酵母糖酵解中有效功能结构的定量分析

酵母糖酵解被认为是耗散生化振荡器的原型。在细胞条件下，在正弦波葡萄糖源输入下，糖酵解酶的活性可以表现出周期性、准周期性或混沌行为。为了量化耗散条件下糖酵解酶的功能连接性，我们使用非线性统计工具——传递熵分析了不同的催化模式。数据通过一个由三个时滞微分方程组成的酵母糖酵解模型获得，其中明确考虑了不可逆阶段的酶速度函数。这些酶活性函数先前已由其他不同小组建模并经过实验测试。与实验条件一致，所研究的时间序列对应于一条通往混沌的准周期路径。分析结果有三方面：第一，除了以酶、底物、产物和反馈调节代谢物的特定位置为特征的经典拓扑结构外，建模的糖酵解系统中还出现了一种有效的功能结构，该结构是动态的，并以功能相互作用的显著变化为特征。第二，该动态结构表现出一种代谢不变量，它约束了酶的功能属性。最后，与经典生化研究一致，我们的数值分析以定量方式揭示，磷酸果糖激酶是代谢系统的关键核心，在所有条件下都表现为酵母糖酵解中有效因果流的主要来源。