基因表達(dá)過(guò)程中漲落與延遲作用機(jī)制的研究.pdf

1、合成生物學(xué)是生物科學(xué)在21世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新分支。利用合成生物學(xué)技術(shù)，人們可以在生物體系內(nèi)構(gòu)建人工基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并利用這些網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用或者進(jìn)行科學(xué)研究?；蜷_(kāi)關(guān)是一種重要的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，它可以實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)甚至多穩(wěn)特性?；蜷_(kāi)關(guān)體系的研究對(duì)理解細(xì)胞的同化現(xiàn)象或分化現(xiàn)象，有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　基因開(kāi)關(guān)涉及到亞細(xì)胞層次上的生物化學(xué)反應(yīng)。一方面，基因表達(dá)是典型的介觀生物反應(yīng)，其漲落效應(yīng)非常顯著;另一方面，基因表達(dá)過(guò)程中存在明

2、顯的時(shí)間尺度分離，例如蛋白質(zhì)的二聚反應(yīng)、蛋白質(zhì)和基因的結(jié)合、解離反應(yīng)等都是典型的快反應(yīng)，而轉(zhuǎn)錄和翻譯蛋白的過(guò)程是明顯的慢反應(yīng)。轉(zhuǎn)錄和翻譯作為基因表達(dá)必不可少的兩個(gè)階段，不僅慢而且涉及一系列的基元反應(yīng)，它們被認(rèn)為是延遲反應(yīng)。因此，基因開(kāi)關(guān)體系中延遲作用是不可忽視的。雖然人們已經(jīng)非常詳細(xì)的研究了漲落對(duì)基因開(kāi)關(guān)穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)的作用，但是延遲作用于基因開(kāi)關(guān)穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)的研究還不是很深入。
　　本文，我們采用延遲隨機(jī)模擬方法進(jìn)行研究基因調(diào)控網(wǎng)

3、絡(luò)的主要模塊—基因開(kāi)關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)體系位于共存態(tài)（高表達(dá)態(tài)（蛋白質(zhì)A或蛋白質(zhì)B表達(dá)較高的狀態(tài)）與低表達(dá)態(tài)（蛋白質(zhì)A和蛋白質(zhì)B都表達(dá)較少的狀態(tài)）共存），在延遲的影響下，共存態(tài)中的高表達(dá)態(tài)或低表達(dá)態(tài)會(huì)被抑制。另外，我們還觀察到一個(gè)臨界點(diǎn):即（αc，τc）。當(dāng)延遲時(shí)間τ＜τc，我們可以看到一個(gè)順序的轉(zhuǎn)變過(guò)程:從高表達(dá)態(tài)到共存態(tài)的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步從共存態(tài)到低表達(dá)態(tài)的轉(zhuǎn)變。當(dāng)延遲時(shí)間τ＞τc，高表達(dá)態(tài)與低表達(dá)態(tài)能夠相互轉(zhuǎn)變。由于基因開(kāi)關(guān)調(diào)控過(guò)程中存