phản ứng bleousov zhabotinsky

Các nhà sinh học hoàn toàn hứng thú với phản ứng BZ và mô hình Oregonator. Nhưng làm thế nào phản ứng này có thể hữu dụng đến vậy? một lần nữa, một trường hợp tương tự được tìm thấy trong vật lý. Như vậy, theo nghiên cứu về laser heliumneon ở đoạn trước, Cartwright nhận xét, trong một cuộc tranh luận về phân tích của Wilfrid Sellars về mô hình trong khoa học: Điều quan trọng không phải là sự phân chia của các thuộc tính mà là sự phân chia mối liên hệ giữa các thuộc tính… Laser helineon và máy tạo dao động triode thực cần có những thuộc tính chung. Điều thích hợp là mỗi thuộc tính này hiểu hiện tương tự nhau, để cả hai có thể được xử lý bằng phương trình van der Pol như nhau. Bây giờ xem xét đến mô hình Oregonator. Vì biến số trong mô hình có thể được biểu diễn lại theo các chất và sản phẩm khác, có thể mở rộng mô hình bao trùm lên các hệ thống được chú ý khác bao gồm các hệ thống sinh học và hóa sinh. Cơ sở mở rộng của Oregonator tới các hệ thống sinh học dựa trên sự quan sát một số điểm chung về biểu hiện thường thấy giữa phản ứng BZ và hệ thống sinh học. các hệ thống sinh học có thể được dựa trên những chất khác nhau từ nghiên cứu phản ứng BZ trong hóa học, nhưng chúng có các yếu tố liên quan với nhau, và vận hành theo phương thức tương tự nhau. Đây là 2 ví dụ minh họa những gì tiếp tục. 4.1) Động học của nấm nhầy Khi khan hiếm thức ăn (phần lớn ở đĩa petri), amip nấm nhày của loài Dictyostelium discoideum tập hợp lại như hiện tượng hóa ứng động. trong quá trình này, amip ra tín hiệu với nhau bằng các đợt cAMP. Những đợt sóng này được truyền đi bằng quá trình khuyếch tán tự xúc tác tương tự như những sóng BZ với những đặc tính động học tương tự. ốc sên có khả năng lợi dụng động học hóa học để tập hợp và biệt hóa, dẫn đến phân tán, và nhân rộng. vận động theo kiểu BZ là một phần không thể thiếu trong đấu tranh sinh tồn của chúng. Một amip khi bị căng thẳng sẽ phát ra một xung cAMP. Nó khuyếch tán ra ngoài xung quanh và kích thích các amip gần đó phát xung cAMP. Sau đó khuyếch tán tiếp, kích thích amip khác ..vân vân… trong quá trình này, cAMP đóng vai trò tương đương với acid brom trong phản ứng BZ cổ điển. sóng cAMP nhân rộng từ trung tâm bắt đầu của hai nguyên nhân. Thứ nhất, amip tiết ra enzym phosphodiesterase phá hủy cAMP, tức là cAMP có chỉ có tồn tại ngắn ở bất kì vị trí nào. Thứ 2, một amip sau khi phóng xung cAMP thì trở nên trơ, không thể phóng thêm một xung nào nữa, kể cả khi bị kích thích. Trong điều kiện đó, chúng ta quan sát những vòng tròn đồng tâm của cAMP sinh ra từ trung tâm bắt đầu, cũng như hình xoắn ốc (tạo ra tính không đồng đều trong môi trường). động học của các sóng này có thể được mô tả bằng Oregonator, với biến số trong phương trình được biểu diễn lại một cách phù hợp (để phản ánh vai trò của cAMP hơn là acid brom. Xem Tyson, 1994,p582) 4.2 Sự khởi phát rung thất. Winfree (1994) đã chỉ ra làm thế nào các sóng co (sóng điện hóa học BZ) lan truyền trong mô tim, với sự chuyển từ các vòng đồng tâm sang sóng hình xoắn ốc được liên kết với sự khởi phát rung thất. sóng co bắt nguồn từ nút xoang nhĩ, lan rộng, tới tận các mô cơ ở tâm thất. sau khi co, các mô đi vào