细胞钙浓度的变化对周期信号的响应及胞间同步

 钙离子是细胞中一种很重要的第二信使,通常它以钙离子浓度振荡的方式转导多种生理学信息,影响细胞分化、成熟和凋亡等各种生理过程,最终导致生物效应。通过实验研究了细胞钙浓度的变化对周期信号的响应和建立在多细胞模型的基础上,从肝细胞内钙离子振荡的动力学模型出发,以胞间耦合因子作为影响因子,数值分析单细胞、耦合的多细胞下的胞内钙振荡形式。实验结果表明：细胞钙振荡对不同频率和强度的周期信号的响应是不同的：对有的参数周期信号能产生强烈响应,有的不能。数值分析结果表明：细胞间的差异性导致钙振荡不同,胞间耦合影响多细胞钙振荡的同步性。     

电磁场对胞内钙振荡的影响

目的 研究细胞钙振荡的周期与IP3受体浓度的关系以及外加电磁场对细胞钙振荡的影响.方法 从单个肝细胞内钙离子振荡的动力学模型出发,以细胞膜上IP3受体浓度作为作用因子,数值分析电磁场频率对胞内钙离子浓度的影响.结果 给出了胞浆内钙离子浓度随时间变化的关系.结论 钙振荡的周期与IP3受体的浓度成非线性关系,外加电磁场频率影响胞内钙振荡的周期.     

内噪声对细胞体系钙振荡的积极作用

通过构建一个细胞内钙振荡的介观随机模型,采用化学朗之万方程,研究了内噪声对细胞内钙振荡的影响.研究结果发现,当体系处于由宏观确定性方程所确定的Hopf分叉点附近,并且此时体系的确定性动力学行为不发生振荡时,如果考虑内噪声的作用,就会有随机的钙振荡发生,并且这种钙振荡的规则度会随着内噪声强度的变化出现一个极大值,表明了内噪声随机共振的发生.     

基于钙响应钟型曲线构建的钙振荡模型

细胞质钙离子(Ca~(2+))常以浓度振荡变化的方式控制许多生理活动,内质网上的三磷酸肌醇受体(inositol 1,4,5-trisphosphate receptor,IP_3R)通道是产生钙振荡的关键因素,因此研究其振荡机制具有重要意义.虽然钙振荡已被广泛建模,但大部分模型细胞质与内质网中钙振荡的范围与实验观测数据差异较大.通过整合最近的实验结果,基于IP_3R通道活性对细胞质Ca~(2+)浓度依赖的钟型曲线构建了一个新的钙振荡模型.模型结果除了可以很好地模拟实验中关于钙振荡范围的数据,还可重复多种实验现象.对模型进行参数敏感性分析后,进一步采用单参数分岔分析分别研究了两个高敏感参数,即细胞质内Ca~(2+)缓冲蛋白的总浓度和IP_3R通道激活Ca~(2+)的解离常数(K_1)对钙振荡的影响,发现它们对钙信号有相反的作用.对三磷酸肌醇(IP_3)浓度和K_1进行双参数分岔分析的结果表明K_1对IP_3能产生钙振荡的区域及其振幅有重要影响,揭示可以通过改变K_1影响细胞对外界刺激的响应及其钙振荡模式.该研究有助于理解钙振荡机制,并可为后续理论研究提供框架.     

改进的De Young-Keizer钙振荡模型

钙离子(Ca~(2+))是细胞内重要的信使分子,其通过钙振荡的形式控制很多细胞活动.为了研究钙振荡产生的机制,研究者们构建了较多钙振荡模型,由De Young和Keizer构建的模型(DYK模型)是其中的典型代表.但DYK模型有一些不足之处,其最主要的问题是Ca~(2+)振荡的振幅与最新实验数据相差较大.该文依据对DYK模型参数敏感性分析的结果,调整了其中的3个参数,并考虑Ca~(2+)缓冲蛋白的作用,提出改进模型.改进模型的时间序列和以[IP_3]为分岔参数分析的结果显示:细胞质和内质网Ca~(2+)振荡的范围符合实验测量结果.此外,微调改进模型的3个参数可以使钙信号编码方式呈现调幅、调频和调幅加调频混合模式.该研究不仅可使人们从理论方面理解钙振荡产生的机制及钙信号的编码方式,而且可为后续研究提供能真实反映实验结果的数学模型及理论框架.     

