 2003). Несмотря на очевидную гомологию между эффектами филантотоксина и теми, которые наблюдаются в настоящее время для феноксикарба, настоящие данные не свидетельствуют о блокаде открытых каналов, наблюдаемой с PhTX-343. Эффект феноксикарба не зависит от напряжения и не зависит от направления тока через ионный канал. То же самое наблюдалось для PhTX- (12), который является слабым блокатором открытых каналов и, как предполагается, усиливает десенсибилизацию рецепторов (Brier et al ., 2003). Другое недавнее исследование кинетики блокирования nAChR-управляемых ионных каналов мышечного типа человека, экспрессируемых в клетках HEK 293 с помощью такрина, также пришло к выводу, что односайтовый блок каналов не может объяснить наблюдаемые эффекты, тогда как модели множественного последовательного блока это делают.Как и феноксикарб в настоящем исследовании, такрин взаимодействует с участком распознавания агонистов nAChR, но только в гораздо более высоких концентрациях, чем те, которые необходимы для ингибирования ионных каналов (Prince et al ., 2002). Настоящая модель (схема 3) представляет собой простой последовательный двухступенчатый механизм, сравнимый с механизмами, оцененными для такрина (Prince et al ., 2002). Модель феноксикарба включает только один блокирующий сайт и дополнительный медленный переход, который приводит ко второму заблокированному состоянию или к десенсибилизированному состоянию рецептора.Основываясь на настоящих результатах, десенсибилизированное состояние является более вероятным объяснением, поскольку это объясняет повышенную эффективность феноксикарба и EPTC при повышенных концентрациях ACh (рис. 2). Это подтверждается наблюдением, что обращение эффекта феноксикарба зависит от того, применяется ли феноксикарб в отсутствие или в присутствии ACh (рис. 4C). После применения в отсутствие ACh реверсирование было близко к 50%, тогда как реверсирование наблюдалось только на ~ 25%, когда та же концентрация феноксикарба применялась в течение того же периода вместе с той же концентрацией ACh.Медленное обращение указывает на то, что ACh способствует второму заблокированному / десенсибилизированному состоянию (CR ^*) nAChR (фиг. 4C, левая панель). PhTX- (12), который обладает аналогичной повышенной способностью ингибировать мышечные nAChR человека при повышенной концентрации агониста, также, как предполагается, усиливает индуцированную ACh десенсибилизацию (Brier et al ., 2003). Сходство эффектов феноксикарба и EPTC (рис. 1 и 2) предполагает, что оба действуют по одному и тому же механизму. Однако из тех же данных также очевидно, что эффект карбарила не зависит от концентрации ACh и легко отменяется, что указывает на то, что карбарил блокирует ионные каналы без последующего усиления десенсибилизации nAChR.

Сходство эффектов феноксикарба с эффектами природного токсина PhTX и такрина лекарственного средства для борьбы с болезнью Альцгеймера указывает на то, что представленная модель может найти в будущем применение для объяснения механизмов ингибирования более широкого класса соединений, чем пестициды карбамата. Подобно такрину, различные карбаматные препараты, ингибирующие холинэстеразу, неконкурентоспособно ингибируют индуцированные ACh ионные токи в высоких концентрациях (, например, , Zwart et al., , 2000). Механизм этого неконкурентного ингибирующего эффекта до сих пор не выяснен.Характеристика природы сайта (ов) связывания, участвующих в сходных эффектах различных соединений, и точное расположение на nAChR может обеспечить важную поддержку общего унифицирующего механизма ингибирования. Повышение вероятности десенсибилизированного состояния nAChR — общее свойство никотиновых агонистов. Воздействие хронических низких уровней никотина, которые вызывают десенсибилизацию nAChR, ранее было показано, что приводит к изменениям уровня экспрессии α4β2 nAChR в головном мозге человека (Breese et al ., 1997). Кажется вполне вероятным, что карбаматы, которые способствуют десенсибилизации nAChR, также могут изменять уровни экспрессии nAChR. Степень проявления этого эффекта и его связь с симптомами хронического воздействия карбаматных пестицидов еще предстоит исследовать.

