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真核细胞分裂过程中生化刺激与力学行为的耦合作用
中文名称: 真核细胞分裂过程中生化刺激与力学行为的耦合作用
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论文编号: 3045188收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: The Biochemical Stimulus and Mechanical Behavior Coupling under the Process of Eukaryote Division
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 固体力学
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 生化 刺激 耦合 有丝分裂 胞质分裂 Stokes问题 微丝 细胞骨架 大变形
简介目录: 点击此处 免费索取本论文简介和目录>>
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论文简介:细胞是构成生命体的基本单位,有丝分裂是动物细胞完成自我繁殖的手段。在有丝分裂阶段,细胞完成了所有信息的自我复制并一分为二,形成两个子细胞。同时在这一过程中也可能发生病变甚至癌变的现象。对于组织工程和人类的保健方面来说动物细胞有丝分裂的课题无疑具有重要的意义。 由于细胞功能的研究大部分需要借助于已有的仪器和设备,同时还与研究者的知识背景有关,所以研究者所研究的内容及结果分析自然会受到限制。研究者虽然众多,迄今为止得到的仍然是一些关于本知识领域的细胞的部分结论,这一过程的总的机理仍然属于未知。本文在研究了大量的有关有丝分裂的实验及模型资料的基础上,尝试建立一个较完整的力学模型,希望能够对生化刺激信号的传递以及与细胞有丝分裂这一力学行为之间的联系做出一个较合理的解释。主要工作包括以下几个方面: 1、建立了由有丝分裂器的星状体向细胞膜上传递生化刺激信号的模型。首先,通过对相关实验资料的分析,根据星状体微管的分布的疏密程度和微管的长度,建立了星状体微管的长度及分布模型,假定微管长度的概率服从正态分布;其次,只有微管的长度大于等于星状体中心到研究点的距离时,生化刺激才能传递到膜上;最后,考虑了微管轴线与膜表面的角度以及微管无法穿越纺锤体到达对面这两方面的因素,进行修正,最终得到膜上各点从一对星状体中心得到的生化刺激量。 2、建立了膜上磷脂分子的重分布与细胞骨架的聚合之间的关系模型。此模型中,磷脂分子的移动的驱动力由两部分组成:大分子的扩散(遵循Fick扩散定理)和膜接收的生化刺激的密度的梯度。计算结果:在分裂末期到胞质分裂初期,膜上的磷脂分子在赤道板附近聚集,为赤道板处形成收缩环提供了物质条件。而且与实验观察结果一致。 3、考虑胞质的粘性,建立了胞质的广义牛顿流体的流动模型。由于细胞在分裂过程中体积基本不变,同时,胞质流动中雷诺数很低、施特鲁哈尔数较小,所以可以简化为不可压缩的低雷诺数流动。由于胞质流动要与粘弹性的质膜进行耦合,所以采用边界积分法进行计算。只要能够已知边界的作用力和边界各点的速度,就可以求出整个流场。 4、采用Mooney-Rivlin材料来描述质膜的本构关系。在模型中,质膜不仅起到约束细胞骨架的作用,还在胞质流动的作用下发生被动变形,带动与之通过网蛋白联结的微丝运动。 5、细胞骨架不仅有抵抗变形的作用,在胞质分裂阶段,还具有主动收缩完成细胞分裂的作用。建立了通过胞质流动驱动微丝发生重取向,与工作1提供的微丝的分布互相耦合,形成在不同位置、不同时刻、不同方向的主动收缩力的数值。这部分主动表面张力与质膜的被动表面张力共同提供各向异性的表面总张力。为胞质分裂的完成提供驱动力。 6、在接触面无滑移的边界条件下,分别位于质膜、微丝、胞质上具有同一空间位置的点具有相同的速度和相同的变形。由此作为契机,对此耦合模型进行求解。 由数值模拟结果可以看出此模型能较好地模拟整个细胞分裂过程,为解释分裂的机理提供一种可作为参考的思路。
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