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A Linear Framework for Time-Scale Separation in Nonlinear Biochemical Systems

机译:非线性生化系统中时间尺度分离的线性框架

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摘要

Cellular physiology is implemented by formidably complex biochemical systems with highly nonlinear dynamics, presenting a challenge for both experiment and theory. Time-scale separation has been one of the few theoretical methods for distilling general principles from such complexity. It has provided essential insights in areas such as enzyme kinetics, allosteric enzymes, G-protein coupled receptors, ion channels, gene regulation and post-translational modification. In each case, internal molecular complexity has been eliminated, leading to rational algebraic expressions among the remaining components. This has yielded familiar formulas such as those of Michaelis-Menten in enzyme kinetics, Monod-Wyman-Changeux in allostery and Ackers-Johnson-Shea in gene regulation. Here we show that these calculations are all instances of a single graph-theoretic framework. Despite the biochemical nonlinearity to which it is applied, this framework is entirely linear, yet requires no approximation. We show that elimination of internal complexity is feasible when the relevant graph is strongly connected. The framework provides a new methodology with the potential to subdue combinatorial explosion at the molecular level.
机译:细胞生理学是由具有高度非线性动力学的极其复杂的生化系统实现的,这对实验和理论都提出了挑战。时间尺度分离是从这种复杂性中提炼出一般原理的几种理论方法之一。它在诸如酶动力学,变构酶,G蛋白偶联受体,离子通道,基因调控和翻译后修饰等领域提供了重要的见识。在每种情况下,都消除了内部分子的复杂性,从而在其余成分之间产生了合理的代数表达式。这产生了熟悉的公式,例如酶动力学中的米利斯(Michaelis-Menten),变构中的Monod-Wyman-Changeux和基因调节中的Ackers-Johnson-Shea。在这里,我们表明这些计算都是单个图论框架的所有实例。尽管应用了生化非线性,该框架完全是线性的,但不需要近似值。我们表明,当相关图紧密连接时,消除内部复杂性是可行的。该框架提供了一种新的方法,具有在分子水平上抑制组合爆炸的潜力。

著录项

  • 期刊名称 PLoS Clinical Trials
  • 作者

    Jeremy Gunawardena;

  • 作者单位
  • 年(卷),期 2009(7),5
  • 年度 2009
  • 页码 e36321
  • 总页数 14
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种
  • 中图分类
  • 关键词

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