Houart-Dupont钙振荡模型的复杂动态

运用中心流形定理和分岔理论分析了Houart-Dupont钙振荡模型的非线性动态,包括随参数变化时平衡点的类型及其稳定性的变化,从理论上严格证明了系统振荡现象产生与消失是由于平衡点发生了2次supercritical Hopf分岔导致的。通过运用matlab软件进行数值模拟,验证了理论分析结果的正确性。     

Li-Rinzel钙振荡模型的复杂动态

分析了Li-Rinzel钙振荡模型的非线性动态，包括随参数变化时平衡点的类型及其稳定性的变化，从理论上严格证明了系统中振荡现象产生与消失分别是由于平衡点发生supercritical Hopf分岔和subcritical Hopf分岔导致的。当分岔参数c(IP₃)＞0时，系统不会发生静态分岔。通过数值模拟，验证了理论分析结果的正确性。     

改进双钙库模型的分岔分析

钙离子(Ca~(2+))是细胞内最常用的信号分子,它通过钙振荡的形式调节多种不同的细胞活动。双钙库模型是一个经典的钙振荡模型,它描述了细胞内钙振荡发生的详细机制。但是,该模型中的希尔系数高,不利于数学分析。本文在降低希尔系数的基础上提出了改进模型,并应用定性理论和分岔理论对其进行了数学分析。改进双钙库模型的动力学性质与原始双钙库模型相似,但其钙振荡区间更大,振幅变化更明显,更好地体现了Ca~(2+)编码细胞信号的方式。双参数分岔分析结合参数敏感性分析的结果表明:Ca~(2+)流出细胞的速率常数、钙库上钙释放通道和钙泵的激活常数均可对钙振荡产生明显影响,这些参数的改变可能会引发Ca~(2+)相关的疾病。本研究有助于人们更好地从数学层面研究双钙库模型,对理解钙信号及其相关疾病也有一定帮助。     

体外ELF电磁场对肝细胞Ca2+生理浓度变化的影响

研究了ELF电磁场对细胞游离Ca2 浓度的影响。分别通过(a)从单个肝细胞内钙离子振荡的动力学模型出发,以细胞膜上IP3受体浓度作为作用因子的数值计算和(b)ELF电磁场对细胞作用的实验结果分析电磁场对细胞游离Ca2 浓度的影响。结果表明:钙振荡的周期与IP3受体的浓度成非线性关系,外加ELF电磁场影响胞内钙振荡的周期和胞浆Ca2 浓度:强度为53v/m、频率为16Hz、45Hz和频率为16Hz、强度为80v/m的电磁波可使细胞胞浆Ca2 浓度上升明显,有显著统计学意义,强度为53v/m、频率为32Hz和60Hz和频率为16Hz、强度为26v/m的电磁波作用后细胞胞浆Ca2 浓度上升不明显,无统计学意义。     

皮质神经元网络同步自发钙振荡的特性

通过实验证实培养的皮质神经元网络存在一种同步自发钙振荡．这种钙振荡是突触活动驱动的,可以被TTX,谷氨酸受体拮抗剂CNQX/APV所阻断．而GABAA受体阻断剂picrotoxin对其没有影响,表明这种自发钙振荡完全依赖于谷氨酸能突触活动．同样证实这种同步自发钙振荡依赖于外钙的内流,而不需要胞内钙库钙的释放,L型钙通道阻断剂nifeclipine完全阻断这种自发钙振荡,表明钙的内流主要通过L型钙通道．     

A defined range of guard cell calcium oscillation parameters encodes stomatal movements.

