×

Goldbeter-Koshland循环树网络的单平稳性和多平稳性。 (英语) Zbl 1417.92053号

概述:系统生物学的一个主要挑战是在面对分子复杂性时获取一般属性。在这里,我们介绍了一类酶催化生化网络,并研究了单一正稳态(单稳态)的存在如何依赖于网络结构、酶机制、动力学速率定律和参数值。我们认为Goldbeter-Koshland(GK)共价修饰环排列在树型网络中,因此一个环中的底物形式可以是另一个环的酶。GK环路是细胞信号中的典型模体,树提供了线性级联的泛化,它适应了网络复杂性,同时保持了数学上的可控制性。特别是,它们允许使用更广泛适用的模块化递归证明策略。我们表明,如果每个酶在质量作用动力学下遵循其自身的复杂反应机制,那么对于所有适当的参数值,任何网络都是单稳态的。如果动力学是非质量作用,具有合理的单调性要求,并且每个酶都遵循迈克利斯·门顿机制,则保持单稳态。令人惊讶的是,在非质量作用单调动力学下,具有复杂酶机制的单个GK环可以具有多个正稳态(多稳态)。网络结构、酶机制和动力学之间更广泛的相互作用仍然是一个有趣的开放问题。

理学硕士:

92立方厘米 系统生物学、网络
92C45型 生化问题中的动力学(药代动力学、酶动力学等)

软件:

