小分子数下生化信号循环中的噪声与临界现象

活细胞中的生化反应网络通常涉及信号分子的可逆共价修饰，例如蛋白质磷酸化。在小分子数条件下（这在活细胞中经常发生），质量作用理论无法描述此类系统的动力学。相反，生化反应必须被视为随机过程，这些过程内在产生化学物质的浓度涨落。我们通过解析建模和浓度时间涨落的数值精确蒙特卡洛模拟，研究了共价修饰循环的随机反应动力学。根据参数区域，我们发现浓度概率密度函数在定性上不同的分布函数类别，包括具有分数且可调指数的幂律分布。这些发现挑战了将生化控制网络视为确定性计算系统的传统观点，并表明细胞中的共价修饰循环可以作为多功能且可调的噪声发生器。