Oscillations in cytosolic calcium concentration ([Ca2+]cyt) are central regulators of signal transduction cascades, although the roles of individual [Ca2+]cyt oscillation parameters in regulating downstream physiological responses remain largely unknown. In plants, guard cells integrate environmental and endogenous signals to regulate the aperture of stomatal pores and [Ca2+]cyt oscillations are a fundamental component of stomatal closure. Here we systematically vary [Ca2+]cyt oscillation parameters in Arabidopsis guard cells using a 'calcium clamp' and show that [Ca2+]cyt controls stomatal closure by two mechanisms. Short-term 'calcium-reactive' closure occurred rapidly when [Ca2+]cyt was elevated, whereas the degree of long-term steady-state closure was 'calcium programmed' by [Ca2+]cyt oscillations within a defined range of frequency, transient number, duration and amplitude. Furthermore, in guard cells of the gca2 mutant, [Ca2+]cyt oscillations induced by abscisic acid and extracellular calcium had increased frequencies and reduced transient duration, and steady-state stomatal closure was abolished. Experimentally imposing [Ca2+]cyt oscillations with parameters that elicited closure in the wild type restored long-term closure in gca2 stomata. These data show that a defined window of guard cell [Ca2+]cyt oscillation parameters programs changes in steady-state stomatal aperture.     

一个电化学动力系统中的混合模式振荡

为了研究溴化铟(III)在含有大量硫氰酸钠电解液中扩散电化学系统的电流自激振荡,采用回归映射和庞加莱截面,考察混合模式振荡和混沌现象的动力学状态.根据数值模拟结果得出,电流的时间序列以某一特定序列的形式出现混合模式振荡行为,并且出现了相邻两个周期状态交错出现的周期状态和混沌状态;通过电流的分岔图和周期图,从理论上分析了混合模式振荡行为的有序变化.结果表明:电化学模型呈现出的混合模式振荡行为有着规律的周期性变化,这与现有的文献结果保持一致.     

FitzHugh―Nagumo神经元模型非阈下响应的随机共振

研究了当FitzHugh-Nagumo(FHN)神经元模型在弱信号激励下只有阈上振荡响应时的随机共振。研究结果表明:随着FHN神经元模型的分岔参数的增加,发生了一个由两个吸引子(阈上振荡和阈下振荡)变化到一个吸引子(阈上振荡)的分岔;当FHN神经元模型的分岔参数位于分岔点的右边时,在弱信号激励下系统的响应只有阈上振荡存在,此时在外噪声或者内噪声的调制下,系统响应的能量向输入信号频率处集中,而信噪比随噪声强度的变化曲线呈现出单峰曲线,随机共振发生了,并且此时随机共振发生的机制是由于系统运动在分岔点左右三个吸引子(两个在分岔前一个在分岔后)之间的跃迁而产生的。     

四氮杂大环四烯镍(Ⅱ)参与的连续振荡化学反应

本文报道了一种新型振荡化学反应体系BrO_3~-—没食子酸—H_2SO_4—四氮杂大环四烯镍(Ⅱ)配合物连续振荡化学反应体系,四氮杂大环为2,3,9,10—四甲基—1,4,8,11—四氮杂环十四—1,3,8,10—四烯,研究了可出现连续振荡(间歇式振荡)现象的浓度范围,并提出了简要的振荡机理。     

钙离子体系中显式阵发振荡随机共振

采用介观的化学朗之万方程研究了内噪音对于钙离子阵发振荡行为的影响.模拟结果显示,体系的信噪比值在某一内噪音强度下,即某一细胞体积下达到最大.这一行为与随机共振现象相似,称之为显式阵发振荡随机共振.若采用相关时间度量阵发振荡的相关性,则阵发振荡的相关时间也会在某一细胞体积下达到最大.     

一类一阶多滞量的中立型微分方程的振动性

本文主要研究了一阶多滞量的中立型微分方程的振动性,并获得了其解为振动的若干充分性判据.