基于耗散结构的细胞间钙信号通讯的理论模拟研究

摘要

细胞通讯在生物体各种复杂生理过程中具有重要的作用，而细胞中的重要第二信使钙，是细胞通讯中不可或缺的调控媒介。无论是单个细胞中钙振荡行为，还是多细胞体系中的钙波传递行为，都是细胞通过钙浓度对外界刺激进行反应的体现，而细胞钙信号的产生具有复杂的动力学机制。生物细胞系统是一种动态自组织的非线性系统，即是一种耗散系统，细胞通过自身调节或者多细胞体系的自组织协同通讯来实现非稳态与稳态之间的转化。
　　对于细胞钙振荡和钙波在细胞通讯中的具体作用机制，已经有大量的实验结果。与此同时，相关的钙动力学数学物理模型也在发展，涌现出多种钙动力学数学模型。简单模型是一种较为通用的模型，基于该模型，我们研究发现细胞的钙振荡具有周期性，且存在阈值效应。另外，间隙连接耦合细胞之间的钙振荡具有同步特性，这种同步特性与细胞之间的耦合强度有关。此外，对于多细胞体系的钙波传递的模拟结果发现，细胞的多样性对钙波的传递有影响，不同的钙波的形成是细胞之间自组织协同通讯的结果。通过理论研究细胞内和细胞间的钙信号产生、传递规律可为深入探讨细胞间协调通讯提供很好的支持。

目录

声明

摘要

第一章 前言

第一节 钙振荡和钙波简介

第二节 细胞钙动力学机制介绍

1．2．1 细胞内钙

1．2．2 细胞之间的通讯类型

1．2．3 钙振荡和钙波的形成机理

第三节 本文主要内容

第二章 相关理论及数学模型

第一节 耗散结构理论

第二节 有限差分法

第三节 简单的Ca2+库数学模型

第三章 细胞钙振荡特性及耦合细胞钙振荡同步性研究

第一节 单细胞钙振荡特性

3．1．1 单细胞周期性钙振荡模拟

3．1．2 钙振荡的阈值效应

3．1．3 β值对钙振荡周期的影响

第二节 耦合细胞间钙振荡同步性研究

3．2．1 耦合细胞间钙振荡的同步性

3．2．2 影响耦合细胞间钙振荡同步性的因素

3．2．3 耦合细胞间钙振荡的相位锁定

第四章 基于耗散结构的细胞之间钙波通讯研究

第一节 模型的建立

第二节 钙波传递特性

4．2．1 局部刺激耦合细胞群体

4．2．2 钙波碰撞湮灭

第三节 细胞多样性对钙波传递的影响

4．3．1 多样性σ对钙波传递的影响

4．3．2 耦合强度D对钙波传递的影响

4．3．3 外界刺激强度β对钙波传递的影响

第五章 总结与展望

第一节 本文总结

第二节 展望

参考文献

致谢

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