Теория биохимических систем - Biochemical systems theory
Теория биохимических систем представляет собой основу математического моделирования для биохимических систем , основанную на обыкновенных дифференциальных уравнениях (ОДУ), в которых биохимические процессы представлены с использованием степенных разложений переменных системы .
Эта структура, которая стала известна как биохимической теории систем, была разработана с 1960 по Майкл Savageau , Eberhard Voit и другие для системного анализа в биохимических процессах. Согласно Корниш-Боудену (2007), они «рассматривали это как общую теорию метаболического контроля, которая включает как анализ метаболического контроля, так и теорию, ориентированную на потоки, как частные случаи».
Представление
Динамика вида представлена дифференциальным уравнением со структурой:
где X i представляет собой одну из n d переменных модели (концентрации метаболитов, концентрации белка или уровни экспрессии гена). j представляет собой n f биохимические процессы, влияющие на динамику видов. С другой стороны, ij (стехиометрический коэффициент), 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, 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
Ссылки
Литература
Книги:
- М. А. Саважо, Анализ биохимических систем: исследование функции и структуры в молекулярной биологии , Рединг, Массачусетс, Аддисон-Уэсли, 1976.
- Э. О. Войт (редактор), Каноническое нелинейное моделирование. S-системный подход к пониманию сложности , Ван Ностранд Рейнхольд, Нью-Йорк, 1991.
- Е. О. Войт, Вычислительный анализ биохимических систем. Практическое руководство для биохимиков и молекулярных биологов , Cambridge University Press, Кембридж, Великобритания, 2000.
- Н.В. Торрес и Е.О. Войт, Анализ путей и оптимизация в метаболической инженерии , Cambridge University Press, Кембридж, Великобритания, 2002.
Научные статьи:
- MA Savageau, Анализ биохимических систем: I. Некоторые математические свойства закона скорости для компонентов ферментативных реакций в: J. Theor. Биол. 25. С. 365–369, 1969.
- М. А. Саважо, Развитие фрактальной кинетической теории для реакций, катализируемых ферментами, и значение для дизайна биохимических путей в: Biosystems 47 (1-2), стр. 9–36, 1998.
- MR Аткинсон и др., Дизайн 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.
- Дж. Вера и др., Модели степенного закона путей передачи сигналов в: Cellular Signaling doi : 10.1016 / j.cellsig.2007.01.029 ), 2007.
- Эберхарт О. Войт, Приложения теории биохимических систем , 2006.