Моделирование биохимических и генетических процессов в клетке
Дипломная работа - Биология
Другие дипломы по предмету Биология
?ой задачей[11].
Очень малые значения рН (0,3 - 0,9) (рис. 1) оказывают значительное влияние на проницаемости каналов для основных проникающих ионов [12]. В очень кислых растворах [H+] > 10?7, то есть концентрация ионов водорода в окружающей эритроцит среде настолько велика, что в течении первых 10 мсек происходит резкий скачок потенциала клетки и его скорости из-за нарушения осмотического баланса, а также замедление скорости водного потока в клетку [13]. Результаты эксперимента подтверждают гибель эритроцита (рис. 2), т.к. показатели всех параметров клетки стремятся к нулю. Одновременно с этим наблюдается рост данных показателей в окружающей эритроцит среде. Это свидетельствует о разрыве клеточной мембраны и выходе всех структурных компонентов эритроцита в окружающую среду [14].
Скорость водного потока в клетку в течении первых 5 мсек претерпевает замедление (график 40). Это обуславливается нарастанием скорости потенциала приблизительно за такой же период времени (график 38). После достижения величиной водного потока критической отметки следует предположить, что происходит разрыв мембраны эритроцита, что обуславливается резким снижением величины потенциала клетки, величины внутриклеточного водного потока, а также величин скорости изменения потенциала и водного потока [15].
Разработанная модель моделирует гемоглобин эритроцита как статическую структуру, то есть не предусматривает его выход из клетки за исключением гемолиза эритроцита [16] , [17], [18]. Однако состояние внутриклеточной конформации гемоглобина отслеживается с помощью коэффициента сжимаемости. Скорость гибели эритроцита согласуется со скоростью изменения коэффициента сжимаемости клетки (график 42). Достижение данным коэффициентом значения равного нулю говорит о полном выходе гемоглобина из клетки [19].
График 35. Внутриклеточные концентрации ионов График 36. Внеклеточные концентрации ионов График 37. ПотенциалГрафик 38. Скорость изменения потенциалаГрафик 39. Водный потокГрафик 40. Скорость изменения водного потокаГрафик 41. Внутриклеточный рНГрафик 42. Коэффициент сжимаемости гемоглобина
Выводы
1. Изменение рН среды, окружающей эритроцит, в сторону увеличения ее (среды) кислотных свойств приводит к замедленному времени изменения основных параметров эритроцита. Изменение рН среды, окружающей эритроцит, в сторону увеличения ее (среды) щелочных свойств приводит к ускорению времени изменения основных параметров эритроцита, а, соответственно, и времени достижения клеткой стационарного состояния;
. Фиксация потенциала эритроцита обуславливает гемолиз клетки;
. Влияние малых значений рН на скорость изменения потенциала и водного потока эритроцита является разрушительным для клетки. В результате эксперимента произошли изменения показателей основных структурных элементов клетки, которые (показатели) являются характерными для гемолиза эритроцита.
Литература
1.Рубин А.Б., Пытьева Н.Ф., Ризниченко Г.Ю. Кинетика биологических процессов. М.: Изд-во МГУ, 1987. 300 с.
2.Lew VL, Bookchin RM (1986) Volume, pH and-ion content regulation in human red cells: analysis of transient behavior with an integrated model. J Membr Biol 92: 57-74.
.N. Jamshidi, J.S. Edwards, T. Fahland, G.M. Church, B.O. Pallson. Dynamic simulation of the human red blood cell metabolic network. Vol. 17, №3, 2001, pages 286-297.
4.F. Ortega, K. Sameith, N. Turan, R. Compton, V. Trevino, M. Vannucci, F. Falciani. Models and computational strategies linking physiological response to molecular networks from large-scale data. A (2008) 366, pages 3067-3089, Journal The Royal Society.
.M. Tomita, K. Hashimoto, K. Takahashi, S. Tanida, K. Saito. E-CELL: software environment for whole-cell simulation. Vol. 15, № 1, 1991, pages 72-84.
.P. Ortoleva, E. Berry, Y. Brun, J. Fan, M. Fontus, K. Hubbard. K. Jaqaman. The Karyote Physico-Chemical Genomic, Proteomic, Metabolic Cell Modeling System. Vol. 7, № 3, 2003, OMICS A Journal of Integrative Biology.
.K. Kauffman, J.D. Pajerowski, N. Jamshidi, B.O. Palsson, J.S. Edwards. Description and Analysis of Metabolic Connectivity and Dynamics in the Human Red Blood Cell. Vol. 83, August 2002, pages 646-662, Biophysical Journal.
8.Julio A. Hernndez and Ernesto Cristina. Modeling cell volume regulation in nonexcitable cells: the roles of the Na + pump and of cotransport systems. Am J Physiol Cell Physiol 275:C1067-C1080, 1998.
.Virgillo L. Low, Carol J. Freeman, Olga E. Ortiz, and Robert M. Boolkchin. A Mathematical Model of the Volume, pH, and Ion Content Regulation in Reticulocytes. Physiological Laboratory, Cambridge University, Cambridge, United Kingdom; and Department of Medicine, Albert Einstein College of Medicine, Bronx, New York 10461.
10.Baskurt O.K., Meiselman H.J. Blood rheology and hemodynamics// Semin. Thromb. Hemost. 2003. V. 29. ‹ 5. P. 435-450.
11.Brugnara, C., T.V. Ha, and D.C. Tosteson. 1989. Acid pH induces formation ofdense cells in sickle erythrocytes. Blood. 74:487-495.
.Lang F., Lang K.S., Wieder T., Myssina S., Birka C., Lang P.A., Kaiser S., Kempe D., Duranton C., Huber S.M. Cationchannels, cell volume and the death of an erythrocyte// Pflgers Arch. 2003. V. 447. ‹ 2. P. 121-125.
.Sardini A., Amey J.S., Weylandt K.H., Nobles M., Valverde M.A., Higgins C.F. Cell volume regulation and swellingactivated chloride channels // Biochim. Biophys. Acta.2003. V. 1618. ‹ 2. P. 153-162.
.Maher A.D., Kuchel P.W. The Gardos channel: a review of the Ca2+-activated K+ channel in human erythrocytes //Int. J. Biochem. Cell. Biol. 2003. V. 35. ‹ 8. P. 1182-1197.
.Jacobs R.L., Stead L.M., Brosnan M.E., Brosnan J.T. Hyperglucagonemia in rats results in decreased plasma homocysteine and increased flux through the transsulfuration pathway in liver // J. Biol. Chem. 2001. V. 276. ‹ 47. P. 43740-43747.
.Jacobash G.S., Minakami S., Rapoport S.M. // Cellular and molecular biology of erythrocytes / Eds Yoshikawa J. & Rapoport S.M. Tokyo: University of Tokyo Press, 1974.
.Baskurt O.K., Meiselman H.J. Blood rheology and hemodynamics // Semin. Thromb. Hemost. 2003. V. 29. ‹ 5. P. 435-450.
.Halperin J.A., Brugnara C., Kopin A.S., Ingwall J., Tosteson D.C. Properties of the Na+-K+ pump in human red cells with increased number of pump sites // J. Clin. Invest. 1987. V. 80. ‹ 1. P. 128-137.
.Lew V.L., Hockaday A.R. The effects of transport perturbations
on the homeostasis of erythrocytes // Novartis Found Symp. 1999. V. 226. P. 37-50. Discussion P. 50-54.