Мы благодарим доктора Джима Патрика (Медицинский колледж Бейлора, Хьюстон, Техас) за дар клонов кДНК субъединиц nAChR, доктора Сильвию Вайлати за помощь в экспериментах по связыванию, доктора Яна ван Эйкерен (Национальный институт общественного здравоохранения). Здоровье и окружающая среда / RIVM, Билтховен, Нидерланды) за использование приспособлений ACSL, а также John Rowaan и Bas Koomen за уход за лягушками.

ССЫЛКИ

Boulter, J., Connolly, J., Deneris, E., Goldman, D., Heinemann, S., and Patrick, J. (

, 1987,

). Функциональная экспрессия двух нейронных никотиновых рецепторов ацетилхолина из клонов кДНК позволяет идентифицировать семейство генов.

Proc. Natl. Акад. Sci. США

7763

–7767.

Бриз, К. Р., Маркс, М. Дж., Логель, Дж., Адамс, К. Э., Салливан, Б., Коллинз, А. С., и Леонард, С. (

, 1997,

).Влияние курения на связывание никотина [³ H] в посмертном мозге человека.

J. Pharmacol. Exp. Ther.

283

–13.

Brier, TJ, Mellor, IR, Тихонов, DB, Neagoe, I., Shao, Z., Brierley, MT, Strømgaard, K., Jaroszewski, JW, Krogsgaard-Larsen, P., and Usherwood, PNR (

2003

). Противоположное действие филантотоксина-343 и филантотоксина- (12) на никотиновые ацетилхолиновые рецепторы в мышцах человека.

Мол. Pharmacol.

954

–964.

Duvoisin, R.M., Deneris, E. S., Patrick, J., and Heinemann, S. (

, 1989,

). Функциональное разнообразие нейронального никотинового рецептора ацетилхолина увеличивается за счет новой субъединицы: β4.

Нейрон

487

–496.

Ecobichon, D. J. (

, 2001,

). Карбаматные инсектициды. В справочнике по токсикологии пестицидов (Krieger R., ред.), т. 2. С. 1087–1106. Academic Press, Сан-Диего.

Эльдефрави, М. Э. и Эльдефрави, А. Т. (

, 1983,

). Рецепторы нейротрансмиттеров как мишени для пестицидов.

J. Environ. Sci. Здравоохранение B

–88.

Готти, К., Балестра, Б., Моретти, М., Ровати, Г.Е., Магги, Л., Россони, Г., Берти, Ф., Вилла, Л., Паллавичини, М., и Клементи, Ф. (

1998

). Соединения 4-оксистильбена являются селективными лигандами для нейрональных никотиновых рецепторов α-бунгаротоксина.

руб. J. Pharmacol.

124

1197

–1206.

Lockhart, B., Closier, M., Howard, K., Steward, C., and Lestage, P. (

, 2001,

). Дифференциальное ингибирование связывания [³ H] -оксотреморин-M и [³ H] -хинуклинидилбензилата с мускариновыми рецепторами в мембранах головного мозга крыс с помощью ингибиторов ацетилхолинэстеразы.

Арка Наунин-Шмидеберг. Pharmacol.

363

429

–438.

Маринович, М., Вивиани, Б., Капра, В., Корсини, Э., Ансельми, Л., Д’Агостино, Г., Ди Нуччи, А., Биналья, М., Тонини, М., и Галли, CL (

2002

). Облегчение передачи сигналов ацетилхолина дитиокарбаматным фунгицидом пропинеб.

Chem. Res. Toxicol.

–32.

Moser, V.C. (

, 1999,

). Сравнение нейротоксичности алдикарба и метамидофоса у крыс в разном возрасте: поведенческие и биохимические параметры.

Toxicol. Прил. Pharmacol.

157

–106.

Мансон, П. Дж. И Родбард, Д. (

, 1980,

). LIGAND: универсальный компьютеризированный подход для характеристики аффинности связывания агонистов.

Анал. Biochem.

107

220

–239.

