Автокатализ: Группа процессов биологических систем

Выделите AlChE ЖУРНАЛ

Автокаталитической реакции происходит, когда продукт катализирует реакцию и помогает в его собственное творение. Айше марта журнал Перспектива статье "Автокатализ в биологических системах", описывает такие процессы в биологических системах - которые присутствуют на всех уровнях от одной молекулы к экосистемы - и обсуждает методы моделирования, которые необходимы для их понимания.

Биологические системы можно рассматривать как сложные реакции сети с несколькими взаимосвязанными путями и обратной связи. Один из способов анализа таких биосистем является выявление и анализ их составных процессов подразделение, аналогичное исследование химического предприятия на основе анализа ее состав оперативного подразделения. Характеризуя влияние того или иного процесса устройство поможет определить свой вклад в систему, состоящую из нескольких взаимодействующих процессов единицы.

Автокатализ является одним из наиболее важных процессов единица в биологии. В прямой форме, продукт реакции катализирует своего формирования. В косвенной форме, называется положительной обратной связью (ПФЛ), продукт повышает путь один или более из первых шагов в этом пути.

В прямой форме автокатализа рассматривается на уровне отдельных молекул. Белки синтезируются как амино кислоты полимеры и другие белки, помощь в складные этой цепи активной конформации. Активные формы некоторых из этих белков катализировать свои складные и активации. Это конформационных автокатализа также может иметь пагубные последствия, такие, как посещение в прионных болезней, где неправильно упакованных формы белка вызывает аналогичные неправильного сворачивания.

Позитивные петли обратной связи наблюдается на клеточном и более широких масштабах. Некоторые белки образуют комплексы, которые привязаны к конкретным сайтов ДНК и повышению их собственного производства. PFLs часто участвуют в переключении сотовой государств, таких как превращение стволовых клеток для дифференцированных клеток в ответ на внеклеточные сигналы. Если переключение необратимого в ответ на временное изменение внеклеточной, переходных входной сигнал преобразуется в длительных изменений в ячейке государства. Это явление иногда называют клеточной памятью. Новой области синтетической биологии стремится разработать biocircuits, что изменение состояния в ответ на сигналы для использования в биосенсоры. Большинство синтетических конструкций представлены на сегодняшний день использование PFLs.

В многоклеточных масштаба, PFLs являются ключевыми элементами различных физиологических явлений, таких как воспаление, боль, свертывания крови, инсулин сигнализации, и структурообразования при развитии эмбриона. В людях, PFLs было показано, причиной эмоционального стресса, когда пробой поднимается выше порога, и может способствовать быстрой эскалации насилия в стрессовой ситуации. На местном уровне ряд наблюдаемых явлений, начиная с симбиотические отношения к росту государства и религии, можно рассматривать как продукт PFLs. На уровне экосистем, PFLs между дегляциации и в результате потепления объяснить внезапность дегляциации событий. Растительность моделей в полупустынных земель являются результатом положительной обратной связи между водой и растительностью.

С помощью прямого воздействия, такие как влияние температуры на сворачивание белков, или косвенные последствия в процессе эволюции, процесс, работающих на одной чаше весов находится под влиянием процессов номинально работает на других уровнях. Это означает, что для более полного понимания динамики биологических, изучение связанных автокаталитической процессами.

Инженеры-химики, хорошо оснащены для решения автокаталитических процессов в биологии. Biosystems выставки сложных сетей управления, которые могут быть изучены в контексте реакции химического машиностроения и процессов управления. Объединение между биологическими процессами подразделения в различных масштабах, могут быть исследованы в рамках разномасштабных явлений химической технологии. Теория и методы, разработанные при изучении реакции химического машиностроения, тепло-и массопереноса, а также процесс управления wellsuited для изучения биологических систем. Это обучение дает инженеров-химиков в уникальном положении, когда известно, пространство, необходимое для анализа биологических сетей реакции. Характеристики биосистем содержащие автокаталитической петли были определены с помощью математических моделей. Эти характеристики включают потенциал для нескольких устойчивых стационарных состояний, а способность надежно переключаться между физиологических состояний.

Другие процессы подразделения, такие как отрицательные обратные связи, сигнализации Упреждающее, транспорт, mechanotransduction и электрохимические или заряда регулирования, а также работать в системах, которые содержат автокаталитической петель. Все эти процессы блок функции при наличии внутренних и внешних источников шума. Таким образом, детерминированные и стохастические изучение связей, соединяющих различные процессы, устройство будет иметь важное значение для полного понимания функции автокаталитических петель.

Будущем проблема будет заключаться в разработке методики оценки последствий такого взаимодействия, с целью лучшего понимания динамики увлекательные экспозиции биологических систем. Лучше понять это также открывает возможность применения этих принципов в разработке надежной химической и биохимической обработки операций.

Chetan J. Gadgil и B. D. Kulkarni

Национальная химическая лаборатория

Совет по научным и промышленным исследованиям, Пуна, Индия