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耦合生物细胞体系中内噪声对检测弱刺激的积极作用
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O645[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]合肥师范学院化学化工系,合肥230026, [2]中国科学技术大学化学物理系,合肥230026
  • 相关基金:安徽高校省级自然科学基金(KJ20098066Z)及国家自然科学基金(20871039,20673106)资助项目
中文摘要:

通过构建一个耦合细胞体系中细胞内钙振荡的介观随机模型,采用化学Langevin方程研究了耦合细胞体系中内噪声对检测弱刺激的作用.我们发现:对于给定的耦合细胞链的尺度N,存在一个最佳的细胞体积V;并且对于给定的细胞体积V,同样存在一个最佳的耦合细胞链尺度N,在这种情况下细胞内钙振荡的动力学行为最佳,这表明了“尺度共振”或“内噪声随机共振”现象的发生,并且这种现象是不依赖于耦合强度的.生物细胞很可能能够利用内噪声,并通过内噪声随机共振机制来检测弱刺激,从而编码信息用以调节细胞功能.值得一提的是,最佳的细胞体积V总是位于103μm3左右,这与真实的细胞体积很接近.既然生命体系中内噪声是不可避免的,并且体系也经常遇到弱刺激,因此我们的研究结果对于生命体系中的刺激检测过程具有重要的意义.

英文摘要:

By constructing a mesoscopic stochastic model for intracellular calcium oscillations in coupled cell system, we investigated the influence of internal noise on the detection of weak stimulation using the chemical Langevin equation (CLE). We found that an optimal cell size V existed for a coupled cell chain length N and an optimal value of N existed for a given cell size V. At these values, the collective calcium oscillations showed the best performance, indicating the occurrence of "system size resonance (SSR)" or "internal noise stochastic resonance (INSR)". And such a phenomenon was robust to the coupling strength. Living cells may have learned to exploit the internal noise to detect weak stimulation via the mechanism of INSR, and then encode information to specifically regulate distinct cellular functions. It is interesting to note that the optimal cell size is always present at V≈10^3μm3, which is close to the real living cell size in vivo. Since the internal noise in living systems can not be ignored and the systems may often encounter weak stimulations, our findings might have significance for stimulation detecting processes in living systems.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781