主要内容

一个基因调控途径的模型

关于基因调控模型

模型图

你可以想象一个系统生物学模型与不同程度的细节。一个视图只草图和流程的主要物种。这个模型是一个简单的基因调控,翻译控制转录的蛋白质产品。你可以创建一个更复杂的模型通过添加酶、辅酶、辅因子、核苷酸、氨基酸不包含在这个模型。基因调控的例子简化了监管机制,没有显示RNA聚合酶的贡献和代数余子式。基因表达的蛋白质产品结合在DNA和压制转录监管区域。

看系统生物学模型的另一种方法是列出的反应与他们所代表的过程模型。

DNA - > DNA + mRNA(转录)mRNA - > mRNA +蛋白质(翻译)DNA + - > DNAProteinComplex(绑定)DNAProteinComplex - > DNA +蛋白质(解脱)mRNA零(退化)蛋白质- - > >零(退化)

画的反应途径将帮助您可视化反应和物种之间的关系。在基因调控的例子中,随着蛋白质的数量增加,蛋白质形成一个复杂的基因表达,并减慢蛋白质产量。

模型反应

反应方程定义一个系统生物学模型所需的详细程度的软件程序模拟的动态行为模型。以下反应转录、翻译、绑定和退化描述一个简单的基因调控机制。

转录。转录是RNApolymerase和DNA分子代数余子式绑定。RNApolymerase然后沿着DNA结合创建信使rna的核苷酸。一个简单的模型只显示DNA转录和信使rna。

这个模型简化了信使rna的转录和合成通过使用一个单一的反应。

反应 DNA - > DNA + mRNA
反应速率 v = k1 * DNA分子/秒
物种 DNA=50分子
信使核糖核酸=0分子
参数 k1=0.20第二个1

翻译。信使rna后从细胞质细胞核,它可以结合核糖体。核糖体沿着mRNA和创建蛋白质氨基酸转运rna的帮助下一定会。一个简单的模型的翻译只显示信使rna和蛋白质产品。

蛋白质的合成是建模为一个单一的反应。

反应 信使rna - > mRNA +蛋白质
反应速率 v = k2 * mRNA分子/秒
物种 信使核糖核酸=0分子
蛋白质=0分子
参数 k2=20.第二个1

基因镇压。信使rna转录DNA是由绑定从翻译到DNA的蛋白质产品。产生更多的蛋白质,蛋白质的DNA势必更多和更少的时间与游离DNA转录。

正向反应(绑定)

反应 DNA +蛋白质- > DNAProteinComplex
反应速率 v = k3 * DNA *蛋白质分子/秒
物种 DNA=50分子
蛋白质=0分子
参数 k3=0.21 /(分子*秒)

逆反应(解脱)

反应 DNAProteinComplex - > DNA +蛋白质
反应速率 v = k3r * DNA_protein分子/秒
物种 DNAProteinComplex=0分子
参数 k3r=1第二个1

对于本教程,模型绑定和释放反应是可逆反应。

反应 < - > DNA_protein DNA +蛋白质
反应速率 v = k3 * *蛋白质- DNA k3r * DNA_protein分子/秒
物种 DNA=50分子
蛋白质=0分子
参数 k3=0.21 /(二*分子)
k3r=1第二个1

退化。蛋白质和信使rna降解是调节基因表达的重要反应。这些化合物的稳态是由合成和降解反应之间的平衡。蛋白质水解与蛋白酶的帮助下,氨基酸和核酸降解核苷酸。

信使rna降解是建模为一个转换零物种。

反应 信使rna - >零
反应速率 v = k4 * mRNA分子/秒
物种 信使核糖核酸=0分子
参数 k4=1.5第二个1

同样,蛋白质降解也建模为一个转换零物种。这个物种零是一个预定义的物种在SimBiology名字吗®模型。

反应 蛋白质- >零
反应速率 v = k5 *蛋白质分子/秒
物种 蛋白质=0分子
参数 k5=1第二个1

创建一个SimBiology模型

SimBiology模型在结构上分等级的一个对象集合。需要一个模型对象包含所有其他对象。

  1. 创建一个SimBiology模型名称细胞。

    Mobj = sbiomodel (“细胞”)
    Mobj = SimBiology模型-细胞模型组件:隔间:0事件:0参数:0反应:0规则:0物种:0可见:0

  2. 添加一个隔间命名电脑及相关知识模型和设置的单位舱容量。

    compObj = addcompartment (Mobj,“薪酬”);compObj。CapacityUnits =“升”;

添加对转录的反应

  1. 添加反应DNA - > DNA + mRNA到模型中。SimBiology自动添加的物种DNA和信使核糖核酸与默认的初始模型的0。

    Robj1 = addreaction (Mobj,DNA的DNA - > + mRNA ');

    请注意

    因为本例中只有一个隔间,您不需要指定每个物种所属室。如果有多个隔间,这里是一个反应语法的例子:

    Robj1 = addreaction (Mobj,细胞核。DNA - >核。DNA+ cytoplasm.mRNA');
    核和细胞质隔间的名称。

  2. 显示添加模型的物种。

    Mobj.Species
    ans = SimBiology物种数组索引:舱:名称:价值:单位:1 comp DNA 0 2 comp mRNA 0

  3. 设置初始的数量DNA来50两个物种的数量单位。

    Mobj.Species (1)。InitialAmount = 50;Mobj.Species (1)。InitialAmountUnits =“分子”;Mobj.Species (2)。InitialAmountUnits =“分子”;

