The Chemical Master Equation Approach to Nonequilibrium Steady-State of Open Biochemical Systems: Linear Single-Molecule Enzyme Kinetics and Nonlinear Biochemical Reaction Networks

دسته بندی: بیوشیمی
ویرایش:  
نویسندگان: Qian Hong. Bishop Lisa M.  
سری:  
 
ناشر:  
سال نشر:  
تعداد صفحات: 29 
زبان: English 
فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) 
حجم فایل: 481 کیلوبایت 

قیمت کتاب (تومان) : 38,000

مقاله علمی. — مجله بین المللی علوم مولکولی، 2010، جلد. 11، ص. 3472-
3500. ما معادله اصلی تصادفی و شیمیایی را به عنوان رویکردی یکپارچه برای دینامیک سیستم‌های واکنش بیوشیمیایی در یک حجم مزوسکوپی تحت یک موجود زنده توسعه می‌دهیم. محیط. یک محیط زندگی یک ورودی انرژی شیمیایی پیوسته را فراهم می کند که سیستم واکنش را در حالت ثابت غیرتعادلی با نوسانات غلظت حفظ می کند. ما در مورد سینتیک آنزیم تک مولکولی خطی، تک مولکولی، چرخه فسفوریلاسیون-دفسفوریلاسیون (PdPC) با دوپایداری و نوسانات شبکه ای بحث می کنیم. تأکید بر مقایسه بین دینامیک تصادفی و پیش‌بینی مبتنی بر رویکرد سنتی مبتنی بر قانون عمل انبوه است. ما تفاوت بین دوپایداری غیرخطی و دوپایداری تصادفی را معرفی می کنیم، دومی هیچ همتای قطعی ندارد. برای سیستم‌هایی با دوپایداری غیرخطی، سه مقیاس زمانی مختلف وجود دارد: (الف) واکنش‌های بیوشیمیایی فردی، (ب) دینامیک شبکه غیرخطی نزدیک به جاذبه‌ها، و (ج) تکامل سلولی. برای سیستم های مزوسکوپی با اندازه یک سلول زنده، دینامیک در (a) و (c) تصادفی است در حالی که با (b) غالباً قطعی است. هر دو (b) و (c) خواص ظهوری یک شبکه بیوشیمیایی پویا هستند. ما پیشنهاد می کنیم که (c) به فرآیندهای بیوشیمیایی سلولی اصلی مانند تنظیم اپی ژنتیکی، آپوپتوز و ویرایش ایمنی سرطان مرتبط است. تکامل سلولی با انتقال بین جاذبه‌های (b) به شیوه‌ای «تعادل نقطه‌گذاری» پیش می‌رود.

Scientific article. — International Journal of Molecular Sciences, 2010, Vol. 11, p. 3472-
3500. We develop the stochastic, chemical master equation as a unifying approach to the dynamics of biochemical reaction systems in a mesoscopic volume under a living environment. A living environment provides a continuous chemical energy input that sustains the reaction system in a nonequilibrium steady state with concentration fluctuations. We discuss the linear, unimolecular single-molecule enzyme kinetics, phosphorylation-dephosphorylation cycle (PdPC) with bistability, and network exhibiting oscillations. Emphasis is paid to the comparison between the stochastic dynamics and the prediction based on the traditional approach based on the Law of Mass Action. We introduce the difference between nonlinear bistability and stochastic bistability, the latter has no deterministic counterpart. For systems with nonlinear bistability, there are three different time scales: (a) individual biochemical reactions, (b) nonlinear network dynamics approaching to attractors, and (c) cellular evolution. For mesoscopic systems with size of a living cell, dynamics in (a) and (c) are stochastic while that with (b) is dominantly deterministic. Both (b) and (c) are emergent properties of a dynamic biochemical network; We suggest that the (c) is most relevant to major cellular biochemical processes such as epi-genetic regulation, apoptosis, and cancer immunoediting. The cellular evolution proceeds with transitions among the attractors of (b) in a 'punctuated equilibrium' manner.