质量守恒的基本动力学足以保证非平衡稳态浓度的存在
分子网络
2012-02-21 v2
摘要
生物系统通过与环境进行物质和能量的交换而被迫远离热力学平衡。为了对处于非平衡状态的生化反应网络进行建模,需要一种数学表述来模拟这种外力作用。我们提供了一种通用方法,能够以与非平衡稳态的存在相一致的方式对任意大规模的动力学模型施加外力。仅需两个条件即可保证非平衡稳态的存在:每个反应均满足质量守恒,且连续动力学反应速率律永远不会导致负的分子浓度。这些条件可在多项式时间内验证,并且具有足够的灵活性,允许将系统推离平衡态。在一个解释性的生化示例中,我们展示了一个可逆的、质量守恒的持续反应,即使其动力学参数在热力学上不可行,也能以与稳态存在相一致的方式持续驱动厌氧糖酵解的动力学模型。易于检验的存在性条件,是为在基因组规模的生化动力学模型中可靠计算非平衡稳态的工作奠定基础。
引用
@article{arxiv.1109.4498,
title = {Mass conserved elementary kinetics is sufficient for the existence of a non-equilibrium steady state concentration},
author = {Ronan M. T. Fleming and Ines Thiele},
journal= {arXiv preprint arXiv:1109.4498},
year = {2012}
}
备注
11 pages, 2 figures (v2 is now placed in proper context of the excellent 1962 paper by James Wei entitled "Axiomatic treatment of chemical reaction systems". In addition, section 4, on "Utility of steady state existence theorem" has been expanded.)