  4. 指定要质量作用反应的动力学质量作用通过创建一个动态法律对象,Kobj1。

    Kobj1 = addkineticlaw (Robj1,“MassAction”);

    对于一个不可逆的反应,MassAction动力学反应速率表达式定义为提出了速率常数*反应物。

  5. 动能定律作为参数之间的映射和物种所需的反应速率表达式和模型中的参数和物种。看到必须映射的参数和物种,检索ParameterVariables和SpeciesVariables的属性Kobj1。

    Kobj1.ParameterVariables
    ans =1 x1单元阵列{“远期利率参数”}
    Kobj1.SpeciesVariables
    ans =1 x1单元阵列{“MassAction物种”}

  6. 自从动能法律要求一个远期利率参数,创建一个参数,k1,并设置其值0.2。映射参数k1远期利率参数,通过设置ParameterVariablesNames的属性Kobj1来k1。

    Pobj1 = addparameter (Kobj1,“k1”);Pobj1。值= 0.2;Pobj1。ValueUnits =“1 /秒”;Kobj1。ParameterVariableNames =“k1”;

  7. 质量作用动力学的SpeciesVariables会自动分配给反应物的物种。因此,SpeciesVariablesNames的属性Kobj1自动设置为DNA。反应速率表达式定义如下。

    Robj1.ReactionRate
    ans = ' k1 * DNA '

添加对翻译的反应

一个简单的模型的翻译只显示信使rna和蛋白质产品。更多细节,请参阅翻译。

  1. 进入反应信使rna - > mRNA +蛋白质并设置其动力学质量作用定律。也该物种的数量单位蛋白质。

    Robj2 = addreaction (Mobj,信使rna - > mRNA +蛋白质的);Mobj.Species (3)。InitialAmountUnits =“分子”;Kobj2 = addkineticlaw (Robj2,“MassAction”);

  2. 定义了反应速率常数k2的反应。

    Pobj2 = addparameter (Kobj2,“k2”);Pobj2。值= 20;Pobj2。ValueUnits =“1 /秒”;Kobj2。ParameterVariableNames =“k2”;

  3. 反应速率定义如下。

    Robj2.ReactionRate
    ans = ' k2 * mRNA '

添加了基因调控的反应

信使rna转录DNA是由绑定从翻译到DNA的蛋白质产品。产生更多的蛋白质,蛋白质的DNA势必更多和更少的时间与游离DNA转录。更多细节,请参阅基因镇压。

  1. 输入绑定的可逆反应和解脱的DNA和蛋白质。添加一个参数k3远期利率不变,k3r逆向速率常数。

    Robj3 = addreaction (Mobj,“DNA +蛋白质< - > DNAProteinComplex”);Mobj.Species (4)。InitialAmountUnits =“分子”;Kobj3 = addkineticlaw (Robj3,“MassAction”);Pobj3 = addparameter (Kobj3,“k3”,“价值”,0.2,“ValueUnits”,“1 /(分子*秒)”);Pobj3r = addparameter (Kobj3,“k3r”,“价值”,1.0,“ValueUnits”,“1 /秒”);Kobj3。ParameterVariableNames = {“k3”,“k3r”};

  2. 显示反应速率。

    Robj3.ReactionRate
    ans = ' k3 * *蛋白质- DNA k3r * DNAProteinComplex’

添加信使rna和蛋白质降解的反应

蛋白质和信使rna降解是调节基因表达的重要反应。的稳态水平的化合物是由合成和降解反应之间的平衡。蛋白质水解氨基酸与蛋白酶的帮助下,在核酸降解核苷酸。

  1. 进入反应信使rna降解核苷酸。添加一个参数k4转发速率常数。

    Robj4 = addreaction (Mobj,“信使rna - >空”);Kobj4 = addkineticlaw (Robj4,“MassAction”);Pobj4 = addparameter (Kobj4,“k4”,“价值”,1.5,“ValueUnits”,“1 /秒”);Kobj4。ParameterVariableNames =“k4”;

  2. 显示mRNA的反应速率下降。

    Robj4.ReactionRate
    ans = ' k4 * mRNA '

  3. 进入反应对蛋白质降解为氨基酸。添加一个参数k5随着正向反应的速率常数。

    Robj5 = addreaction (Mobj,“蛋白质- >空”);Kobj5 = addkineticlaw (Robj5,“MassAction”);Pobj5 = addparameter (Kobj5,“速率”,“价值”,1.0,“ValueUnits”,“1 /秒”);Kobj5。ParameterVariableNames =“速率”;

  4. 显示蛋白质降解的反应速率。

    Robj5.ReactionRate
    ans = ' k5 *蛋白质'

模拟模型

模拟模型来看到它的动态行为。

  1. 首先把可选单位转换功能。此功能会自动将物理量的单位转换成一个一致的系统。这种转换是在准备正确的模拟,但物种数量返回指定单位(分子在本例中)。

    configset = getconfigset (Mobj);configset.CompileOptions。UnitConversion = true;

  2. 运行仿真。

    [t simdata名称]= sbiosimulate (Mobj);

  3. 策划的结果。

    情节(t, simdata)传说(名称,“位置”,“NorthEastOutside”)标题(基因调控的);包含(“时间”);ylabel (物种数量的);

    图包含一个坐标轴对象。坐标轴与标题基因调控对象,包含时间,ylabel物种数量包含4线类型的对象。这些对象代表DNA,信使rna,蛋白质,DNAProteinComplex。