Триггеры и колебания в биологии

Содержание

Слайд 3

Бифуркационный анализ

Поиск качественных изменений в решении системы дифференциальных уравнений при изменении параметров

Бифуркационный анализ Поиск качественных изменений в решении системы дифференциальных уравнений при изменении
системы
График зависимости стационарного состояния от бифуркационного параметра называется бифуркационной диаграммой
Бифуркации стационых состояний:
λ (real) <0 -> λr =0 -> λr >0

Слайд 4

Бифуркация «узел-седло»

Бифуркации из λ = 0: узел-седло

Бифуркация «узел-седло» Бифуркации из λ = 0: узел-седло

Слайд 5

Автокаталитическая реакция в открытой системе

Bifurcation Discovery Tool
DBSolve

X

a

6

Автокаталитическая реакция в открытой системе Bifurcation Discovery Tool DBSolve X a 6

Слайд 7

Бифуркации из λ = 0: транскритическая бифуркация

«тривиальное» стац. состояние

a=1

Бифуркации из λ = 0: транскритическая бифуркация «тривиальное» стац. состояние a=1

Слайд 8

Cуперкритическая «вилка»

a=0.5

a=-0.5

Cуперкритическая «вилка» a=0.5 a=-0.5

Слайд 9

Cуперкритическая «вилка» в системе химических реакций

X

a

1

Y

1

a

Cуперкритическая «вилка» в системе химических реакций X a 1 Y 1 a

Слайд 10

Cупер-критическая «вилка» в системе химических реакций - 2

a=-2

Cупер-критическая «вилка» в системе химических реакций - 2 a=-2

Слайд 11

Cубкритическая «вилка»

a=-2

Cубкритическая «вилка» a=-2

Слайд 12

Регуляция экспрессии генов

Прокариоты: оперон
Эукариоты: все уровни

Регуляция экспрессии генов Прокариоты: оперон Эукариоты: все уровни

Слайд 14

E. Coli trp Repressor

E. Coli trp Repressor

Слайд 16

Messenger RNA (M)
Operon-polymerase
Operon- repressor
oP + of + oR = 1
activated repressor
Enzyme
Trp

Messenger RNA (M) Operon-polymerase Operon- repressor oP + of + oR =

Слайд 17

Steady state

Steady state

Слайд 18

E. Coli lac operon

lactose
permease

β-galactosidase

thiogalactoside
transacetylase 

расщепление
лактозы

транспорт
Лактозы в клетку

E. Coli lac operon lactose permease β-galactosidase thiogalactoside transacetylase расщепление лактозы транспорт Лактозы в клетку

Слайд 21

Allolactose (А), lactose (L), permease (P)
β-galactosidase (B), mRNA (M), repressor (R)
Operon-repressor (or),

Allolactose (А), lactose (L), permease (P) β-galactosidase (B), mRNA (M), repressor (R)
operon-producing (op)

Steady-state

Steady-state

Слайд 23

Триггер Жакоба-Мано


 

Триггер Жакоба-Мано

Слайд 24

Триггер Жакоба-Мано: γ=1, L=4


m

Триггер Жакоба-Мано: γ=1, L=4 m

Слайд 25

Триггер Жакоба-Мано: m=3, L=1.61


gamma

Триггер Жакоба-Мано: m=3, L=1.61 gamma

Слайд 26

Предельный цикл

О1. Предельным циклом векторного поля на фазовой плоскости называется замкнутая (периодическая)

Предельный цикл О1. Предельным циклом векторного поля на фазовой плоскости называется замкнутая
траектория этого векторного поля, в окрестности которой нет других периодических траекторий.

Слайд 27

Предельный цикл

С каждой из сторон предельный цикл является либо отталкивающим, либо

Предельный цикл С каждой из сторон предельный цикл является либо отталкивающим, либо
притягивающим. Если поведение с обеих сторон одинаково — цикл называется соответственно отталкивающим или притягивающим. Если же с одной стороны происходит притяжение, а с другой отталкивание — говорят о полуустойчивом цикле

Слайд 28

Теорема Пуанкаре-Бендиксона

О2. Предельное множество —это множество состояний, к которым объект неограниченно приближается

Теорема Пуанкаре-Бендиксона О2. Предельное множество —это множество состояний, к которым объект неограниченно
при неограниченном возрастании (или убывании) времени.
Т1. Пусть задано C1-гладкое векторное поле на плоскости или в некоторой области плоскости, имеющее лишь конечное число особых точек. Тогда ω-предельное множество любой траектории — это либо (1) особая точка, либо (2) периодическая траектория, либо (3) полицикл (объединение особых точек и соединяющих их отрезков траекторий).

Слайд 29

Теорема Пуанкаре-Бендиксона

Теорема Пуанкаре-Бендиксона

Слайд 30

Критерий Бендиксона

Если дивергенция векторного поля на плоскости знакопостоянна и отлична от нуля

Критерий Бендиксона Если дивергенция векторного поля на плоскости знакопостоянна и отлична от
в некоторой односвязной области, то отсутствуют замкнутые фазовые кривые этого поля, целиком лежащие в этой области.

Слайд 31

Бифуркации из пары комплексно-сопряженных λ: теорема Хопфа

Тогда в системе есть предельный цикл

Бифуркации из пары комплексно-сопряженных λ: теорема Хопфа Тогда в системе есть предельный
в области a0, причем радиус цикла пропорционален и частота близка к ω0

Цикл стабильный если ν > 0 и цикл существует при а > а0, либо если ν < 0 и цикл существует при а < а0. В противном случае он нестабильный.

Слайд 32

Бифуркация Андронова-Хопфа

суперкритическая
бифуркация

Бифуркация Андронова-Хопфа суперкритическая бифуркация

Слайд 33

Бифуркация Андронова-Хопфа

субкритическая
бифуркация

с < -1 -1 < c < 0 c >

Бифуркация Андронова-Хопфа субкритическая бифуркация с 0
0

Слайд 34

Брюсселятор

Брюсселятор

Слайд 36

Я

автокатализ

автоингибирование

Положительная обратная связь

Отрицательная обратная связь

Длинная обратная связь

Я автокатализ автоингибирование Положительная обратная связь Отрицательная обратная связь Длинная обратная связь

Слайд 37

Кальциевая сигнализация

Кальциевая сигнализация

Слайд 42

Открытая система

Открытая система

Слайд 47

Гликолиз – «истощение субстрата»

Glucose

F6P

F1,6P2

упрощенная схема

Kmx >> x
Kmy >>y

узел: α = 0.25; r = 1.

устойчивый фокус: α = 4; r = 0.2

Гликолиз – «истощение субстрата» Glucose F6P F1,6P2 упрощенная схема Kmx >> x
предельный цикл: α = 6; r = 0.2

2й предельный цикл: α = 8; r = 0.5

Слайд 48

Циклины – «активатор-ингибитор»

Циклины – «активатор-ингибитор»

Слайд 49

Осциллятор Гудвина - отрицательная обратная связь

Осциллятор Гудвина - отрицательная обратная связь

Слайд 50

Спасибо за внимание!

Спасибо за внимание!