生物系統理論

生物系統理論

數學模型在系統生物學上非常時尚,但模型和定律之間千差萬別.當研究人員建立模型時,要對具體的實驗裝置進行假設,并必須選寫諸如速率常數及其他參數的數值.相比之下,一個定律可以適用于任意的分子復合物,如具有眾多成分的生化網絡.在最近的一項研究中,Shinar和 Feinberg得到了一個定律,能夠顯示具有眾多成分的生化網絡在什么時候會出現“絕對濃度穩鍵性”.

穩健性在生物學上是一個廣泛的實驗概念,但卻因缺乏定義而臭名昭著.對Shinar和Feinberg得出的定律而言,絕對濃度穩健性意味著生化網絡中任一成分的濃度在網絡任何正向穩定的狀態下都保持精確的一致.也就是說不管其他情況如何,任何一個組分都是這樣.這個穩健的濃度值僅決定于網絡中成分的參數,而不是成分數量.值得關注的是,Shinar和Feinberg發現了一個只受生化反應網絡結構決定的條件,在這條件下,就會產生絕對濃度穩健性的現象.

什么使得數學家還有生物學家都對這個定律感興趣？因為它濃縮并闡明了以往對模式細菌Escherichia coli中雙功能酶的研究.這個EnvZOmpR雙組分滲透調節物和乙醛酸支路調節子(該調節子允許用于生物合成的二碳糖如乙酸通過)均使用雙功能酶.在各種情況下,由實驗證明了,這個生化網絡中的任一關鍵組分的濃度在網絡組分的總量發生變化時,其依然具有高度的穩健性.Shinar和Feinberg的這個定律解釋了一些生物化學上看似合理的假設的原因.巧合的是,在Shinar和Feinberg提出他們的定律后不久,人們在古細菌中發現了一個新的雙功能代謝酶(1,6-二磷酸醛縮酶/磷酸酶).這種酶存在于生命的所有階段中.因此,該定律為科學家了解“雙功能”可能帶來的優勢提供了一個新起點.

梁丹濤 譯自《Science》,July 13:581~582(2010)