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利用电学类比法将代谢网络中的收益递减规律形式化。

Formalizing the law of diminishing returns in metabolic networks using an electrical analogy.

作者信息

Petrizzelli Marianyela, Coton Charlotte, de Vienne Dominique

机构信息

Université Paris-Saclay, Gif-sur-Yvette 91190, France.

出版信息

R Soc Open Sci. 2024 Oct 2;11(10):240165. doi: 10.1098/rsos.240165. eCollection 2024 Oct.

DOI:10.1098/rsos.240165
PMID:39359456
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11444769/
Abstract

The way biological systems respond to changes in parameter values caused by mutations is a key issue in evolution and quantitative genetics, as it affects fundamental aspects such as adaptation, selective neutrality, robustness, optimality, evolutionary equilibria, etc. We address this question using the enzyme-flux relationship in a metabolic network as a model of the genotype-phenotype relationship. The lack of a suitable mathematical tool from biochemical theory to investigate this relationship led us to use an analogy between electrical circuits and metabolic networks with uni-uni reactions. We show that a behaviour of diminishing returns, which is commonly observed at various phenotypic levels, is inevitable, irrespective of the complexity of the system. We also present a possible generalization to metabolic networks with both uni-uni and bi-bi reactions.

摘要

生物系统对由突变引起的参数值变化的响应方式是进化和数量遗传学中的一个关键问题,因为它影响适应性、选择中性、稳健性、最优性、进化平衡等基本方面。我们以代谢网络中的酶通量关系作为基因型-表型关系的模型来解决这个问题。由于缺乏来自生化理论的合适数学工具来研究这种关系,我们使用具有单底物单产物反应的电路与代谢网络之间的类比。我们表明,在各种表型水平上普遍观察到的收益递减行为是不可避免的,与系统的复杂性无关。我们还提出了对具有单底物单产物和双底物双产物反应的代谢网络的一种可能的推广。

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