离散随机模拟中准稳态近似的有效性
分子网络
2015-06-19 v1 生物物理
摘要
在生化网络中，反应通常发生在不同的时间尺度上，可表征为“快”或“慢”。准稳态近似（QSSA）利用时间尺度分离将生化网络模型投影到低维慢流形上。因此，快初等反应不被显式建模，其效应由非初等反应速率函数（如 Hill 函数）捕捉。应用于确定性系统的 QSSA 的准确性取决于时间尺度分离的程度。最近，有人提出使用通过确定性 QSSA 获得的非初等速率函数来定义生化网络随机模拟中的倾向函数。在这种被称为随机 QSSA 的方法中，作为非初等反应一部分的快反应不被模拟，从而大大减少了计算时间。然而，目前尚不清楚随机 QSSA 何时能提供对原始随机模拟的准确近似。我们表明，与确定性 QSSA 不同，随机 QSSA 的有效性并不仅仅源于时间尺度分离，还取决于非初等反应速率函数对慢物种变化的敏感性。当这种敏感性较小时，随机 QSSA 变得更准确。不同类型的 QSSA 产生具有不同敏感性的非初等函数，且全 QSSA 产生的函数比标准 QSSA 或前因子 QSSA 敏感性更低。我们证明，因此，当使用全 QSSA 获得非初等反应函数时，随机 QSSA 变得更准确。我们的工作为具有不同时间尺度的生化反应网络随机模拟中 QSSA 的有效性提供了新条件。
引用
@article{arxiv.1406.2244,
title = {The validity of quasi steady-state approximations in discrete stochastic simulations},
author = {Jae Kyoung Kim and Krešimir Josić and Matthew R. Bennett},
journal= {arXiv preprint arXiv:1406.2244},
year = {2015}
}
备注
21 pages, 4 figures