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电磁非热生物效应的信号转导网络及其功能研究

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第一章 绪论

1.1 电磁非热生物效应研究的背景及意义

1.2 电磁非热生物效应的国内外研究现状及发展趋势

1.3 电磁非热生物效应相关的信号转导途径

1.4本论文的主要工作

第二章 MAPK/ERK模型的建立

2.1 MAPK级联结构及分类

2.2 细胞信号转导网络的建模方法

2.3 细胞信号转导网络的建模理论

2.4 模型参数确定方法

2.5 建立MAPK/ERK通路的结构模型和数学模型

第三章 MAPK/ERK通路的信号处理机制研究

3.1 MAPK/ERK通路的信号放大特性研究

3.2 MAPK/ERK通路的信号传递特异性研究

3.3 本章小结

第四章 MAPK/ERK通路的稳定性研究

4.1 影响MAPK/ERK通路稳定性的相关模型参数

4.2模型关键参数影响通路输出的定量分析

4.3 本章小结

第五章 结论

5.1 总结

5.2 工作展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢

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摘要

极低频电磁场(ELF EMF)对生物体兼具有益和有害效应,如果把微弱的电磁信号作为一种外源性刺激信息,那么要理解其与细胞的能量耦合机制,阐明电磁场影响生物体或细胞产生多样性生物学行为的本质,就必然与决定细胞命运的细胞信号转导网络有关。本文基于电磁场敏感蛋白的相关调控网络,从系统角度研究相关通路的信号处理特性,探讨电磁场与细胞之间可能的能量耦合机制,主要工作如下:
  1、建立MAPK/ERK通路模型
  针对已有文献中对电磁场敏感的相关蛋白信号转导通路选择MAPK/ERK通路为研究目标,基于系统生物学方法构建其结构模型。采用米氏方程构建微分方程组形式的数学模型,利用已发布的数据或可用程序包来获得和估计模型参数。
  2、MAPK/ERK通路的信号放大和特异性研究
  (1)放大性研究
  基于所构建模型,采用MATLAB软件,以Ras_GTP作为系统输入,以ERK_pp作为系统输出,研究系统输入的改变对系统输出的影响。结果表明,输出与输入信息的浓度变化百分比有较好的线性放大关系,能够将能量较低的生化信号转化为需要较高能量的生理反应。
  (2)特异性研究
  针对ERK在MAPK/ERK通路中传递信息的共享功能,研究其在上游不同刺激信号作用下的动力学变化。MATLAB仿真结果表明,共享信号分子被上游瞬态和缓慢变化的信号同时激活时,会表现出不同的动力学变化,从而确保信号的特异性传递。
  3、模型敏感性分析
  利用敏感度分析方法研究模型参数对系统输出的影响,发现显著影响系统输出的生化反应过程及参与的蛋白。仿真结果结合生物学知识进一步分析发现,蛋白活性减小是产生系统输出变化,最终导致非热生物效应的主要原因,而与失活过程中的生化反应过程无关。

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