Nagata, K., Huang, C. S., Song, J. H., and Narahashi, T. (

, 1997,

). Прямое действие антихолинэстераз на нейрональные каналы никотиновых рецепторов ацетилхолина.

Мозг. Res.

769

211

–218.

Prince, R.J., Pennington, R.A., и Sine, S.M. (

, 2002,

). Механизм такриновой блокады никотиновых ацетилхолиновых рецепторов в мышцах взрослого человека.

J. Gen. Physiol.

120

369

–393.

Смолдерс, К. Дж. Г. М., Буэтерс, Т. Дж. Х., ван Клиф, Р. Г. Д. М. и Виджверберг, Х. П. М. (

, 2003,

). Селективные эффекты карбаматных пестицидов на никотиновые ацетилхолиновые рецепторы нейронов крыс и ацетилхолинэстеразу головного мозга крысы.

Toxicol. Прил. Pharmacol.

193

139

–146.

Сторч, А., Шраттенхольц, А., Купер, Дж. К., Абдель-Гани, Е. М., Гутброд, О., Вебер, К. Х., Рейнхард, С., Лоброн, К., Хермсен, Б., Соскич, В., и др. . (

1995

). Физостигмин, галантамин и кодеин действуют как «неконкурентные агонисты никотиновых рецепторов» на клональных клетках феохромоцитомы крысы.

Eur. J. Pharmacol.

290

207

–219.

Stühmer, W. (

1992

). Электрофизиологическая запись ооцитов Xenopus .

Meth. Энзимол.

207

319

–339.

Van den Beukel, I., Dijcks, F. A., Vanderheijden, P., Vaucquelin, G., and Oortgiesen, M. (

, 1997,

). Дифференциальное связывание мускариновых рецепторов ингибиторов ацетилхолинэстеразы в мозге крысы, человеческом мозге и клетках яичников китайского хомячка, экспрессирующих человеческие рецепторы.

J. Pharmacol.Exp. Ther.

281

1113

–1119.

Van den Beukel, I., van Kleef, R. G. D. M., and Oortgiesen, M. (

, 1998,

). Дифференциальные эффекты физостигмина и органофосфатов на никотиновые рецепторы в нейрональных клетках разных видов.

Нейротоксикология

777

–788.

Zhao, Z., Rothery, R.A., and Weiner, J.H. (

, 1999,

). Остановлены исследования потока связывания 2- n -гептил-4-гидроксихинолин- N -оксида с фумаратредуктазой Escherichia coli .

Eur. J. Biochem.

260

–56.

Zwart, R., van Kleef, R. G. D. M., Gotti, C., Smulders, C. J. G. M. и Vijverberg, H. P. M. (

, 2000,

). Конкурентное усиление эффектов ацетилхолина на никотиновые рецепторы нейронов препаратами, ингибирующими ацетилхолинэстеразу.

J. Neurochem.

2492

–2500.

Zwart, R. и Vijverberg, H.P.M (

, 1997,

). Потенцирование и ингибирование нейрональных никотиновых рецепторов атропином: конкурентные и неконкурентные эффекты.

Мол. Pharmacol.

886

–895.

Заметки автора

* Институт наук по оценке рисков, Утрехтский университет, NL-3508 TD Утрехт, Нидерланды; † CNR, Институт неврологии, клеточной и молекулярной фармакологии, Отделение медицинской фармакологии и Центр передового опыта по нейродегенеративным заболеваниям, Миланский университет, Милан, Италия

Эффекты и механизм последовательного сочетания упражнений и когнитивных тренировок у пациентов с инсультом — Полный текст

Изменение показателей уровня BDNF в сыворотке [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца)]

Повышение нейротрофического и факторы роста сосудов.

Оценка изменения антиоксидантного маркера [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца)]

Антиоксидантные маркеры будут использоваться для отражения изменений окислительного стресса.В частности, мы будем анализировать общую антиоксидантную способность (TAC).

