生物系统理论

生物系统理论

数学模型在系统生物学上非常时尚,但模型和定律之间千差万别.当研究人员建立模型时,要对具体的实验装置进行假设,并必须选写诸如速率常数及其他参数的数值.相比之下,一个定律可以适用于任意的分子复合物,如具有众多成分的生化网络.在最近的一项研究中,Shinar和 Feinberg得到了一个定律,能够显示具有众多成分的生化网络在什么时候会出现“绝对浓度稳键性”.

稳健性在生物学上是一个广泛的实验概念,但却因缺乏定义而臭名昭著.对Shinar和Feinberg得出的定律而言,绝对浓度稳健性意味着生化网络中任一成分的浓度在网络任何正向稳定的状态下都保持精确的一致.也就是说不管其他情况如何,任何一个组分都是这样.这个稳健的浓度值仅决定于网络中成分的参数,而不是成分数量.值得关注的是,Shinar和Feinberg发现了一个只受生化反应网络结构决定的条件,在这条件下,就会产生绝对浓度稳健性的现象.

什么使得数学家还有生物学家都对这个定律感兴趣？因为它浓缩并阐明了以往对模式细菌Escherichia coli中双功能酶的研究.这个EnvZOmpR双组分渗透调节物和乙醛酸支路调节子(该调节子允许用于生物合成的二碳糖如乙酸通过)均使用双功能酶.在各种情况下,由实验证明了,这个生化网络中的任一关键组分的浓度在网络组分的总量发生变化时,其依然具有高度的稳健性.Shinar和Feinberg的这个定律解释了一些生物化学上看似合理的假设的原因.巧合的是,在Shinar和Feinberg提出他们的定律后不久,人们在古细菌中发现了一个新的双功能代谢酶(1,6-二磷酸醛缩酶/磷酸酶).这种酶存在于生命的所有阶段中.因此,该定律为科学家了解“双功能”可能带来的优势提供了一个新起点.

梁丹涛 译自《Science》,July 13:581~582(2010)