Математическое моделирование регуляции ионного транспорта в некоторых клетках животных

• Автор: Сутормина, Мария Игоревна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Содержание

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ .
ГЛАВА 1. ЖИВАЯ КЛЕТКА КАК ОБЪЕКТ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МОДЕЛЕЙ ТРАНСПОРТА ИОНОВ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ КЛЕТКИ

1 Л. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЖИВОЙ КЛЕТКИ И ТРАНСПОРТА ИОНОВ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ.

1.1 Л. Биологические мембраны

1Л.2. Мембранный потенциал клетки.

1Л .3. Роль минеральных веществ в организме.

1Л .4. Транспорт ионов через биомембрапу

1Л .5. Задача моделирования ионного транспорта

1.2. Литературный обзор моделей транспорта ионов

1.2.1. Модель поворотный сегмент
1.3. Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 2. АЛГОРИТМЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ИОННОГО ТРАНСПОРТА В КЛЕТКАХ
2.1. Математическая постановка задачи.
2ЛЛ. Алгоритм один ион одна система ионного транспорта
2.2. ПОСТРОЕИЕ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМ ИОННОГО ТРАНС ЮРТА БЕЗ УЧЕТА РЕГУЛЯЦИИ..
2.2.1. Общий алгоритм модели транспортных систем в клетке.
2.2.2. Алгоритм с ограничением отклонения от опытных данных.
2.3. Алгоритмы регуляции .
2.3.1. Общие алгоритмы регуляции
2.3.2. Регуляция транспорта многих ионов. Постановка задачи с точки зрения исследования операций.
2.3.3. Эффективная регуляция при изменении двух параметров
2.4. Регуляция давления и объема клеток
2.5. Основные результаты и выводы по главе.
ГЛАВА 3. ВЕРИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ НА ПРИМЕРЕ ЧЕТЫРЕХ ТИПОВ КЛЕТОК ЖИВОТНЫХ
3.1. Моделирование ионного транспорта в клетке сердечной мышцы ,
3.1.1. Построение модели транспортных систем в кардиомиоците
3.1.2 Регуляция ионного фан спорта в клетке кардиомиоцита
3.2. Моделирование ионного транспорта в нейроне
3.2.1. Построение модели транспортных систем в нейроне.
3.2.2. Модель ионного транспорта с ограничением отклонения от опытных данных.
3.2.3. Регуляция ионного транспорта в нейроне
3.3. Моделирование ионного транспорта в эритроците.
3.3.1. Построение модели переноса ионов
3.3.2. Регуляция ионного транспорта в эритроците
3.4. Моделирование ионного транспорта в гепатоциге
3.4.1. Построение модели ионного транспорта.
3.4.2. Регуляция ионного транспорта в гепатоците
3.5. Основные результаты и выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


На начальном этапе диссертационного исследования необходимо дать описание предметной области и объекта моделирования, а также провести аналитический обзор существующих математических моделей ионного транспорта в клетках животных. Биологические системы — это необычайно сложные структуры, возникшие в результате долгого эволюционного процесса и имеющие уникальные свойства поддержания своего внутреннего состояния при изменении внешних условий. Проблема изучения этих свойств биологических систем на разных уровнях организации жизни в последние годы приобретает всё большее значение. На уровне организма и его подсистем интерес объясняется, в том числе, освоением новых сфер обитания - космоса, подводной среды, а также разработкой новых методов лечения, для чего требуется чёткое понимание ресурсов организма и его внутренних систем. Свойство как организма в целом, так и отдельных его подсистем поддерживать постоянной свою внутреннюю среду при изменении внешних условий является одним из фундаментальных. Это объясняет повышенный интерес к изучению внутриклеточных процессов. Объектом моделирования в нашей работе выступают внутриклеточные процессы, обеспечивающие гомеостаз клеток, в частности, перенос ионов через мембрану клетки. Прежде чем обратиться непосредственно к моделированию* необходимо выяснить некоторые физические особенности объекта. Биологические мембраны Биологические мембраны - функционально активные поверхностные структуры, ограничивающие цитоплазму и большинство органелл клетки, а также образующие единую внутриклеточную систему канальцев, складок, замкнутых областей. Толщина их не превышает ЮОА. Одна из важнейших функций — регулирование транспорта ионов, сахаров, аминокислот и других продуктов обмена веществ. Поэтому изучение их структуры и функций — одна из важнейших задач цитологии и молекулярной биологии. В настоящее время наибольшим признанием пользуется жидкостномозаичная модель мембраны, предложенная С. Сингером и Г. Николсоном в году []. Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды — фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. Толщина мембраны составляет 7-8 нм. Биологическая мембрана включает и различные белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь), полуинтегральные (погруженные одним концом во внешний или внутренний липидный слой), поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны). Некоторые из интегральных белков выполняют функцию ионных каналов, различных транспортеров и рецепторов. Основные функции клеточной мембраны: барьерная (мембрана служит механическим барьером, отделяющим внутреннюю среду от внешней), транспортная (способность осуществлять избирательный перенос неорганических ионов, питательных веществ, а также различных продуктов обмена), регуляторная, каталитическая []. Фактически в любой плазматической мембране существует градиен т электрического поля, при этом внутренняя сторона мембраны обычно заряжена отрицательно по отношению к наружной. Такой потенциал облегчает проникновение в клетку 'положительно заряженных ионов, но препятствует проникновению ионов, заряженных офицательпо. В генерации и поддержании мембранного потенциала клетки основную роль играют два транспортных белка: белок-переносчик Иа-К-АТФ-аза и белок, являющийся каналом, позволяющий ионам калия выходить из клетки по градиенту их концентрации []. Покоящаяся плазматическая мембрана более проницаема для ионов калия по сравнению с ионами натрия и анионами. Например, соотношение проницаемостей этих ионов для нервной или мышечной клетки в состоянии покоя РК:Р№:РС,= 1:0,:0,; в состоянии возбуждения на пике потенциала действия Рк:Р№-Ра=1::0, [, , ]. Градиент ионов калия и различия в ионной проницаемости зависят от свойств специфических транспортных белков в самой плазматической мембране.