Изменение баллов индикатора глюкозы [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца)]

Уровень HbA1C будет протестирован для изучения взаимосвязи между уровнем глюкозы в крови и аэробными упражнениями

Изменение баллов плазмы уровень липидов [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца)]

Будет оцениваться соотношение холестерина (общий холестерин, деленный на липиды высокой плотности), чтобы отразить уровень липидов в крови.

Изменение показателей измерения функциональной независимости (FIM) [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)]

FIM оценивает уровень зависимости лиц, перенесших инсульт выполнять 18 видов деятельности (13 моторных и 5 познавательных) в повседневной жизни. Диапазон оценок от 18 до 126 и более высокие баллы демонстрируют большее самостоятельное участие в повседневной деятельности.

Изменение баллов шкалы инструментальной деятельности Лоутона для повседневной жизни (Lawton IADL) [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)]

Оценка по шкале Lawton IADL навыки самостоятельной жизни, такие как покупки или управление финансами.

Изменение баллов по шкале воздействия инсульта (SIS) [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)]

SIS 3.0 будет использоваться для оценки состояния здоровья: связанное с качеством жизни пациентов с инсультом. SIS оценивает восемь областей (сила, функция руки, ADL / IADL, мобильность, общение, эмоции, память и мышление, а также участие / ролевая функция) с 59 тестовыми заданиями.

Изменение баллов шкалы нагрузки на лицо, осуществляющее уход (CB) [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)] Шкала

CB оценивает нагрузку на лицо, осуществляющее первичный уход. участники.Уменьшение нагрузки на лиц, осуществляющих уход, после вмешательства может значительно улучшить качество жизни пациентов с инсультом и их семей.

Изменение баллов опросника EuroQol (EQ) -5D [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)]

Качество жизни будет оцениваться Опросник EQ-5D, который включает следующие пять параметров: мобильность, уход за собой, обычная деятельность, боль / дискомфорт и тревога / депрессия.

Изменить баллы теста Timed up and go (TUG) [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)]

TUG оценивает способность к динамическому равновесию и мобильность. Участники должны будут встать со стула, пройти 3 метра, развернуться, вернуться к стулу и сесть.

Изменение результатов теста с шестиминутной ходьбой (6MWT) [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)]

6MWT измеряет максимальное пройденное расстояние 6 минут, которые оценивают уровень выносливости и подвижности участников.В ходе теста участники могли отдыхать по мере необходимости.

Изменение показателей уровня мобильности [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца)]

Акселерометры будут использоваться для обеспечения объективной оценки количества движений рук в реальных ситуациях. Участников попросят надеть монитор активности Actigraphy.

Изменение баллов по Международному опроснику физической активности (IPAQ) [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)]

IPAQ — это международный показатель состояния здоровья. связанные с физической активностью.

Изменение баллов оценки Fugl-Meyer Assessment (FMA) [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)]

Подшкала UE-FMA будет использоваться для оценить уровень сенсомоторных нарушений УЭ у пациентов, перенесших инсульт. UE-FMA содержит 33 движения с диапазоном баллов от 0 до 66. Более высокий балл UE-FMA указывает на меньшее повреждение паретичной конечности. Достоверность и надежность FMA от хороших до отличных.

Изменение показателей индекса мобильности Rivermead (RMI) [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)]

RMI оценивает подвижность кровати участника, перемещение позы и способность ходить.Он содержит шкалу из 15 пунктов, которая включает 14 вопросов и одно прямое наблюдение, с общим количеством баллов 15.

Оценка изменения мышечной силы [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее вверх (до 9 месяцев)]

Мы оценим изометрическую силу мышц сгибателей и разгибателей колена с помощью портативного динамометра.Кроме того, мы будем использовать ручной динамометр для измерения силы захвата пораженной и менее пораженной руки, когда участник сидит, согнув локоть на 90 градусов. Запишем среднее значение 3 попыток.

Изменение баллов Анкеты общественной интеграции (CIQ) [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)]

CIQ измеряет элементы, относящиеся к домашней интеграции, социальным интеграция и производственная деятельность.

Изменение баллов по шкале гериатрической депрессии (GDS) [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)]

Будет использоваться китайская версия краткой формы GDS .

