酵母异质三聚体G蛋白循环模型- MATLAB和Simulink万博1manbetx - 万博1manbetx,s manbetx 845,万博尤文图斯

酵母异质三聚体G蛋白循环模型

G蛋白循环的背景

G蛋白质
G蛋白和信息素反应

G蛋白质

细胞依靠信号转导系统相互沟通和调节细胞过程。G蛋白是gtp结合蛋白，参与许多细胞过程的调节。已知的G蛋白有两类:单体G蛋白(一种GTPase)和异三聚体G蛋白(三种不同的单体)。G蛋白通常促进一个需要能量的步骤。这种能量是由GTP酶激活蛋白(GAP)水解GTP提供的。GTP与GDP的交换由一种鸟嘌呤核苷酸释放蛋白(GNRP)催化[albert等人，1994年］.

$\begin{array}{l} G p r o t e 我 n + G T P ⇄_{G N R P}^{G 一个 P} G p r o t e 我 n + G D P \end{array}$

G蛋白偶联受体(GPCRs)是许多药物的靶标。一些估计表明，目前上市的药物中有40%至50%以GPCRs为靶点，目前40%的药物研发重点是GPCR靶点。一些例子包括减少胃酸(雷尼替丁以组胺H2受体为目标)，偏头痛(舒马曲坦，以血清素受体亚型为目标)，精神分裂症(奥氮平，以血清素和多巴胺受体为目标)，过敏(地氯雷他定，以组胺受体为目标)。药物研究的一种方法是建立信号通路模型，分析和预测下游效应和相关通路的效应。本教程使用SimBiology研究了酵母信息素反应途径中G蛋白循环的模型构建和分析^®桌面。

G蛋白和信息素反应

在酵母酿酒酵母G蛋白在信息素反应中的信号转导是一个特征明确的信号转导途径。分泌的信息素α细胞激活G蛋白偶联α因子受体(Ste2p)一个引起多种细胞反应的细胞，包括细胞周期阻滞和新蛋白质的合成。本研究的作者对这一周期进行了定量分析，比较了野生型酵母单倍体中G蛋白激活的调节一个具有突变的细胞对α因子具有超敏感。他们分析了细胞周期阻滞和信息素诱导的转录激活的背景下的数据，并建立了一个G蛋白周期的数学模型，他们用来估计细胞中活性G蛋白的激活和失活率。

反应概述

系统生物学家将生物途径和过程表示为具有反应速率的反应，并将这些途径的组成部分视为单个物种。

酵母信息素-反应途径中的G蛋白循环可以浓缩成一套生化反应。这些反应是复杂的形成、转化或分离反应，Yi和他的同事[Yi等人2003用来简化和描述系统。在这个例子中，α因子、α因子受体和G蛋白亚基都被视为参与反应的物种。这个系统可以用图形表示如下。

下表显示了用于模拟G蛋白循环的反应和每个反应的相应速率常数(速率参数)。对于可逆反应，正反应速率参数列在前面。

不。	的名字	反应	速度参数
1	Receptor-ligand交互	`+ r <->`	`kRL`，`kRLm`
2	异质三聚体G蛋白形成	`Gd + Gbg - >g`	`kG1`
3.	G蛋白激活	`RL + G -> Ga + Gbg + RL`	`kGa`
4	受体合成与降解	`R < - > null`	`kRdo`，`基米-雷克南`
5	Receptor-ligand退化	`RL - >零`	`kRD1`
6	G蛋白失活	`Ga - > Gd`	`kGd`

注意在反应3 (G蛋白激活)中，RL出现在两方面的反应。这是因为RL被视为改性剂或催化剂，模型假设不存在RL在这个反应。

作者用一组常微分方程(ode)来描述系统。在软件中，你可以将生物路径表示为一个生化反应系统，软件会为你创建ode。或者，如果您有一组描述您的系统的ode，您可以将它们作为速率规则输入。有关使用速率规则建模的示例，请参见具有速率规则的SimBiology模型．

假设，实验数据和G蛋白模型的单位

作者通过自己的测量或已发表的文献获得了实验数据。与其他模型一样，G蛋白循环模型简化了生物过程，同时也试图调和实验数据。考虑这些点:

反应2 -异质三聚体G蛋白复合物的结合和形成被视为单步反应。
反应3 - G蛋白的活化被建模为单步反应。鸟嘌呤核苷酸交换因子(gef)没有建模。
反应3和6 - G蛋白活化和失活速率的参数(kGa和kGd)是根据参考文献中的剂量响应曲线估计的。本教程中构建的SimBiology模型直接使用这些值。
反应4和5 -受体的合成和降解完全是两个简单的反应步骤。
反应6 - G蛋白信号调节蛋白(RGS) Sst2p的失活被建模为单个步骤。Sst2p没有建模。
反应模型估计的反应速率为0.11秒^－1)在含Sst2p的野生型菌株中。估计非催化反应速率为0.004秒^－1在缺失SST2的菌株(sst2Δ突变株)。
模型中不包括自由GDP、GTP和Pi。

本教程向您展示如何在活性G蛋白片段的模拟图上绘制实验数据。您可以从参考论文图5中找到的图的坐标来估计本示例中感兴趣的实验数据的值[Yi等人2003］.将标准的坐标与图中未知数的坐标进行比较，得到如下值。

时间	主动Ga的分数(实验)
0	0．00
10	0．35
30.	０．４０
60	0.36
110	0.39
210	０．３３
300	0．24
450	0．17
600	0．20

请注意

的SimBiology量纲分析本教程中没有使用该特性。在本教程中，所有物种的值都被转换为单位分子，所有速率参数均转换为具有任一单位1 /秒或单位1 /(分子*秒)取决于反应是一级反应还是二级反应。你应该离开InitialAmountUnits盒子代表物种和ValueUnits本教程中模型的速率参数为空的框。