UK 
EnglishТипова
Polski🧬 Молекулярний Годинник — Осцилятор PER/CRY/BMAL1
Симулюйте петлю зворотного зв'язку PER/CRY/BMAL1 через рівняння осцилятора Гудвіна. Візуалізуйте коливання концентрацій білків з 24-годинним періодом.
Про цю симуляцію
Ця симуляція анімує осцилятор Гудвіна — класичну мінімальну модель молекулярного годинника ссавців. Три зв'язані змінні — мРНК (M), цитоплазматичний білок PER/CRY (Pc) та ядерний PER/CRY (Pn) — інтегруються методом Рунге-Кутти 4-го порядку. Ядерний PER/CRY пригнічує власний ген через функцію Хілла з показником n, і саме ця затримана петля негативного зворотного зв'язку, а не зовнішній таймер, породжує самопідтримний ~24-годинний ритм, який ви бачите на графіку часового ряду праворуч.
🔬 Що показано
Ліва панель — схематична клітина: мРНК виходить із ядра, транслюється в цитоплазматичний PER/CRY, і цей білок переміщується в ядро (швидкості k₁, k₂), де вимикає власну транскрипцію. Права панель відображає M, Pc і Pn за останні 24 змодельовані години, з денними/нічними смугами й оцінкою періоду в реальному часі за послідовними перетинами порогу мРНК M.
🎮 Як користуватися
Перетягуйте показник Хілла n, швидкість деградації мРНК k_d, швидкість деградації білка v_d та швидкості транспорту цитоплазма↔ядро k₁/k₂, щоб змінити форму циклу, або одразу перейдіть до пресету: Нормальний годинник, Мутація tau (швидкий, ~20 год), Затримана фаза (повільний) або Аритмічний (n=4). Швидкість керує темпом відтворення; Пуск/Пауза і Скидання дозволяють заморозити чи перезапустити інтегрування будь-коли.
💡 Чи знали ви?
Нижче показника Хілла приблизно n = 8 петля зворотного зв'язку занадто «м'яка», щоб підтримувати коливання, і годинник спадає до плоского стійкого стану — це пресет «Аритмічний». Реальні гени годинника досягають ефективного n значно вище цього порогу через численні послідовні етапи фосфорилювання та збирання комплексів — саме це порушує класична tau-мутація CK1ε, скорочуючи цикл приблизно до 20 годин.
Часті запитання
Що моделює осцилятор Гудвіна в цій симуляції?
Це система з трьох диференціальних рівнянь, що представляє петлю транскрипції-трансляції власного гена: мРНК (M) транслюється в цитоплазматичний білок (Pc), який переходить у ядро (Pn) і пригнічує подальшу транскрипцію власного гена через репресивний член типу Хілла. Це класичний механізм, запропонований для петлі PER/CRY/BMAL1, що керує циркадним годинником ссавців.
Чому система коливається, а не заспокоюється?
Пригнічення транскрипції ядерним білком затримане (він має спочатку транслюватися в цитоплазмі й транспортуватися в ядро) і сильно нелінійне, коли показник Хілла достатньо великий. Саме поєднання затримки й крутої нелінійності виштовхує систему зі стійкої рівноваги в повторюваний граничний цикл, а не в просте затухання до стаціонарного стану.
Що саме контролює показник Хілла n?
Він визначає, наскільки різко вмикається пригнічення в міру накопичення ядерного PER/CRY. Низьке n дає поступову, градуйовану реакцію, що згасає; симуляції потрібно приблизно n ≥ 8, щоб зворотний зв'язок був достатньо крутим для підтримки ритмічних коливань, а при n = 4 (пресет «Аритмічний») годинник взагалі перестає коливатися.
Що спричиняє прискорення годинника в пресеті «Мутація tau»?
Пресет «Мутація tau» підвищує швидкість деградації білка v_d і швидкості транспорту k1/k2, імітуючи ефект мутації кінази CK1(tau), через яку білок PER деградує швидше в реальних тварин. Швидший обмін білка скорочує затримку в петлі зворотного зв'язку, що скорочує період приблизно до 20 годин замість звичайних ~24.
Як на екрані вимірюється період коливань?
Симуляція відстежує слід мРНК M на моменти, коли він перетинає фіксований поріг (0,5) знизу вгору, і записує змодельований час між послідовними перетинами як оцінений період, показаний на панелі статистики. Оскільки це залежить від двох послідовних перетинів, показник залишається порожнім кілька секунд після Скидання або зміни параметрів, доки не буде зафіксовано новий цикл.