Генотипирование полиморфизма BDNF val66met [Временные рамки: один раз во время вмешательства (ожидаемое среднее значение 3 месяца)]

Повышение регуляции нейротрофических и сосудистых факторов роста

Изменение показателей актиграфии [Временные рамки: исходный уровень , посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца)]

В дополнение к MAL акселерометры ActiGraph GX3 (ActiGraph, Shalimar, FL, USA) будут использоваться для количественной оценки использования рук в домашних условиях участников.Актиграфия будет размещаться на двустороннем запястье в течение 3 дней подряд до и после 1-месячного вмешательства. Участники будут проводить актиграфию весь день, за исключением занятий, связанных с водой, таких как плавание или купание. Используя актиграфию, исследователи смогут записывать и рассчитывать количество движений рук в минуту, а данные будут проанализированы с помощью программного обеспечения MAHUFFE (http://www.mrc-epid.cam.ac.uk/). Актиграфия часто используется для оценки использования руки у пациентов с инсультом.

Изменить баллы краткого экзамена на психическое состояние (MMSE) [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)]

Краткий экзамен психического состояния (MMSE) ) — это наиболее часто применяемая психометрическая скрининговая оценка когнитивного функционирования. MMSE используется для скрининга пациентов на когнитивные нарушения, отслеживания изменений когнитивных функций с течением времени и часто для оценки воздействия терапевтических агентов на когнитивные функции.Общий балл MMSE варьировался от 0 до 30. Более высокие значения указывают на лучшее когнитивное функционирование.

Изменение баллов по шкале Совета медицинских исследований (MRC) [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)]

MRC — это порядковая шкала для оценки мышц сила. Оценка для каждой мышцы варьируется от 0 до 5, причем более высокий балл указывает на более сильную мышцу. Надежность MRC для всех групп мышц была хорошей или отличной у пациентов с инсультом.

Изменение баллов по шкале инсульта Национального института здравоохранения [Временные рамки: исходный уровень, посттест (ожидаемое среднее значение 3 месяца), последующее наблюдение (до 9 месяцев)]

Шкала инсульта Национального института здравоохранения (NIH) Шкала инсульта (NIHSS) — это инструмент, используемый поставщиками медицинских услуг для объективной количественной оценки нарушений, вызванных инсультом. NIHSS состоит из 11 пунктов, каждый из которых оценивает конкретную способность от 0 до 4. По каждому пункту оценка 0 обычно указывает на нормальную функцию этой конкретной способности, в то время как более высокая оценка указывает на некоторый уровень нарушения.Индивидуальные баллы по каждому пункту суммируются, чтобы рассчитать общий балл пациента по шкале NIHSS. Максимально возможный балл — 42, минимальный — 0.

Тони Квасница: «Почему продавцы должны отдавать предпочтение последовательным механизмам» | CRCS

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: ДАТА, ВРЕМЯ И МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ

ВТОРНИК, 24 апреля 2012 г.

CRCS Обед-семинар

Дата: ВТОРНИК, 24 апреля 2012 г.
Время: 11:00 — 12:30
Место: Pierce Hall 100F

Спикер: Тони Квасница, штат Пенсильвания

Заголовок: Почему продавцы должны отдавать предпочтение последовательным механизмам

Аннотация:

Мы анализируем два механизма, обычно используемых для продажи актива или контракта в условиях, когда участники торгов должны нести начальные затраты, чтобы узнать, сколько для них стоит актив: английский аукцион и последовательный процесс торгов.Теория, разработанная Bulow и Klemperer (2009), предсказывает, что продавцы должны предпочесть аукцион, потому что он генерирует более высокие средние доходы, в то время как участники торгов должны предпочесть последовательный механизм, поскольку он генерирует более высокую среднюю прибыль участников торгов. Мы сравниваем эти два механизма в контролируемой лабораторной среде, варьируя начальную стоимость, и обнаруживаем, что, вопреки теоретическим прогнозам, средняя выручка продавца, как правило, такая же или выше при последовательном механизме, в то время как средняя прибыль участников торгов примерно одинакова.

Разное