Teoría de los sistemas bioquímicos

La teoría de los sistemas bioquímicos es un marco de trabajo matemático para sistemas bioquímicos, basado en ecuaciones diferenciales comunes (ODE, por sus siglas en inglés), en el cual los procesos bioquímicos se representan utilizando expansiones de la ley potencial en las variables del sistema.

Este marco de trabajo, que devino conocido como Teoría de los Sistemas Bioquímicos, ha sido desarrollado desde la década de 1960 por Michael Savageau y otros en análisis de sistemas en procesos bioquímicos.​ De acuerdo a Cornish-Bowden (2007) ellos han "considerado a esta teoría como una teoría general de control metabólico, en la cual se incluyen tanto el análisis del control metabólico y la teoría de flujo orientado como casos especiales".​

Historia

La dinámica de una especie es representada por una ecuación diferencial con la siguiente estructura:

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

donde X_i representa una de las n_d variables del modelo (concentraciones de un metabolito, concentraciones de proteínas o niveles de expresión de un gen). j representa los n_f procesos bioquímicos que afectan la dinámica de la especia. Por otro lado, $\mu$_ij (coeficiente estequiométrico), $\gamma$_j (constantes de velocidad) y f_jk (órdenes cinéticos) son dos tipos de parámetros que definen la dinámica del sistema.

La principal diferencia de los modelos matemáticos de ley potencial con respecto a otros modelos ODE utilizados en sistemas bioquímicos, es que los órdenes cinéticos pueden ser números no enteros. Un orden cinético puede incluso asumir valores negativos cuando se modula la inhibición. En esta forma, los modelos de ley potencial poseen una mayor flexibilidad para reproducir la no linealidad de los sistemas bioquímicos.

Los modelos que hacen uso de expansiones de la ley potencial han sido utilizados durante los últimos 35 años para modelar y analizar diversos tipos de sistemas bioquímicos, incluyendo redes metabólicas, redes genéticas y recientemente, en señalización celular.

Véase también

• Sistemas dinámicos
• Ludwig von Bertalanffy
• Teoría de sistemas

Enlaces externos

• Biochemical Systems Theory an introduction, A Web on Power-law Models for Biochemical Systems

Lecturas adicionales

• M.A. Savageau (1976). Biochemical systems analysis: a study of function and design in molecular biology. Reading, MA: Addison–Wesley. 

• E.O. Voit, ed. (1991). Canonical Nonlinear Modeling. S-System Approach to Understanding Complexity. NY: Van Nostrand Reinhold. 

• E.O. Voit, ed. (2000). Computational Analysis of Biochemical Systems. A Practical Guide for Biochemists and Molecular Biologists. Cambridge, U.K.: Cambridge University Press. 

• N.V. Torres and E.O. Voit (2002). Pathway Analysis and Optimization in Metabolic Engineering. Cambridge, U.K.: Cambridge University Press. 

• M.A. Savageau (1969). «Biochemical systems analysis: I. Some mathematical properties of the rate law for the component enzymatic reactions». J. Theor. Biol. 25: 365-369. 

• M.A. Savageau (1998). «Development of fractal kinetic theory for enzyme-catalysed reactions and implications for the design of biochemical pathways». Biosystems 47 (1-2): 9-36. 

• M.R. Atkinson et al. (2003). «Design of gene circuits using power-law models». Cell 113: 597-607. 

• F. Alvarez-Vasquez et al. (2005). «Simulation and validation of modelled sphingolipid metabolism in Saccharomyces cerevisiae». Nature 433 (7024): 425-30. PMID 15674294. 

• J. Vera et al. (2007). «Power-Law models of signal transduction pathways». Cellular Signalling. doi:10.1016/j.cellsig.2007.01.029. 

• Eberhart O. Voit (2006). Applications of Biochemical Systems Theory. 

• Datos: Q4914715