trạng thái trơ tạm thời. như vậy các sóng lan rộng từ trung tâm khởi đầu và tim đập bình thường. Vấn đề nảy sinh nếu các mô tim ko đồng đều. thậm chí một nhồi máu nhỏ (mô tim bị tổn thương và không đáp ứng lại kích thích) có thể gây ra một tai biến động học nghiêm trọng. các ngôi máu có thể hoạt động như một vị trí khởi đầu cho các sóng co hình xoắn ốc – các sóng này có thể biến đổi hoạt động đập bình thường của tim và khiến tâm thất đi vào trạng thái rung mạnh. Winfree đã đề ngị hiện tượngd động học này có thể được nghiên cứu bằng chính phản ứng BZ: Một hệ thống thực nghiệm tương tự đơn giản hơn là môi trường BZ dễ bị kích thích hóa học. nó đơn giản hơn trong đó nó hoàn toàn giống nhau và liên tục. nó tương tự trong đó trạng thái cục bộ của môi trường được quyết định bởi hai đặc tính, cả nồng đọ hóa học chỉ một trong số đó là có thể quan sát bằng thay đổi màu sắc, và trong đó các phương trình động học của nó có những điểm thiết yếu tương đương với phương trình đường xoắn của điện sinh lý kết hợp với tính kích thích tại chỗ gần một điểm thu hút cố định duy nhất. Như vậy, có những điểm tương đồng về hoạt động của môi trường BZ với mô tim. Cũng có những điểm tương đồng về động học liên quan với những mô hình toán học khó hiểu. Thuộc tính động học đặc trưng được biểu thị bằng phản ứng BZ và mô phỏng trong Oregonator (hoặc brusselator đơn giản hơn), cũng có những ứng dụng với sự khởi phát các dao động trong sự tập trung phân giải đường trung gian ở tế bào nấm men khi chúng oxi hóa đường (Babloyantz, 1984, p.255). có nhiều ví dụ khác, trải rộng từ vai trò của những sóng tương tự BZ trong tập hợp những cấu trúc nội bào thiết yếu như vi ống, đến những khía cạnh quan trọng của quá trình phát triển. tất cả những mối quan tâm với phản ứng BZ của các nhà sinh học chỉ nhằm tập trung vào câu hỏi: làm sao mọt phản ứng hóa học bên ngoài sinh học cùng với mô hình toán học của nó có thể liên quan tới sinh học? một câu trả lời cho câu hỏi này sẽ đưa ra hiểu biết mới thú vị về bản chất ranh giới giữa hóa học và sinh học. PHẢN ỨNG BZ NHƯ MÔ HÌNH SINH HỌC Trong các tài liệu công bố mạnh mẽ về sự liên quan với sinh học của phản ứng BZ. Ví dụ như tyson đề cập: Điểm tương tự sâu xa về toán học giữa phản ứng BZ và các ví dụ sinh học trên… tức là chúng chia sẻ cùng những đặc điểm hiện tượng như nhau, và phản ứng BZ có thể sử dụng như một mô hình hóa học đơn giản của những hệ thống sinh học luôn phức tạp hơn. Những thí nghiệm không thể bố trí theo sinh học có thể được biểu diễn dễ dàng theo phản ứng BZ. Hơn nữa, trước khi rút ra kết luận vội vàng về kiểm soát sinh học, những giả thiết của chúng ta về dao động, chuyển động hỗn độn và lan truyền sóng có thể được kiểm tra bằng phản ứng BZ mà chúng ta có xử lý tốt về cơ chế phân tử và vô số những cơ sở thực nghiệm để kiểm tra giả thuyết. Đoạn trên làm nổi bật hai điểm quan trọng: (1) mô hình toán học của phản ứng BZ có thể mở rộng tới các hệ thống sinh học do những điểm tương đồng về hiện tượng trong trạng thái của những hiện tượng này, (2) phản ứng BZ có thể được sử dụng để nghiên cứu những những giả thuyết nhân quả về hệ thống sinh học vì chúng ta có nhiều hiểu biết về cơ chế phân tử trong phản ứng.