信号放大级联中离散噪声与非线性化学动力学的相互作用

我们使用多种解析和数值技术来阐明受外部和内部噪声影响的小型酶级联中的信号传播。作为蛋白质信号转导级联基础的催化反应的非线性特征，使得胞质生化网络中的随机信号动力学不同于基因调控网络中随机动力学的通常描述。对于作为许多重要蛋白质信号通路基础的简单两步酶级联，我们证明了当蛋白质数量过少时，线性噪声近似和Langevin方程等常用技术变得不适用。因此，我们发展了一种新的解析近似，基于混合生成函数和分布函数方法来求解描述此类重要生化反应非线性化学信号动力学的主方程。我们的技术在比先前所用方法更广的蛋白质数量涨落范围内有效。我们发现，在某些条件下，爆发相噪声可能被注入下游信号网络动力学中，可能导致异常大的宏观涨落。除了计算一阶和二阶矩（这是常用解析技术的目标）外，我们的新方法提供了非线性信号转导级联中有色非高斯过程的完整含时概率分布。