MESSI公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Angeli D、Ferrell JE、Sontag ED(2004),一大类生物正反馈系统中的多稳态、分叉和滞后检测。美国国家科学院院刊101:1822-7·doi:10.1073/pnas.0308265100
[2] Banaji M,Craciun G(2010),一般化学反应体系中注入能力和唯一平衡的图论标准。高级应用数学44:168-84·Zbl 1228.05204号 ·doi:10.1016/j.aam.2009.07.003
[3] Beard DA(2011)《细胞生化系统动力学模拟》。Wiley Interdiscip Rev系统生物医学3:136-46·doi:10.1002/wsbm.116
[4] Blüthgen N,Bruggeman FJ,Legewie S,Herzel H,Westerhoff HV,Kholodenko BN(2006)隔离对信号转导级联的影响。联邦公报273:895-906·doi:10.1111/j.1742-4658.2006.05105.x
[5] BL克拉克;Prigogine,I.(编辑);Rice,SA(编辑),复杂反应网络的稳定性,1-215(1980),霍博肯
[6] Conradi C,Flockerzi D,Raisch J,Stelling J(2007)子网络分析揭示了复杂(生物)化学网络的动态特征。美国国家科学院院刊104(19):175-80
[7] Courant R(1936)微积分,第二卷,第二版。Blackie&Son,格拉斯哥
[8] Craciun G,Feinberg M(2005)复杂化学网络中的多重平衡I:内射性。SIAM应用数学杂志65:1526-46·邮编1094.80005 ·doi:10.1137/S0036139904440278
[9] Craciun G,Dickenstein A,Shiu A,Sturmfels B(2009)Toric动力系统。J.塞姆。计算。44:1551-65 ·Zbl 1188.37082号 ·doi:10.1016/j.jsc.2008.006
[10] Dasgupta T、Croll DH、Owen JA、Vander Heiden MG、Locasale JW、Alon U、Cantley LC、Gunawardena J(2014)《共价转换的基本权衡及其通过葡萄糖稳态中的酶双功能规避》。生物化学杂志289(13):010-25
[11] de Freitas MM、Feliu E、Wiuf C(2016)《中间体、催化剂、持久性和边界稳态》。arXiv:1509.06034v2[math.DS]提供预打印·Zbl 1362.34083号
[12] Dexter JP,Dasgupta T,Gunawardena J(2015)不变量揭示了双功能酶系统中多种形式的稳健性。集成生物7:883-94·数字对象标识代码:10.1039/c5ib00009b
[13] Feinberg M(1979)CRNT工具箱,Windows 2.3版。https://crnt.osu.edu/CRNTWin。2016年2月2日访问
[14] Feinberg M(1987)化学反应网络结构与复杂等温反应器的稳定性I.亏零和亏一定理。化学工程科学42(10):2229-68·doi:10.1016/0009-2509(87)80099-4
[15] Feinberg M(2019)化学反应网络理论基础。应用数学科学第202号。瑞士施普林格·Zbl 1420.92001年
[16] Feliu E,Wiuf C(2012)酶共享是信号系统中多稳态的原因。J R Soc接口9:1224-32·doi:10.1098/rsif.2011年6月64日
[17] Feliu E,Wiuf C(2013a)一种排除相互作用物种网络中多重平稳性的计算方法。生物信息学29:2327-34·doi:10.1093/bioinformatics/btt400
[18] Feliu E,Wiuf C(2013b)使用中间物种简化生化模型。J R Soc接口10(20130):484
[19] Feliu E,Wiuf C(2013c)翻译后修饰反应网络中的变量消除与质量作用动力学。数学生物学杂志66:281-310·Zbl 1256.92019号 ·doi:10.1007/s00285-012-0510-4
[20] Feliu E,Knudsen M,Andersen LN,Wiuf C(2012a)n层信令级联的代数方法。公牛数学生物74:45-72·Zbl 1244.92015年 ·doi:10.1007/s11538-011-9658-0
[21] Feliu E、Knudsen M、Wiuf C(2012b)《信号级联:不同底物和磷酸酶水平的后果》。高级实验医学生物学736:81-94·doi:10.1007/978-1-4419-7210-14
[22] Fersht A(1985)酶结构和机制。W.H.Freeman and Company,纽约
[23] Goldbeter A,Koshland DE(1981)生物系统共价修饰引起的放大敏感性。美国国家科学院院刊78(11):6840-6844·doi:10.1073/pnas.78.11.6840
[24] Gomez-Uribe C、Verghese GC、Mirny LA(2007)《信号周期的操作机制:静态、动态和噪声过滤》。公共科学图书馆计算生物学3:e246·doi:10.1371/journal.pcbi.0030246
[25] Gunawardena J(2012)非线性生化系统中时间尺度分离的线性框架。公共科学图书馆ONE 7:e36321·doi:10.1371/journal.pone.0036321
[26] Gunawardena J(2014)《时间尺度分离:Michaelis和Menten的旧想法,仍在产生成果》。联邦公报281:473-88·doi:10.111/12532年2月12日
[27] Heinrich R,Neel BG,Rapoport TA(2002)蛋白质激酶信号转导的数学模型。分子细胞9:957-70·doi:10.1016/S1097-2765(02)00528-2
[28] Horn F,Jackson R(1972)《一般质量作用动力学》。拱比力学分析47:81-116·doi:10.1007/BF00251225
[29] Johnson KA(ed)(2003)《大分子动力学分析:实用方法》。牛津大学出版社
[30] Johnson KA,Goody RG(2011)《原始迈克尔斯常数:1913年迈克尔斯-曼顿论文的翻译》。生物化学50:8264-9·doi:10.1021/bi201284u
[31] Joshi B,Shiu A(2015)关于确定反应网络是否为多稳态的方法的调查。数学模型Nat Phenom 10:47-67·Zbl 1371.92148号 ·doi:10.1051/mmnp/201510504
[32] Kudryavtsev LD(1998)《数学分析课程》,第二卷。维什,什科拉
[33] Leenheer PD、Angeli D、Sontag ED(2007),《单调化学反应网络》。数学化学杂志41:295-314·Zbl 1117.80309号 ·数字对象标识代码:10.1007/s10910-006-9075-z
[34] Mirzaev I,Gunawardena J(2013)《一般图上的拉普拉斯动力学》。公牛数学生物学75:2118-49·Zbl 1310.92023号 ·doi:10.1007/s11538-013-9884-8
[35] Mysels KJ(1956)教科书错误七:反应速率和平衡定律。化学教育杂志33:178-9·doi:10.1021/ed033p178
[36] Ortega F、Acerenza L、Westerhoff HV、Mas F、Cascante M(2002)产品依赖性和双功能性损害了信号转导级联的超敏性。美国国家科学院院刊99:1170-5·doi:10.1073/pnas.022267399
[37] Pearson G、Robinson F、Gibson TB、Xu BE、Karandikar M、Berman K、Cobb MH(2001)《有丝分裂原激活(MAP)蛋白激酶途径:调节和生理功能》。Endocr版本22:153-83
[38] Pérez Milán M,Dickenstein A(2018)MESSI生物系统的结构。SIAM应用动态系统杂志17:1650-82·兹比尔1395.92071 ·doi:10.1137/17M1113722
[39] Pérez Milán M,Dickenstein A,Shiu A,Conradi C(2012)具有复曲面稳态的化学反应系统。公牛数学生物学74:1027-65·Zbl 1251.92016年 ·doi:10.1007/s11538-011-9685-x
[40] Shinar G,Feinberg M(2010)生物化学网络鲁棒性的结构来源。科学327:1389-91·doi:10.1126/科学.1183372
[41] Shinar G、Feinberg M(2012)《协调化学反应网络》。数学生物科学240:92-113·Zbl 1316.92100号 ·doi:10.1016/j.mbs.2012.05.004
[42] SouléC(2003)《多平稳性的图形要求》。ComPlexUs系列1:123-33·doi:10.159/00076100
[43] Thomson M,Gunawardena J(2009)多站点翻译后修改系统的有理参数化定理。《Theor生物学杂志》261:626-36·Zbl 1403.92085号 ·doi:10.1016/j.jtbi.2009.09.003
[44] Ventura AC,Sepulchre JA,Merajver SD(2008)揭示了信号级联中的隐藏反馈。公共科学图书馆计算生物学4:e1000041·doi:10.1371/journal.pcbi.1000041
[45] Xu Y,Gunawardena J(2012)《翻译后修饰的现实酶学:零级超敏性的重新审视》。《Theor生物学杂志》311:139-52·Zbl 1337.92095号 ·doi:10.1016/j.jtbi.2012.07.012
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。它的项目与zbMATH标识符启发式匹配,并且可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。