Biokemisk systemteori

Biokemisk systemteori är ett matematiskt modelleringsramverk för biokemiska system , baserat på vanliga differentialekvationer (ODE), där biokemiska processer representeras med hjälp av kraftlagsutvidgningar i systemets variabler .

Detta ramverk, som blev känt som Biochemical Systems Theory, har utvecklats sedan 1960-talet av Michael Savageau , Eberhard Voit och andra för systemanalys av biokemiska processer. Enligt Cornish-Bowden (2007) "betraktade de detta som en allmän teori om metabol kontroll, som inkluderar både metabol kontrollanalys och flödesorienterad teori som specialfall".

Representation

Dynamiken hos en art representeras av en differentialekvation med strukturen:

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

där Xi representerar en av de _nd variablerna _i modellen (metabolitkoncentrationer, proteinkoncentrationer eller nivåer av genuttryck). j representerar n _f biokemiska processer som påverkar artens dynamik. Å andra sidan $\mu$ _ij (stökiometrisk koefficient), $\gamma$ _j (hastighetskonstanter) och f _jk (kinetiska ordningar) två olika typer av parametrar som definierar systemets dynamik.

Den huvudsakliga skillnaden mellan maktlagsmodeller med avseende på andra ODE-modeller som används i biokemiska system är att de kinetiska ordningarna kan vara icke-heltal . En kinetisk ordning kan till och med ha negativt värde när hämning modelleras. På detta sätt har kraftlagsmodeller en högre flexibilitet för att reproducera icke-linjäriteten hos biokemiska system.

Modeller som använder kraftlagsexpansion har använts under de senaste 35 åren för att modellera och analysera flera typer av biokemiska system inklusive metaboliska nätverk, genetiska nätverk och nyligen inom cellsignalering.

Se även

• Dynamiska system
• Ludwig von Bertalanffy
• Systemteori

Litteratur

Böcker:

• MA Savageau, Biokemisk systemanalys: en studie av funktion och design i molekylärbiologi , Reading, MA, Addison–Wesley, 1976.
• EO Voit (red), Canonical Nolinear Modeling. S-System Approach to Understanding Complexity , Van Nostrand Reinhold, NY, 1991.
• EO Voit, Computational Analysis of Biochemical Systems. A Practical Guide for Biochemists and Molecular Biologists , Cambridge University Press, Cambridge, Storbritannien, 2000.
• NV Torres och EO Voit, Pathway Analysis and Optimization in Metabolic Engineering , Cambridge University Press, Cambridge, Storbritannien, 2002.

Vetenskapliga artiklar:

• MA Savageau, Biokemisk systemanalys: I. Några matematiska egenskaper hos hastighetslagen för komponentenzymatiska reaktioner i: J. Theor. Biol. 25, s. 365–369, 1969.
• MA Savageau, Utveckling av fraktal kinetisk teori för enzymkatalyserade reaktioner och implikationer för utformningen av biokemiska vägar i: Biosystems 47(1-2), s. 9–36, 1998.
• MR Atkinson et al., Design av genkretsar med hjälp av kraftlagsmodeller, i: Cell 113, s. 597–607, 2003.
• F. Alvarez-Vasquez et al., Simulering och validering av modellerad sfingolipidmetabolism i Saccharomyces cerevisiae , Nature 27, s. 433(7024), s. 425–30, 2005.
• J. Vera et al., Power-Law-modeller av signaltransduktionsvägar i: Cellular Signaling doi : 10.1016/j.cellsig.2007.01.029 ), 2007.
• Eberhart O. Voit, Applications of Biochemical Systems Theory , 2006.

externa länkar

• [1] Savageau Lab vid UC Davis
• [2] Voit Lab vid GA Tech