钙离子通道电流的非线性建模研究

【摘要】： 细胞膜是由双层脂质膜所构成,膜的两侧(即膜的细胞外与细胞内)均为疏水性,因此亲水性离子不能自由通过细胞膜而进入细胞。细胞膜上有蛋白质性质的物质嵌在膜上,或者贯穿细胞膜,从而在蛋白质三维结构内部形成一个亲水性通道,称作离子通道。细胞膜离子通道门控机制的研究是近年来发展起来的一个活跃领域,而建立反映通道门控机制的动力学模型以及相关问题的研究又是这个领域研究的核心课题。离子通道门控机制及其相关细胞生物学问题的研究已经发展成为生物学、生物物理学、药理学、数理统计学、化学、光电子学、计算机应用技术以及非线性科学等多学科融合的交叉学科,特别是非线性科学的研究已初见端倪。因此吸引了许多学者投身其中,而研究用定量的方法刻划通道开与关的门控行为具有重要的理论与实际意义。 本文在研究了离子通道电流的特点之后,对离子通道门控动力学模型提出了一种新的建模方法,以罗杰斯蒂模型为基础,采用了自适应的指数函数拟合法;在文中研究了这种建模方法针对细胞钙离子通道电流数据的处理,并用Matlab给出了出模型的仿真结果;通过与最小二乘法的拟合曲线、杨华分段拟合的曲线比较与分析,自适应拟合法除了有较好的拟合效果外,模型方程还较好地体现了原数据的生物特性;此模型有助于将复杂现象分解为单因素,因而与离子通道中最常使用的马尔可夫模型相比,这个模型在多因素条件下适应性强,此外它还有一定的预测功能。 这个模型比较好的描述了离子通道在一个开关周期内的通道电流,因此可以以此为基础,参考别的模型的合理之处,并结合生物研究的最新成果,构建更准确、更清楚地描述离子通道的动力学模型,并对其进行仿真,可以更深刻地了解离子通道的开关特性,揭示其门控机制。