Теория биохимических систем

Теория биохимических систем — это математического моделирования основа биохимических систем , основанная на обыкновенных дифференциальных уравнениях (ОДУ), в которых биохимические процессы представлены с использованием степенных разложений по переменным системы .

Эта концепция, которая стала известна как теория биохимических систем, разрабатывалась с 1960-х годов Саважо , Эберхардом Войтом и другими для системного анализа биохимических Майклом процессов. По словам Корниш-Боудена (2007), они «рассматривали это как общую теорию метаболического контроля, которая включает как анализ метаболического контроля, так и теорию, ориентированную на поток, как частные случаи».

Представительство

Динамика вида представляется дифференциальным уравнением структуры:

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

где X _i представляет собой одну из n _d переменных модели (концентрации метаболитов, концентрации белка или уровни экспрессии генов). j представляет собой процессы _{биохимические} , влияющие на динамику вида. С другой стороны, $\mu$_ij (стехиометрический коэффициент), $\gamma$_j (константы скорости) и f _jk (кинетические порядки) — это два разных типа параметров, определяющих динамику системы.

Принципиальное отличие степенных моделей от других моделей ОДУ, используемых в биохимических системах, заключается в том, что кинетические порядки могут быть нецелыми числами. Кинетический порядок может иметь даже отрицательное значение при моделировании торможения. 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, клеточную сигнализацию.

См. также

• Динамические системы
• Людвиг фон Берталанфи
• Теория систем

Литература

Книги:

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

Научные статьи:

• М. А. Саважо, Биохимический системный анализ: I. Некоторые математические свойства закона скорости компонентов ферментативных реакций в: J. Theor. Биол. 25, стр. 365–369, 1969.
• М. А. Саважо, Развитие фрактальной кинетической теории ферментативно-катализируемых реакций и ее значение для проектирования биохимических путей в: Biosystems 47 (1-2), стр. 9–36, 1998.
• М. Р. Аткинсон и др., Проектирование генных цепей с использованием степенных моделей , в: Cell 113, стр. 597–607, 2003.
• Ф. Альварес-Васкес и др., Моделирование и проверка смоделированного метаболизма сфинголипидов у Saccharomyces cerevisiae , Nature 27, стр. 433 (7024), стр. 425–30, 2005 г.
• Дж. Вера и др., Степенные модели путей передачи сигнала в: клеточной передаче сигналов doi : 10.1016/j.cellsig.2007.01.029 ), 2007.
• Эберхарт О. Войт, Приложения теории биохимических систем , 2006.

Внешние ссылки

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