अभिक्रिया-विसरण और पैटर्न निर्माण
कैसे स्थानिक पैटर्न अणुओं से स्वतः उत्पन्न हो सकता है जो प्रतिक्रिया करते हैं और विसरित होते हैं, जो एक समान रसायन विज्ञान से जैविक रूप तक एक भौतिक मार्ग प्रदान करता है।
Definition
एक अभिक्रिया-विसरण प्रणाली रासायनिक प्रजातियों का एक समूह है जो स्थानीय रूप से प्रतिक्रिया करती हैं और स्थानिक रूप से विसरित होती हैं; पैटर्न निर्माण ऐसी प्रणाली से स्थानिक संरचना का स्वतः उद्भव है, शास्त्रीय रूप से विसरण-प्रेरित अस्थिरता के माध्यम से।
Scope
यह विषय जीव विज्ञान में स्थानिक स्व-संगठन के भौतिकी को शामिल करता है: कैसे रासायनिक प्रतिक्रियाओं को विसरण से जोड़ने से एक समान अवस्था अस्थिर हो सकती है और स्थिर या यात्रा करने वाले पैटर्न उत्पन्न हो सकते हैं, ट्यूरिंग अस्थिरता के लिए शर्तें, और स्थिति को पढ़ने वाले मॉर्फोजेन ग्रेडिएंट्स का संबंधित विचार। यह पैटर्न निर्माण के भौतिक सिद्धांतों पर जोर देता है, विकासात्मक विवरण को उचित जीव विज्ञान के लिए छोड़ देता है।
Core questions
- विसरण, जो आमतौर पर एक सुचारू प्रक्रिया है, पैटर्न को मिटाने के बजाय बनाने में कैसे मदद कर सकता है?
- कौन सी स्थितियाँ ट्यूरिंग अस्थिरता और एक विशिष्ट पैटर्न तरंग दैर्ध्य उत्पन्न करती हैं?
- मॉर्फोजेन ग्रेडिएंट्स स्थितिगत जानकारी कैसे प्रदान करते हैं?
- जैविक प्रणालियों में अभिक्रिया-विसरण पैटर्न कहाँ दिखाई देते हैं?
Key theories
- विसरण-प्रेरित (ट्यूरिंग) अस्थिरता
- ट्यूरिंग ने दिखाया कि पर्याप्त रूप से भिन्न विसरण दरों वाली दो प्रतिक्रियाशील प्रजातियाँ—आमतौर पर एक धीरे-धीरे विसरित होने वाला सक्रियक और एक तेजी से विसरित होने वाला अवरोधक—एक समान अवस्था को अस्थिर कर सकती हैं और आंतरिक तरंग दैर्ध्य के साथ स्वतः एक स्थिर स्थानिक पैटर्न उत्पन्न कर सकती हैं।
- ग्रेडिएंट्स से स्थितिगत जानकारी
- एक ऊतक में एक सिग्नलिंग अणु का एक श्रेणीबद्ध वितरण कोशिकाओं को स्थानीय सांद्रता से अपनी स्थिति का अनुमान लगाने देता है, जो स्व-उत्पन्न पैटर्न के साथ स्थानिक संगठन के लिए एक पूरक मार्ग प्रदान करता है।
Mechanisms
केवल विसरण सांद्रता को सुचारू करता है, लेकिन जब प्रजातियाँ प्रतिक्रिया करती हैं, तो एक लघु-श्रेणी का सक्रियक जो स्वयं को बढ़ावा देता है और एक लंबी-श्रेणी का अवरोधक जो यह उत्पन्न करता है, छोटी असमानताओं को बढ़ा सकता है: सक्रियक के स्थानीय शिखर बढ़ते हैं जबकि फैलने वाला अवरोधक पड़ोसी क्षेत्रों को दबाता है, प्रतिक्रिया और विसरण दरों द्वारा निर्धारित तरंग दैर्ध्य के साथ एक पैटर्न को ठीक करता है। इस ट्यूरिंग तंत्र के लिए अवरोधक को सक्रियक की तुलना में तेजी से विसरित होने की आवश्यकता होती है। अलग से, एक मॉर्फोजेन का एक स्थिर सांद्रता ग्रेडिएंट स्थिति को एन्कोड कर सकता है, इसलिए कोशिकाएं स्थानीय स्तर के अनुसार प्रतिक्रिया करती हैं, स्व-उत्पन्न अस्थिरता के बिना स्थानिक क्रम प्रदान करती हैं।
Clinical relevance
अभिक्रिया-विसरण और ग्रेडिएंट तंत्र विकासात्मक पैटर्न और कुछ शारीरिक और रोग संबंधी स्थानिक गतिकी की व्याख्या करने के लिए लागू होते हैं, जो नैदानिक मार्गदर्शन के बजाय उस जीव विज्ञान के लिए शैक्षिक संदर्भ प्रदान करते हैं।
History
ट्यूरिंग के 1952 के पेपर ने विसरण-प्रेरित अस्थिरता का परिचय दिया; वोल्परट की स्थितिगत-सूचना अवधारणा और गियरर और मीनहार्ड्ट के सक्रियक-अवरोधक मॉडल ने विचारों का विस्तार किया, और बाद के आणविक साक्ष्य ने कई पैटर्न प्रणालियों में अभिक्रिया-विसरण तंत्र का समर्थन किया।
Key figures
- Alan Turing
- Lewis Wolpert
- Hans Meinhardt
- James Murray
Related topics
Seminal works
- turing1952
- murray2003
Frequently asked questions
- विसरण पैटर्न को धुंधला करने के बजाय कैसे बना सकता है?
- जब एक स्व-बढ़ाने वाला सक्रियक धीरे-धीरे विसरित होता है और यह जो अवरोधक उत्पन्न करता है वह तेजी से विसरित होता है, तो छोटे उतार-चढ़ाव स्थानीय रूप से प्रवर्धित होते हैं और पास में दबा दिए जाते हैं, इसलिए विसरण प्रतिक्रिया के साथ मिलकर संरचना को मिटाने के बजाय उत्पन्न करता है।
- मॉर्फोजेन ग्रेडिएंट क्या है?
- यह एक सिग्नलिंग अणु की सांद्रता में एक स्थानिक ग्रेडिएंट है जिसका उपयोग कोशिकाएं यह बताने के लिए करती हैं कि वे एक ऊतक में कहाँ हैं, विभिन्न सांद्रता पर अलग तरह से प्रतिक्रिया करती हैं।