Розуміння сутності метаболічних процесів полягає у визнанні існування численних хімічних реакцій та шляхів обміну речовин у живій тканині [1].
Вивчення та викладання у ВНЗ нормального та патологічно зміненого метаболізму є досить складним завданням у силу умоглядності досліджуваного явища. З іншого боку, досвід вивчення студентами Карлстадського університету (Швеція) молекулярної клітинної біології на основі 3D-динамічної візуалізації показав практично істотне підвищення рівня уявлень про клітинний метаболізм. Це дослідження підтвердило необхідність використання візуалізації у викладанні наук про життя [2].
Останні два десятиліття характеризуються підвищеним інтересом до можливості візуалізації структур та функцій живих об'єктів на основі фрактального підходу [3].
Метою цього дослідження стало тривимірне моделювання на основі фрактальної концепції одного з добре вивчених у біології процесів – циклу трикарбонових кислот. На рисунку 1 відображено тривіальне двовимірне зображення циклу Кребса без цитологічної організації клітинних органел, без урахування генетичного регулювання та подальшого перетворення метаболітів, що утворюються.
Результати дослідження. Як показує система вимірів, існує специфічна фрактальна розмірність для різних математичних фізичних та біологічних структур [4]. Як модель замкнутого безперервного метаболічного циклу і виявлення елементарного повторюваного елемента (фрактала) був обраний цикл трикарбонових кислот або цикл Кребса, що включає 8 етапів [5].
Рисунок 1. Двовимірне зображення циклу трикарбонових кислот [6]
Гармонізація стадій даного циклу для фрактальної інтерпретації дозволила отримати тривимірну структурно-функціональну модель, яка відображена на рисунку 2. Тривимірне зображення клітинного дихання дозволяє отримати необхідну, але відсутню на двовимірному малюнку інформацію
Рисунок 2. Цикл трикарбонових кислот у тривимірному зображенні (власні дані).
При тривимірному зображенні цикл представлений кількома колами, замкненим у просторі. Генна регуляція стадій перетворення трикарбонових кислот відображена тонкими нитками, що виходять із центру/ядра до внутрішнього кільця, багатого рецепторами або вхідними канальцями. Вихідні речовини і метаболіти, що формуються з них, розташовуються в середньому ярусі і представляють безперервну лінійну комунікацію.
Висновок:
- Використання тривимірних моделей метаболічних процесів – перспективний напрямок, що допомагає розкрити роль регуляторів та субстратів метаболізму.
Тривимірні зображення клітинного метаболізму мають переваги перед двовимірними діаграмами за рахунок реального відображення ущільнення внутрішньоклітинного простору метаболічними елементами.
Література
1. Metabolism. URL: https://www.betterhealth.vic.gov.au/health/conditionsandtreatments/metabolism
2. URL: Amphibolic-pathway. https://www.vedantu.com/biology/amphibolic-pathway
3. Alsaeedi, A.H., Al-Mahmood, H.H.R., Alnaseri, Z.F. et al. Fractal feature selection model for enhancing high-dimensional biological problems. BMC Bioinformatics 25, 12 (2024). https://doi.org/10.1186/s12859-023-05619-z
4. Fractal Dimension. https://math.bu.edu/DYSYS/chaos-game/node6.html
5. Britannica, The Editors of Encyclopaedia. "tricarboxylic acid cycle". Encyclopedia Britannica, 21 Jun. 2024, https://www.britannica.com/science/tricarboxylic-acid-cycle. Accessed 8 July 2024
6. Aakash J. Krebs Cycle https://byjus.com/neet/krebs-cycle/
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter