Теория биохимических систем - Biochemical systems theory

Теория биохимических систем это математическое моделирование рамки для биохимические системы, на основе обычных дифференциальные уравнения (ODE), в котором биохимические процессы представлены с использованием сила закона разложения по переменным система.

Эта основа, которая стала известна как теория биохимических систем, была разработана с 1960-х гг. Майкл Сэвиджо, Эберхард Войт и другие для системный анализ из биохимический процессы.^[1] Согласно Корниш-Боуден (2007), они «рассматривали это как общую теорию метаболический контроль, который включает как анализ метаболического контроля, так и теорию, ориентированную на потоки как частные случаи ".^[2]

Представление

Динамика вида представлена ​​дифференциальным уравнением со структурой:

${\displaystyle {\frac {dX_{i}}{dt}}=\sum _{j}\mu _{ij}\cdot \gamma _{j}\prod _{k}X_{k}^{f_{jk}}\,}$

куда Икс_я представляет собой один из п_d переменные модели (концентрации метаболитов, концентрации белка или уровни экспрессии генов). j представляет п_ж биохимические процессы, влияющие на динамику вида. С другой стороны, ${\displaystyle \mu }$_ij (стехиометрический коэффициент), ${\displaystyle \gamma }$_j (константы скорости) и ж_jk (кинетические порядки) - это два разных типа параметров, определяющих динамику системы.

Принципиальное отличие сила закона модели по сравнению с другими моделями ODE, используемыми в биохимических системах, состоит в том, что кинетические порядки могут быть нецелыми числами. При моделировании торможения кинетический порядок может иметь даже отрицательное значение. Таким образом, степенные модели обладают большей гибкостью для воспроизведения нелинейности биохимических систем.

Модели, использующие степенные разложения, использовались в течение последних 35 лет для моделирования и анализа нескольких видов биохимических систем, включая метаболические сети, генетические сети и, в последнее время, передачу сигналов в клетках.

Смотрите также

• Динамические системы
• Людвиг фон Берталанфи
• Теория систем

Рекомендации

1. Теория биохимических систем, введение.
2. Атель Корниш-Боуден, Часто задаваемые вопросы по анализу контроля метаболизма, сайт 18 апреля 2007 г.

Литература

Книги:

• М.А. Саважо, Анализ биохимических систем: исследование функции и дизайна в молекулярной биологии, Ридинг, Массачусетс, Аддисон – Уэсли, 1976.
• E.O. Войт (ред), Каноническое нелинейное моделирование. S-системный подход к пониманию сложности, Ван Ностранд Рейнхольд, Нью-Йорк, 1991.
• E.O. Войт, Вычислительный анализ биохимических систем. Практическое руководство для биохимиков и молекулярных биологов, Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания, 2000.
• Н.В. Торрес, Э.О. Войт, Анализ и оптимизация путей в метаболической инженерии, Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания, 2002.

Научные статьи:

• М.А. Саважо, Анализ биохимических систем: I. Некоторые математические свойства закона скорости компонентных ферментативных реакций. в: J. Theor. Биол. 25. С. 365–369, 1969.
• М.А. Саважо, Развитие фрактальной кинетической теории для реакций, катализируемых ферментами, и ее значение для дизайна биохимических путей в: Биосистемы 47 (1-2), стр. 9–36, 1998.
• М. Р. Аткинсон и др., Проектирование генных цепей с использованием степенных моделей, в: Cell 113, pp. 597–607, 2003.
• Ф. Альварес-Васкес и др., Моделирование и проверка смоделированного метаболизма сфинголипидов у Saccharomyces cerevisiae, Природа 27, стр. 433 (7024), стр. 425–30, 2005.
• J. Vera et al., Power-Law модели путей передачи сигналов в: Сотовая сигнализация Дои:10.1016 / j.cellsig.2007.01.029 ), 2007.
• Эберхарт О. Войт, Приложения теории биохимических систем, 2006.

внешняя ссылка

• [1] Лаборатория Savageau в Калифорнийском университете в Дэвисе
• [2] Лаборатория Войта в GA Tech