Сохранение фрагмента
Консервация фрагмента — это сохранение подгруппы в химическом виде , которая циклически передается от одной молекулы к другой. В биохимии сохранение фрагментов может оказывать глубокое влияние на динамику системы. [1]
Консервативные циклы в биохимии
[ редактировать ]Типичный пример консервативного фрагмента [2] В биохимии это подгруппа аденозиндифосфата (АДФ), которая остается неизменной, когда она фосфорилируется с образованием аденозинтрифосфата (АТФ), а затем дефосфорилируется обратно в АДФ, образуя консервативный цикл. Консервативные циклы в природе демонстрируют уникальные особенности сетевого контроля, которые можно выяснить с помощью таких методов, как анализ метаболического контроля . Другие примеры метаболизма включают НАД/НАДН, НАДФ/НАДФН, КоА/ацетил-КоА. Консервативные циклы также существуют в большом количестве в сигнальных сетях белков, когда белки фосфорилируются и дефосфорилируются .
Большинство, если не все, этих циклов зависят от масштаба времени. Например, хотя белок в цикле фосфорилирования сохраняется во время взаимного превращения, в течение более длительного периода времени будут наблюдаться низкие уровни синтеза и деградации белка, которые изменяют уровень белковой части. То же самое относится и к циклам, включающим АТФ, НАД и т. д. Таким образом, хотя концепция консервативного цикла в биохимии является полезным приближением, [3] в масштабах времени, которые включают значительный общий синтез и деградацию фрагмента, это приближение перестает быть действительным. Ссылаясь на предположение о консервативности фрагмента в отношении конкретного фрагмента, мы, по сути, предполагаем, что система закрыта для этого фрагмента.
Идентификация консервативных циклов
[ редактировать ]Консервативные циклы в биохимической сети можно идентифицировать путем изучения матрицы стехиометрии . [4] [5] [6] . Матрица стехиометрии для простого цикла с частицами A и AP имеет вид:
Скорости изменения A и AP можно записать с помощью уравнения:
Расширение выражения приводит к:
Обратите внимание, что . Это означает, что , где это общая масса фрагмента .
Учитывая произвольную систему:
элементарные операции над строками могут применяться к обеим сторонам, так что стехиометрическая матрица сводится к ее ступенчатой форме , давая:
Элементарные операции описаны в матрица. Мы можем разделить для соответствия эшелонированной матрице, где начинаются нулевые строки, такой, что:
Умножив нижнее разбиение, получим:
The матрица будет содержать записи, соответствующие сохраняющимся участникам цикла.
Сохраняющиеся циклы и компьютерные модели
[ редактировать ]Наличие консервативных фрагментов может повлиять на построение компьютерных имитационных моделей. [7] [8] Циклы, сохраняющиеся по фрагментам, уменьшат количество дифференциальных уравнений, необходимых для решения системы. Например, простой цикл имеет только одну независимую переменную. Другая переменная может быть вычислена с использованием разницы между общей массой и независимой переменной. Система дифференциальных уравнений для двухцикла имеет вид:
Их можно свести к одному дифференциальному уравнению и одному линейному алгебраическому уравнению:
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Маркевич Ник И.; Хёк, Ян Б.; Холоденко, Борис Н. (2 февраля 2004 г.). «Переключение сигнализации и бистабильность, возникающая в результате многосайтового фосфорилирования в протеинкиназных каскадах» . Журнал клеточной биологии . 164 (3): 353–359. дои : 10.1083/jcb.200308060 . ПМК 2172246 . ПМИД 14744999 .
- ^ Райх, Дж. Г. (1981). Энергетический обмен клетки: теоретический трактат . Лондон: Академическая пресса.
- ^ Фелл, Д.А. (1 сентября 1992 г.). «Анализ метаболического контроля: обзор его теоретического и экспериментального развития» . Биохимический журнал . 286 (Часть 2) (Часть 2): 313–330. дои : 10.1042/bj2860313 . ISSN 0264-6021 . ПМЦ 1132899 . ПМИД 1530563 .
- ^ Сауро, Герберт М.; Фелл, Дэвид А. (1991). «SCAMP: метаболический симулятор и программа контрольного анализа» . Математическое и компьютерное моделирование . 15 (12): 15–28. дои : 10.1016/0895-7177(91)90038-9 .
- ^ Корниш-Боуден, Атель; Хофмейр, Ян-Хендрик С. (май 2002 г.). «Роль стехиометрического анализа в исследованиях метаболизма: пример». Журнал теоретической биологии . 216 (2): 179–191. Бибкод : 2002JThBi.216..179C . дои : 10.1006/jtbi.2002.2547 . ПМИД 12079370 .
- ^ Редер, Кристина (ноябрь 1988 г.). «Теория метаболического контроля: структурный подход». Журнал теоретической биологии . 135 (2): 175–201. Бибкод : 1988JThBi.135..175R . дои : 10.1016/s0022-5193(88)80073-0 . ПМИД 3267767 .
- ^ Сауро, Герберт М.; Фелл, Дэвид А. (1991). «SCAMP: метаболический симулятор и программа контрольного анализа» . Математическое и компьютерное моделирование . 15 (12): 15–28. дои : 10.1016/0895-7177(91)90038-9 .
- ^ Мендес, Педро (1993). «GEPASI: пакет программ для моделирования динамики, стационарных состояний и управления биохимическими и другими системами». Биоинформатика . 9 (5): 563–571. дои : 10.1093/биоинформатика/9.5.563 . ПМИД 8293329 .