Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Cơ điện sinh học của sự co thắt dao động. Mô hình hóa động lực học theo chiều dài của các sợi protoplasm Physarum polycephalum
Tóm tắt
Một mô hình toán học về động lực học theo chiều dài của một sợi plasmodium Physarum polycephalum biệt lập đã được xây dựng. Hệ thống co bóp của nó được coi như một môi trường viscoelastic liên tục với các thành phần thụ động và chủ động. Mô tả toán học về động lực học theo chiều dài của sợi plasmodium được giảm về một hệ thống ba phương trình vi phân bậc nhất, mà các biến số của nó là ứng suất chủ động, biến dạng và nồng độ ion canxi nội bào. Mô hình dựa trên giả thuyết rằng tồn tại một vòng phản hồi, được hình thành bởi sự ảnh hưởng của sự kéo dài của sợi lên tốc độ giải phóng ion canxi, từ đó điều khiển sự co bóp chủ động và biến dạng của sợi. Các tương tác phi tuyến giữa các biến số gây ra sự mất ổn định của trạng thái tĩnh và sự tự kích thích của các dao động tự động cơ học khi tải trọng bên ngoài vượt quá một giá trị ngưỡng nhất định. Kết quả của các giải pháp số của mô hình với các thông số viscoelastic được xác định thực nghiệm có sự phù hợp tốt với dữ liệu thực nghiệm hiện có và chứng minh tính đầy đủ của mô tả về động lực học của sợi bằng mô hình toán học trong đó bộ phận co bóp là một phần của hệ thống điều khiển tế bào. Cụ thể, mô hình này mô phỏng tốt hình dạng và thời gian của các quá trình cơ học hóa quá độ được quan sát dưới các điều kiện đồng thể và đồng tâm ngay sau khi tách sợi, cũng như sự kích thích tiếp theo của các dao động tự động về hoạt động co bóp và sự hoạt hóa của chúng bằng cách kéo dài sợi.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
A. Tero, R. Kobayashi, and T. Nakagaki, Physica D 205, 125 (2005).
R. Kobayashi, A. Tero, and T. Nakagaki, J. Math. Biol. 53, 273 (2006).
D. E. Ingberg and I. I. Tensegrity, J. Cell Sci. 116, 1397 (2003).
V. Vogel and M. Sheetz, Nature Rev. Mol. Cell Biol. 7, 265 (2006).
X. Trepat, L. Deng, S. S. An, et al., Nature 447, 592 (2007).
V. A. Teplov, Yu. M. Romanovsky, and O. A. Latushkin, BioSystems 24, 269 (1991).
Yu. M. Romanovsky and V. A. Teplov, Usp. Fiz. Nauk 165(5), 555 (1995).
V. A. Teplov, Yu. M. Romanovsky, D. A. Pavlov, and W. Alt, in Dynamics of Cell and Tissue Motion, Ed. by W. Alt, A. Deutsch and G. A. Dunn (Birkhaeuser, Basel, 1997), pp. 83–92.
D. A. Pavlov, Yu. M. Romanovsky, and V. A. Teplov, Biofizika 41(1), 146 (1996).
V. A. Teplov, E. A. Khors, D. A. Pavlov, et al., in Nonlinear Dynamics and Structures in Biology and M edicine: Optical and Laser Technologies, Ed. by V.V. Tuchin (Proc. SPIE, 1997), Vol. 3053, pp. 2–8.
V. A. Teplov, V. V. Mitrofanov, and Yu. M. Romanovsky, Biofizika 50(4), 704 (2005) [Biophysics 50, 618].
N. Kamiya, Ann. Rev. Plant Physiol. 32, 205 (1981).
W. Stockem and K. Brix, Int. Rev. Cytol. 149, 145 (1994).
V. A. Teplov, S. I. Beylina, and Yu. M. Romanovsky, Fiziol. Rast. 45(2), 168 (1998).
S. Takagi and T. Ueda, Physica D 237, 420 (2008).
V. G. Ermakov and A. V. Priezzhev, Biofizika 29(1), 106 (1984).
Y. Yoshimoto and N. Kamiya, Protoplasma 95, 89 (1978).
F. E. Il’yasov, M. A. Morozov, and V. A. Teplov, Biofizika 53(6), 1044 (2008) [Biophysics 53, 580].
M. Fleischer and K. E. Wohlfarth-Bottermann, Cytobiologie 10, 339 (1975).
K.E. Wohlfarth-Bottermann and M. Fleischer, Cell Tiss. Res. 165, 327 (1976).
V. A. Teplov, Protoplasma, Suppl. 1: Cell Dynamics, 81 (1988).
Z. Baranowski and V. A. Teplov, Cell Biol. Int. Reports 16, 1091 (1992).
S. I. Beylina, N. B. Matveeva, A. A. Klyueva, and V. A. Teplov, Biol. Membrany 21(2), 112 (2004).
Y. Yoshimoto and N. Kamiya, Cell Struct. Funct. 9, 135 (1984).
N. B. Matveeva, A. A. Klyueva, V. A. Teplov, and S. I. Beylina, Biol. Membrany 20(1), 66 (2003).
N. B. Matveeva, S. I. Beylina, and V. A. Teplov, Biol. Membrany 23(3), 223 (2006).
N. B. Matveeva, V. A. Teplov, and S. I. Beylina, Biol. Membrany 27(1), 1 (2010).
G. F. Oster and G. M. Odell, Cell Motility 4, 469 (1984).
G. M. Odell, J. Embriol. Exp. Morph. 83, Suppl., 261 (1984).