Моделирование биохимических и генетических процессов в клетке
Дипломная работа - Биология
Другие дипломы по предмету Биология
°тематической модели, мною были поставлены следующие цели:
осуществить расчет изменения потенциала, объема, водного потока и концентраций проникающих ионов эритроцита в зависимости от внеклеточного рН
осуществить симуляцию гибели эритроцита методом фиксации трансмембранного потенциала
исследовать скорость изменения потенциала, объема, водного потока и концентраций проникающих ионов эритроцита в зависимости от низких показателей внеклеточного рН (0,3 - 0,9)
3.1 Расчет изменения потенциала, объема, водного потока и концентраций проникающих ионов эритроцита
.1.1 Влияние внеклеточного рН
Согласно литературным данным [8] для расчетов мной были выбраны в качестве начальных следующие параметры эритроцита:
- концентрация ионов внутри клетки
- концентрация ионов внутри клетки
- концентрация ионов внутри клетки
- начальный объем клетки
- площадь поверхности клетки
- объем исследуемого образца
- уровень гематокрита
- концентрация ионов во внеклеточной среде
- концентрация ионов во внеклеточной среде
- концентрация ионов во внеклеточной среде
- количество гемоглобина во внутриклеточной среде
- газовая постоянная
- постоянная Фарадея
- температура
- константа для расчета потока Якобса-Стюарта
На первом этапе моделирования исследуемое количество клеток было помещено в раствор, все параметры которого, кроме рН, соответствовали стационарному состоянию эритроцита. Путем постепенного изменения значения внеклеточного рН от 1 до 10 (перевода эритроцита из кислой среды в щелочную), я исследовала влияние рН на изменение концентраций проникающих ионов клетки . Результаты расчетов (графики 1 - 6) показали, что изменение рН в растворе приводит к изменению времени установления равновесного состояния эритроцита, а также более значительным изменениям концентраций ионов . В случае нахождения эритроцита в кислой среде (графики 1 - 8) процесс перехода клетки в стационарное состояние занимает около 50 мсек. Приобретение окружающим эритроцит раствором большего количества щелочных свойств (графики 9 - 14) приводит к сокращению времени данного процесса (установления стационарного состояния) до 6 - 10 мсек.
Полученные результаты объясняются влиянием повышенного количества ионов водорода во внеклеточной среде при помещении эритроцита в раствор с рН менее 5. Такое состояние клетки соответствует пониженной осмотичности эритроцита по сравнению с окружающей его средой. Это приводит к увеличению времени изменения основных параметров эритроцита (в том числе и концентраций ионов ), пока не произойдет выравнивание осмотических показателей клетки и окружающего ее раствора.
График 1. рН = 1 (внутриклеточные концентрации ионов )График 2. рН =1 (внеклеточные концентрации ионов )График 3. рН = 1,5 (внутриклеточные концентрации ионов )График 4. рН = 1,5 (внеклеточные концентрации ионов )График 5. рН = 2 (внутриклеточные концентрации ионов )График 6. рН = 2 (внеклеточные концентрации ионов )График 7. рН = 3 (внутриклеточные концентрации ионов )График 8. рН = 3 (внеклеточные концентрации ионов )График 9. рН = 5 (внутриклеточные концентрации ионов )График 10. рН = 5 (внеклеточные концентрации ионов )График 11. рН = 7,4 (внутриклеточные концентрации ионов )График 12. рН = 7,4 (внеклеточные концентрации ионов )График 13. рН = 9,4 (внутриклеточные концентрации ионов )График 14. рН = 9,4 (внеклеточные концентрации ионов )
Аналогичный эксперимент был проведен и для изучения изменения других параметров эритроцита, как потенциал и трансмембранный поток воды. Полученные результаты также подтверждают динамику изменения времени установления клеткой стационарного состояния. При рН окружающей эритроцит среды менее 5 (графики 15 - 22) время достижения равновесия около 80 мсек, при рН более 5 (графики 22 - 26) данное время сокращается до 10 мсек.
Таким образом, видно, что рН внеклеточной среды влияет на скорость достижения эритроцитом стационарного состояния.
3.1.2 Фиксация трансмембранного потенциала
Произведя фиксацию потенциала эритроцита и пронаблюдав за изменением его основных параметров, выяснилось, что (согласно расчетам модели) по истечении 100 - 150 мсек происходит осмотический гемолиз исследуемой клетки.
В результате фиксации потенциала эритроцита произошел практически полный выход внутриклеточных ионов и гемоглобина в окружающую клетку среду [9]. Так как интенсивность водного потока внутрь эритроцита регулируется изменением потенциала клетки, произошел процесс входа воды внутрь эритроцита, его набухание и разрушение, после превышения объема в 150 мкм3 [10].
График 27. рН = 7,4 (внутриклеточные концентрации ионов )График 28. рН = 7,4 (внеклеточные концентрации ионов )График 29. рН = 7,4 (потенциал)График 30. рН = 7,4 (водный поток)График 31. Внутриклеточный рНГрафик 32. Внеклеточный рНГрафик 33. Коэффициент сжимаемости гемоглобина
3.1.3 Влияние малых значений рН на скорость изменения потенциала и водного потока эритроцита
Водородный показатель pH широко используется для характеристики кислотно-основных свойств различных биологических сред.
Кислотность реакционной среды особое значение имеет для биохимических реакций, протекающих в живых системах. Концентрация в растворе ионов водорода оказывает влияние на физико-химические свойства и биологическую активность белков и нуклеиновых кислот, поэтому для нормального функционирования организма поддержание кислотно-основного гомеостаза является важ?/p>