细胞内钙震荡的时间延迟效应的随机模拟

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本论文用随机模拟方法,研究了由钙诱导钙释放控制的细胞内钙震荡的时间延迟效应。首先,对细胞内钙震荡研究的意义,细胞内钙震荡研究的现状,以及对考虑时间延迟时钙震荡的研究方法做了全面的综述。其次,系统深入地研究了细胞内钙震荡的时间延迟效应,得到了一系列研究成果。   在细胞内钙离子(Ca2+)的主动传输过程中考虑时间延迟:设细胞质Ca2+被钙库主动吸收花费的时间为T1,钙库主动释放Ca2+进入细胞质花费时间为T2。对细胞内细胞质的Ca2+浓度x和钙库的Ca2+浓度y的时序、稳态概率分布(SPD)和特征关联时间进行随机模拟。   研究了主动吸收时间延迟T1对Ca2+浓度时序和SPD的效应。模拟结果显示:时间延迟T1有一临界值Tc(≌)0.1s,因此,分别就T1<Tc和T1>Tc两种情况进行讨论。1.当T1<Tc时:(i)细胞质Ca2+浓度的震荡与钙库Ca2+浓度的震荡是反同步的,而且在T1很小时,这种反同步震荡还呈现时间相干性;(ii)随着T1的延长,这种相干性就消失了,同时这种反同步震荡也被抑制了;(iii)当T1很短时,由x和y构成的二维系统的SPD出现双稳态,这里主峰对应y是高的和x是低的,但是次峰对应y趋近x;(iiii)随着T1的增加,SPD演化为一单峰结构,这里单峰对应y是高的和x是低的。2.当T1>Tc时:(i)随着T1的增加,x的震荡与y的震荡逐渐由反同步震荡转向周期性地同步震荡;(ii)同时SPD的主峰逐渐变小,然后近似沿着直线38x-y=6在其两边分裂为两个峰,这里主峰对应y和x都很低,但是次峰对应Ca2+浓度在钙库中是高的而在细胞质中是低的,更重要的是,主峰在分裂前也在直线38x-y=6上;(iii)随着T1的进一步增加,次峰离开主峰沿着直线38x-y=6移向远处,而且变得越来越小,这里次峰对应y远远高于x;(iii)同时主峰也沿着这条直线向次峰的方向移动,而且变得越来越高,尽管主峰移动的速度远小于次峰移动的速度,结果,SPD也向单峰结构演化,最后单峰对应y是高的和x是低的。   研究了主动释放时间延迟T2对Ca2+浓度时序和SPD的效应。模拟结果显示:(i)在T2很小的条件下,SPD是双稳态,此时主峰对应y是高的和x是低的,而次峰对应y接近x;(ii)随着时间延迟T2的增加,x的震荡与y的震荡一直都是反同步的,而且这种反同步震荡被T2抑制了;(iii)随着丁2的延长,SPD由双峰向单峰转变,此时,单峰对应y是高的和x是低的。   根据系统稳态概率分布函数的变化规律,得到系统的关联函数。从而得到系统的特征关联时间,然后画出特征关联时间随时间延迟和外噪声强度的变化关系图。得到延长的时间延迟T2能导致系统对某个T1的相干共振,但是随着外噪声的增强,这种相干共振就被抑制了。
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