核糖体流模型中蛋白质翻译速率的最大化：同质情况
基因组学
2014-07-02 v1
摘要
基因翻译是细胞内大分子（称为核糖体）将mRNA链中的遗传信息解码为相应蛋白质的过程。基因翻译包括多个步骤。在延伸步骤中，核糖体沿mRNA链顺序移动，并按相应顺序连接氨基酸以产生蛋白质。同质核糖体流模型（HRFM）是在假设沿mRNA链延伸速率恒定的情况下，用于翻译延伸的确定性计算模型。HRFM由一组n个一阶非线性常微分方程描述，其中n表示沿mRNA链的位点数量。HRFM还包括两个正参数：核糖体起始速率和（恒定）延伸速率。在本文中，我们证明了HRFM中的稳态翻译速率是其参数的凹函数。这意味着确定使翻译速率最大化的参数值的问题相对简单。我们的结果可能有助于更好地理解翻译延伸的机制和进化。我们通过使用理论结果估计小家鼠胚胎干细胞中的起始速率来证明这一点。其基本假设是进化优化了翻译机制。对于无限维HRFM，我们推导出确定使蛋白质翻译速率最大化的起始速率和过渡速率问题的闭式解。我们表明，这些表达式对于n维HRFM中的最优值，即使在n相对较小的情况下也能提供良好的近似。这些结果可能对合成生物学有应用价值，其中一个重要问题是重新设计基因组系统以最大化蛋白质生产速率。
引用
@article{arxiv.1407.0207,
title = {Maximizing Protein Translation Rate in the Ribosome Flow Model: the Homogeneous Case},
author = {Yoram Zarai and Michael Margaliot and Tamir Tuller},
journal= {arXiv preprint arXiv:1407.0207},
year = {2014}
}