Почему для осцилляций нужна задержка?

Мгновенная отрицательная feedback обычно приходит к steady state. Цепочка mRNA → protein → repressor задерживает inhibitory signal, поэтому система успевает overshoot до прихода repression и undershoot, пока repression распадается.

Что означает light pulse?

Это схематический zeitgeber input, который временно усиливает transcription clock gene. В зависимости от фазы цикла следующий пик может прийти раньше (phase advance) или позже (phase delay).

Это полная mammalian circadian model?

Нет. Реальные часы включают много генов, phosphorylation, degradation complexes, nuclear transport, cell-cell coupling и entrainment pathways. Здесь минимальная учебная модель принципа feedback-and-delay.

Циркадный осциллятор (Goodwin clock)

Молекулярные часы в стиле Goodwin: задержанная отрицательная transcriptional feedback, phase lag между mRNA/protein/repressor, период и advance/delay от light pulse.

Это компактная учебная molecular-clock model. Реальные circadian clocks добавляют много генов, post-translational regulation, entrainment pathways и tissue-level coupling.

Графики

О модели

Симулятор использует компактный Goodwin oscillator, чтобы показать, как циркадные молекулярные часы возникают из задержанной отрицательной feedback. Переменная M — mRNA clock gene, P — translated protein, R — nuclear repressor. Репрессор подавляет собственную transcription через cooperative Hill term α/(1+Rⁿ). Промежуточные protein steps создают задержку между mRNA production и repression; при достаточно сильной и cooperative feedback эта задержка создаёт self-sustained rhythm. Первый график показывает phase-lagged molecular traces, второй сравнивает control repressor rhythm с траекторией после короткого light/zeitgeber pulse, третий строит фазовый портрет R vs M. Readouts оценивают period, molecular phase lag и pulse-induced phase advance/delay.

Для кого: Студенты systems biology, chronobiology, nonlinear dynamics и biophysics, изучающие delayed feedback oscillators и entrainment concepts.

Ключевые понятия

Циркадный ритм
Goodwin oscillator
Delayed negative feedback
Hill repression
Phase shift
Zeitgeber
Entrainment
Limit cycle

Как это работает

Goodwin clock: M (mRNA) → P (protein) → R (nuclear repressor), а R подавляет transcription через α/(1+Rⁿ). Задержанная отрицательная feedback создаёт limit cycle, фазовый лаг между компонентами и сдвиг следующего пика после короткого light/zeitgeber pulse.

Основные формулы

dM/dt = α/(1+Rⁿ) + L(t) − k_m M, dP/dt = k_s M − k_p P, dR/dt = k_t P − k_r R. Cooperative delayed negative feedback makes the clock.

Часто задаваемые вопросы

Почему для осцилляций нужна задержка?: Мгновенная отрицательная feedback обычно приходит к steady state. Цепочка mRNA → protein → repressor задерживает inhibitory signal, поэтому система успевает overshoot до прихода repression и undershoot, пока repression распадается.
Что означает light pulse?: Это схематический zeitgeber input, который временно усиливает transcription clock gene. В зависимости от фазы цикла следующий пик может прийти раньше (phase advance) или позже (phase delay).
Это полная mammalian circadian model?: Нет. Реальные часы включают много генов, phosphorylation, degradation complexes, nuclear transport, cell-cell coupling и entrainment pathways. Здесь минимальная учебная модель принципа feedback-and-delay.

Продолжите с близкими темами в этой категории — или все 44 в «Биофизика, жидкости и геонауки».

Вся категория →

НовоеШкольные

ENSO: задержанный осциллятор (игрушка)

Запустить симулятор

Скалярное DDE ẋ = a·x(t−τ) − b·x − c·x³ + сезонное форсирование — качественно El Niño / La Niña, не полная модель Сюареса–Шопфа.

НовоеУниверситет / научные

Кальциевые волны / IP3-осциллятор

Запустить симулятор

Модель IP3-рецептора в духе Li-Rinzel: cytosolic Ca, ER store, calcium-induced release, SERCA refilling, графики потоков и фазовый портрет Ca–h.

НовоеУниверситет / научные

Генный toggle switch

Запустить симулятор

Два взаимно подавляющих гена с Hill cooperativity: bistability между A-high/B-high, nullclines на фазовой плоскости, hysteresis при sweep индуктора и noise-driven switching.

НовоеУниверситет / научные

Сердечный потенциал действия

Запустить симулятор

Игрушечная модель в духе Фицхью–Нагумо/Noble: быстрый upstroke, plateau-like реполяризация, gate восстановления и S1-S2 проверка захвата или блока преждевременного стимула.

НовоеУниверситет / научные

Кинетика ингибирования ферментов

Запустить симулятор

Competitive, noncompetitive и uncompetitive inhibition: Michaelis-Menten curves, apparent Km/Vmax shifts и Lineweaver-Burk sketch.

НовоеУниверситет / научные

Пятно загрязнения в грунтовых водах

Запустить симулятор

Импульс advection-dispersion в водоносном горизонте: продольное/поперечное растекание, retardation factor R и breakthrough curve в наблюдательной скважине.

Циркадный осциллятор (Goodwin clock)

Графики

О модели

Как это работает

Основные формулы

Часто задаваемые вопросы

Похожие симуляторы

ENSO: задержанный осциллятор (игрушка)

Кальциевые волны / IP3-осциллятор

Генный toggle switch

Сердечный потенциал действия

Кинетика ингибирования ферментов

Пятно загрязнения в грунтовых водах

Циркадный осциллятор (Goodwin clock)

Графики

О модели

Как это работает

Основные формулы

Часто задаваемые вопросы