基于拓扑的化学反应网络结构约简
分子网络
2021-11-25 v2 生物物理
摘要
我们开发了一种基于化学计量学（决定网络拓扑）的、与模型无关的化学反应系统约简方法。一个子网络可被系统地消除，从而得到自由度更少的约简系统。该子网络移除伴随着网络的重新连线，这由化学计量矩阵的 Schur 补所规定。利用同调与同调群来刻画化学反应网络的拓扑，我们可通过这些群的变化来追踪约简引起的网络拓扑变化。我们证明，当满足特定拓扑条件时，约简系统的稳态化学浓度和反应速率保证与原始系统相同。该结果无论反应建模方式（即化学动力学）如何都成立，因为条件仅涉及拓扑信息。这是有利的，因为在许多实际情况下反应的动力学细节和参数值难以确定。该方法允许我们在保留原始稳态性质的同时约简反应网络，从而可高效研究复杂反应系统。我们在假设网络及大肠杆菌的中心碳代谢中演示了该约简方法。
引用
@article{arxiv.2102.07687,
title = {Structural reduction of chemical reaction networks based on topology},
author = {Yuji Hirono and Takashi Okada and Hiroyasu Miyazaki and Yoshimasa Hidaka},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.07687},
year = {2021}
}
备注
49 pages, 7 figures; ver 2: published version