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Cell Signaling Feedback Loops01:07

Cell Signaling Feedback Loops

Positive and negative feedback loops are crucial for regulating biological signaling systems. These feedback loops are processes that connect output signals to their inputs.
Negative feedback loops
Most signaling systems have negative feedback loops that can perform different functions such as output limiter, and adaptation.
Output limiter
Upon receiving an input signal, the cellular response rapidly increases until a threshold is reached. Beyond this threshold, a negative feedback loop...
Positive and Negative Feedback Loops01:18

Positive and Negative Feedback Loops

Animal organs and organ systems constantly adjust to internal and external changes through a process called homeostasis ("steady state"). Examples of these changes include regulation of the level of glucose or calcium in the blood or internal responses to external temperatures. Homeostasis requires  maintaining an internal dynamic equilibrium:
Root Loci for Positive-Feedback Systems01:23

Root Loci for Positive-Feedback Systems

The Hartley oscillator is a positive feedback system that sustains oscillations by feeding the output back to the input in phase, thereby reinforcing the signal. Positive feedback systems can be viewed as negative feedback systems with inverted feedback signals. In these systems, the root locus encompasses all points on the s-plane where the angle of the system transfer function equals 360 degrees.
The construction rules for the root locus in positive feedback systems are similar to those in...
Circadian Rhythms and Gene Regulation02:19

Circadian Rhythms and Gene Regulation

The biological clock is involved in many aspects of regulating complex physiology in all animals. It was in 1935 when German zoologists, Hans Kalmus and Erwin Bünning, discovered the existence of circadian rhythm in Drosophila melanogaster. However, the internal molecular mechanisms behind the circadian clock remained a mystery until 1984, when Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash, and Michael W. Young discovered the expression of the Per gene oscillating over a 24-hour cycle. In subsequent years,...
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Negative and Positive Feedback01:18

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Oscilaciones biológicas robustas y sintonizables de circuitos de retroalimentación positiva y negativa

Tony Yu-Chen Tsai1, Yoon Sup Choi, Wenzhe Ma

  • 1Department of Chemical and Systems Biology, Stanford University School of Medicine, Stanford, CA 94305-5174, USA.

Science (New York, N.Y.)
|July 5, 2008
PubMed
Resumen

Los osciladores biológicos con bucles de retroalimentación positiva y negativa ofrecen frecuencias sintonizables y amplitudes estables. Este diseño es más robusto y más fácil de evolucionar que los simples sistemas de retroalimentación negativa.

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Área de la Ciencia:

  • Biología de Sistemas Biología de Sistemas.
  • Biología Molecular Biología Molecular
  • Biología computacional Biología computacional.

Sus antecedentes:

  • Las interacciones de genes y proteínas pueden crear oscilaciones biológicas sostenidas.
  • Muchos osciladores biológicos incorporan bucles de retroalimentación tanto negativos como positivos, pero las ventajas no están claras.

Objetivo del estudio:

  • Investigar las ventajas funcionales de los circuitos de retroalimentación positivo más negativo en los osciladores biológicos en comparación con la retroalimentación negativa sola.
  • Para entender cómo estas estructuras de retroalimentación influyen en la frecuencia y amplitud de la oscilación.
  • Para explorar la robustez y los aspectos evolutivos de diferentes diseños de osciladores.

Principales métodos:

  • Modelado computacional y simulación de redes de interacción genética o proteica.
  • Análisis de la frecuencia y amplitud de oscilación bajo diferentes condiciones de parámetros.
  • Comparación de la capacidad de ajuste, la robustez y el potencial evolutivo de la retroalimentación negativa frente a los modelos de osciladores de retroalimentación positiva más negativa.

Principales resultados:

  • Los osciladores de retroalimentación negativa muestran una capacidad limitada para ajustar la frecuencia sin afectar la amplitud.
  • Los osciladores de retroalimentación positiva más negativa permiten una amplia sintonizabilidad de la frecuencia con una amplitud casi constante.
  • Estos sistemas de doble retroalimentación demuestran una mayor robustez y facilidad de evolución.

Conclusiones:

  • Los circuitos de retroalimentación positivo-más-negativo proporcionan ventajas significativas para los ritmos biológicos que requieren frecuencias ajustables, como los ciclos celulares y los latidos del corazón.
  • La mayor capacidad de pesca y la robustez de estos sistemas explican su prevalencia en los sistemas biológicos.
  • Este diseño ofrece un mecanismo más adaptable y evolutivo para generar oscilaciones biológicas.