La teoría de sistemas bioquímicos es un marco de modelado matemático para sistemas bioquímicos , basado en ecuaciones diferenciales ordinarias (EDO), en el que los procesos bioquímicos se representan mediante expansiones de ley de potencias en las variables del sistema .
Este marco, que se conoció como teoría de sistemas bioquímicos, ha sido desarrollado desde la década de 1960 por Michael Savageau , Eberhard Voit y otros para el análisis de sistemas de procesos bioquímicos . [1] Según Cornish-Bowden (2007), "consideraron esto como una teoría general del control metabólico , que incluye tanto el análisis del control metabólico como la teoría orientada al flujo como casos especiales". [2]
Representación
La dinámica de una especie está representada por una ecuación diferencial con la estructura:
donde X i representa una de las n d variables del modelo (concentraciones de metabolitos, concentraciones de proteínas o niveles de expresión génica). j representa los n f procesos bioquímicos que afectan la dinámica de la especie. Por otro lado,ij (coeficiente estequiométrico),j (constantes de velocidad) y f jk (órdenes cinéticos) son dos tipos diferentes de parámetros que definen la dinámica del sistema.
La principal diferencia de los modelos de ley de potencias con respecto a otros modelos de EDO utilizados en sistemas bioquímicos es que los órdenes cinéticos pueden ser números no enteros. Un orden cinético puede tener incluso un valor negativo cuando se modela la inhibición. De esta manera, los modelos de ley de potencias tienen una mayor flexibilidad para reproducir la no linealidad de los sistemas bioquímicos.
Los modelos que utilizan expansiones de la ley de potencias se han utilizado durante los últimos 35 años para modelar y analizar varios tipos de sistemas bioquímicos, incluidas redes metabólicas, redes genéticas y recientemente en la señalización celular.
Ver también
Referencias
- ^ Teoría de sistemas bioquímicos , una introducción.
- ^ Athel Cornish-Bowden , Preguntas frecuentes sobre análisis de control metabólico , sitio web 18 de abril de 2007.
Literatura
Libros:
- MA Savageau, Análisis de sistemas bioquímicos: un estudio de función y diseño en biología molecular , Reading, MA, Addison-Wesley, 1976.
- EO Voit (ed), Modelado no lineal canónico. Enfoque del sistema S para comprender la complejidad , Van Nostrand Reinhold, NY, 1991.
- EO Voit, Análisis computacional de sistemas bioquímicos. Una guía práctica para bioquímicos y biólogos moleculares , Cambridge University Press, Cambridge, Reino Unido, 2000.
- NV Torres y EO Voit, Pathway Analysis and Optimization in Metabolic Engineering , Cambridge University Press, Cambridge, Reino Unido, 2002.
Artículos científicos:
- MA Savageau, Análisis de sistemas bioquímicos: I. Algunas propiedades matemáticas de la ley de velocidad para las reacciones enzimáticas componentes en: J. Theor. Biol. 25, págs. 365–369, 1969.
- MA Savageau, Desarrollo de la teoría cinética fractal para reacciones catalizadas por enzimas e implicaciones para el diseño de vías bioquímicas en: Biosystems 47 (1-2), pp. 9-36, 1998.
- MR Atkinson et al., Diseño de circuitos genéticos utilizando modelos de ley de potencias , en: Cell 113, págs. 597–607, 2003.
- F. Alvarez-Vasquez et al., Simulación y validación del metabolismo de esfingolípidos modelado en Saccharomyces cerevisiae , Nature 27, págs. 433 (7024), págs. 425-30, 2005.
- J. Vera et al., Modelos de ley de potencia de las vías de transducción de señales en: Señalización celular doi : 10.1016 / j.cellsig.2007.01.029 ), 2007.
- Eberhart O. Voit, Aplicaciones de la teoría de sistemas bioquímicos , 2006.