Навігація
Головна
 
Головна arrow Техніка arrow БІОТЕХНІЧНІ СИСТЕМИ МЕДИЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
Переглянути оригінал

КВАЗІХІМІЧЕСКІХ МОДЕЛЬ ЗРОСТАННЯ КЛІТИННИХ ПОПУЛЯЦІЙ В СЕРЕДОВИЩІ СУБСТРАТІВ І ТОКСИКАНТІВ

АГАЛЬНІ стадії клітинного циклу

Мал. 4.1. 0 АГАЛЬНІ стадії клітинного циклу:

Побудова квазіхіміческіх моделі зростання клітинних популяцій починається з аналізу клітинного циклу, що складається з основних стадій: G - перша стадія підготовки; S - синтез; G 2 - друга стадія підготовки; М- мітоз (рис. 4.1).

Стадії G і G 2 циклу є проміжними між митозом і синтезом. На цих стадіях здійснюється підготовка клітинного матеріалу для наступного етапу: на стадії G - підготовка до синтезу, на стадії G 2 - до мітозу.

G] - перша стадія підготовки; S - синтез; Gi ~ друга стадія підготовки; М- мітоз

З точки зору біології вік біоособі є певною стадії індивідуального розвитку починаючи з народження.

Встановлено, що при заданих зовнішніх умовах тривалості окремих стадій клітинного циклу і циклу в цілому відтворюються з характеристиками, властивими даній клітинної популяції.

Модель називається квазіхіміческіх, оскільки взаємодія клітин і хімічних речовин (субстратів і токсикантів) в зростання популяції відображається у вигляді хімічних реакцій за допомогою квазіхіміческіх рівнянь. При цьому відображається біохімічна структура зростання популяції - її хімічні взаємодії з навколишнім середовищем.

Вербальна квазіхіміческіх модель клітинного циклу, починаючи з мітозу материнської (митотической) клітини З т , може бути представлена у вигляді ланцюжка послідовних стадій - періодів:

де Ci - молода клітина безпосередньо після розподілу; С2, С3, С т - наступні фази її розвитку до мітозу; / - коефіцієнт розмноження. Фази Ci, С2, С3, С т представляють клітини чотирьох вікових груп - стадій Ci, 5, С2, М відповідно (див. Рис. 4.1).

Коефіцієнт розмноження / описує поділ клітин при мітозі. У найпростішому випадку материнська клітина З т ділиться на дві клітини (/ = 2). Залежно від видів клітин і організму число клітин в результаті поділу може бути більше трьох.

Насправді клітини в культурі неоднакові, а процеси, що протікають в популяції, асинхронні. Зазвичай наводяться кількісні характеристики фаз є середньостатистичні показники, вимірювані на великій групі клітин. Тому для більш точного відображення росту популяції ланцюжок (4.1) має бути поданий більш детально.

Фази Ci, С2, С3, С т є різні стану популяції, в яких можуть знаходитися біоособі. Кількісно ці стану оцінюються за чисельністю особин с, в цих станах (/ = 1, ..., т), т. Е. По їх населеності. Об'єднання заселеність в векторної записи формує вектор стану (ci, С2, С3, з т ) популяції, компонентами якого є чисельності особин в кожному з станів.

Необхідна умова зростання клітинних популяцій тих чи інших біологічних видів - наявність набору хімічних речовин (субстратів):

де M s - вектор набору субстратів для біологічного виду Sp.

Як набору субстратів можуть виступати речовини різного виду: кислоти, цукру, нуклеїнові кислоти і т. Д. В результаті поглинання субстратів на фазах Сі Сг, Сз відбувається утворення клітини С »,, яка поглинає субстрати (зовсім не обов'язково ті ж самі) і при розподілі утворює число / нових клітин. Таким чином розвивається популяція в цілому.

Це розвиток можна описати системою послідовних ква- зіхіміческіх (псевдохіміческіх) реакцій (для стислості індекс s опущений):

де Ci - новонароджена клітина, яка в результаті поглинання субстрату Mi перетворюється в клітину З 2 ; Рп - р ті - набір кінетичних констант, що визначає кінетичний вектор зростання. Клітка З 2 поглинає субстрат М 2 і перетворюється в клітину Сз і т. Д. Таким чином описується весь шлях розвитку від клітини Ci до материнської клітини З т , з якої формуються дві нові клітини Ci (народження).

Який сенс записи зростання у вигляді квазіхіміческіх реакцій, наприклад С 2 + (Mi, М 2 , ..., М *) -> Сз?

З одного боку, такий запис відображає той факт, що клітина З 2 стала клітиною Сз. Цей перехід відбувається в результаті поглинання клітиною якихось субстратів (М ь М 2 , ..., М е ), після чого вона може перейти в новий стан.

З іншого боку, з вигляду це та ж сама реакція, тільки в якості реагенту виступає не сама хімічна речовина, а клітина.

Аналогічно у вигляді реакції можна записати, наприклад, що пуголовок З 2 харчується личинками і водоростями (Mi, М 2 , ..., М е ), розвиваючись в жабеня Сз: пуголовок + (личинки і водорості) -> жабеня.

У разі відкритих систем слід враховувати збільшення (або зменшення) чисельності популяції в результаті припливу (відтоку) з навколишнього середовища ЇЇ:

де vvi - - набір швидкостей збільшення числа клітин Ci, ..., С т

з навколишнього середовища.

Дія токсикантів X, може проявлятися на будь-якій стадії росту і також описуватися за допомогою квазіхіміческіх рівнянь: де (Xj, Х 2 , ... »X /) - вектор (список) токсикантів; [d nl ] - матриця кінетичних коефіцієнтів токсичної дії. Токсикантами можуть бути лікарські речовини.

Крім того, слід мати на увазі процеси автоінгібірованія, коли, наприклад, материнська клітина З т затримує зростання молодих клітин:

де - клітина в анабіозі (спокої).

Сукупність цих взаємодій (див. (4.6)) описується кінетичним вектором автоінгібірованія (ац 9 ац 9 a im ). Подібним чином можна відобразити статеве розмноження.

Система квазіхіміческіх рівнянь (4.2) - (4.6) описується системою диференціальних кінетичних рівнянь за допомогою кінетичних коефіцієнтів. Можна побудувати алгоритм такого опису (наприклад, за допомогою пакета програм Maple). В результаті виходить система вищого порядку, якісний аналіз якої провести складно; чисельне рішення таких систем цілком можливо.

За допомогою різних наближень система кінетичних рівнянь може бути скорочена до другого порядку. Така система досить інформативна і дозволяє якісно, а в багатьох випадках і кількісно, описувати розвиток популяцій різних видів.

 
Переглянути оригінал
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук