Определения и оценки реакций в моделях SimBiology

Реакция является математическим выражением, которые описывают преобразование, транспорт или процесс привязки, который изменяет одну или несколько разновидностей. Как правило, сумма разновидности изменяется посредством реакции.

В SimBiology^®, реакция представлена a reaction object, который имеет следующие свойства.

Reaction свойство — Математическое выражение, которое описывает реакцию
ReactionRate свойство — Математическое выражение, которое задает уровень, на котором реагенты объединяются, чтобы сформировать продукты. Можно предоставить эту информацию явным образом или использовать KineticLaw свойство заполнить эту информацию.
KineticLaw свойство — Объект, который задает закон об уровне, который задает тип скорости реакции. Примеры включают Henri-Михаэлиса-Ментен и Массовую акцию. Объект также задает species objects, или parameter objects. Это свойство является дополнительным. Это служит шаблоном для скорости реакции и обеспечивает удобный способ применить определенный закон об уровне к нескольким реакциям. Если вы используете это свойство, оно автоматически заполняет ReactionRate свойство.

Реакция ограничена по объему к модели.

Для получения информации о...	Смотрите...
Создание и добавление реакции на модель	`addreaction`
Методы и свойства реакции	`reaction object`
Создание и добавление кинетического закона к реакции	`addkineticlaw`
Методы и свойства кинетического закона	`KineticLaw object`

Запись выражений реакции

Используйте стандартное обозначение реакции химии, чтобы создать математическое выражение для реакции (Reaction свойство reaction object).

Следующее является правилами для записи выражений реакции:

Используйте пробелы до и после имен разновидностей и стехиометрических значений.
Значения стехиометрии должны быть положительными.
Если значение стехиометрии не задано, оно принято, чтобы быть 1.
В модели с одним отсеком задайте разновидности с помощью speciesName. В модели с несколькими отсеками задайте разновидности с помощью полностью определенных имен: compartmentName.speciesName. Например, nucleus.DNA обозначает разновидности DNA в отсеке nucleus.
Заключите имена с неалфавитно-цифровыми символами (включая пробелы) в скобках.
Реакции могут быть обратимыми (<->) или необратимый (->).

Примеры выражений реакции включают:

Creatine + ATP <-> ADP + phosphocreatine
glucose + 2 ADP + 2 Pi -> 2 lactic acid + 2 ATP + 2 H2O
cytoplasm.A -> nucleus.A
[compartment 1].[species A] -> [compartment 2].[species A]

Примечание

Те же разновидности могут использоваться многократно в списке реакций или продуктов. Выражение '2 A' эквивалентно 'A + A'.

Запись выражений скорости реакции явным образом

Используйте любой допустимый MATLAB^® код, чтобы создать математическое выражение для скорости реакции (ReactionRate свойство reaction object). Скорость реакции может задать отсеки, разновидности или параметры.

Следующее является правилами для записи выражений скорости реакции:

Выражение должно быть одним выражением MATLAB, которое возвращает скаляр.
В модели с одним отсеком задайте разновидности с помощью speciesName. В модели с несколькими отсеками задайте разновидности с помощью полностью определенных имен: compartmentName.speciesName. Например, nucleus.DNA обозначает разновидности DNA в отсеке nucleus.
Заключите имена с неалфавитно-цифровыми символами (включая пробелы) в скобках.
Не заканчивайте выражение скорости реакции ни одним следующим:
- Точка с запятой
- Запятая
- Тексту комментария предшествует %
- Продолжения линии обозначаются ...

Например, если у вас есть следующее выражение реакции:

Creatine + ATP <-> ADP + phosphocreatine

и реакция следует за Кинетикой действующих масс, затем выражение скорости реакции было бы:

K*Creatine*ATP - Krev*ADP*phosphocreatine

Совет

Если ваше выражение скорости реакции не непрерывно и дифференцируемо, смотрите Используя События, чтобы Обратиться к Разрывам в Выражениях Правила и Скорости реакции прежде, чем симулировать вашу модель.

Создание выражений скорости реакции Используя кинетические объекты закона

A KineticLaw object ограничен по объему к реакции и задает:

Закон об уровне, который задает тип скорости реакции. Примеры включают Henri-Михаэлиса-Ментен и Массовую акцию.
разновидности и параметры

KineticLaw object служит шаблоном для скорости реакции и обеспечивает удобный способ применить определенный закон об уровне к нескольким реакциям. Можно использовать этот объект создать скорость реакции, которая заполняет ReactionRate свойство reaction object.

Например, если вы создаете KineticLaw object это задает Henri-Михаэлиса-Ментен для KineticLawName, разновидности S, и параметры Vm и Km, закон о скорости реакции:

$V_{m} * S / (K_{m} + S)$

Затем, если вы создаете reaction object это задает предыдущий KineticLaw object и разновидности следующее выражение реакции:

A -> B

с Vm = Va и Km = Ka и S = A, затем уравнение скорости реакции:

$Va*A/(Ka + A)$

Примеры создания скоростей реакции

Пример создания реакции Нулевого Порядка

С реакцией нулевого порядка скорость реакции не зависит от концентрации реагентов. Примерами реакций нулевого порядка является синтез от null разновидности и моделирование исходной разновидности, которая добавляется к системе на заданном уровне.

     reaction: null -> P
reaction rate: k mole/second
      species: P =  0 mole
   parameters: k =  1 mole/second

Примечание

При определении null разновидности, скорость реакции должна быть задана в модулях суммы в единицу времени не концентрация в единицу времени.

Ввод реакции выше в программное обеспечение и симуляцию приводит к следующему результату:

Кинетика действующих масс нулевого порядка

Примечание

Если сумма реагента с кинетикой нулевого порядка достигает нуля перед концом симуляции, то сумма реагента может понизиться нуль независимо от решателя или погрешностей, которые вы устанавливаете.

Примеры создания других реакций

Для примеров создания других скоростей реакции смотрите, Задают Скорости реакции с Кинетикой действующих масс и Задают Скорости реакции с кинетикой Фермента.

Как оценены скорости реакции

Размерности скорости реакции

При вычислении потоков разновидностей SimBiology должен определить, задали ли вы скорости реакции в размерностях суммы/времени или концентрации/времени. Когда все отсеки в модели имеют вместимость один модуль, сумма и концентрация численно эквивалентны.

Для всех других моделей зависят числовые результаты симуляции, на которой интерпретации SimBiology выбирает. SimBiology определяет, является ли скорость реакции в размерностях суммы/времени или концентрации/времени через размерный анализ ReactionRate выражения. Этот минимальный уровень размерного анализа всегда происходит, даже когда DimensionalAnalysis и UnitConversion выключены.

DefaultSpeciesDimension свойство задает размерности разновидностей, появляющихся в скорости реакции. SimBiology выводит размерности параметров, появляющихся в скорости реакции от их ValueUnits свойство. Если какие-либо параметры, появляющиеся в выражении скорости реакции, не имеют модулей, SimBiology интерпретирует скорость реакции в размерностях суммы/времени. Поэтому единственный способ указать, что скорость реакции имеет размерности концентрации/времени, состоит в том, чтобы присвоить соответствующие модули всем параметрам.

Реакции, охватывающие несколько отсеков

Задайте реакции, которые охватывают отсеки с помощью синтаксиса compartment1Name.species1Name –> compartment2Name.species2Name. Размерности скорости реакции должны решить к сумме/времени, если любое из следующих условий верно:

Разновидности реагента находятся в различных отсеках.
Реакция является обратимой массовой акцией, и продукты находятся в нескольких отсеках.

Примечание

MassAction и Unknown кинетические законы могут иметь различные результаты симуляции, даже когда скорость реакции является тем же самым. Это может произойти, когда у вас есть обратимая реакция с разновидностями в различных отсеках. Различие в результатах симуляции из-за масштабирования объема, выполняемого SimBiology во время размерного анализа. Для получения дополнительной информации смотрите ОДУ Получения от Реакций. А именно, для MassAction, SimBiology использует соответствующие объемы отсека, чтобы умножить прямые и противоположные уровни. Однако для Unknown и другие встроенные кинетические законы, SimBiology умножает целый уровень только на один отсек, который содержит реагенты. Чтобы видеть точно, какие объемы отсека используются для масштабирования, использовать getequations или откройте представление Equations из приложения SimBiology и проверяйте раздел ODE.

Примеры

Считайте реакцию a + b —> c. Используя кинетику действующих масс, скоростью реакции является k*a*b, где k константа скорости реакции. Если вы указываете что начальные суммы a и b 0.01 molarity и 0.005 molarity соответственно, затем скорость реакции находится в концентрации/времени (и модули molarity/second) если модули k 1/(molarity*second). Если вы задаете k с другим эквивалентным модульным определением, например, 1/((moles/liter)*second), SimBiology проверяет, соответствуют ли физические количества. Если физические количества не соответствуют, вы видите ошибку, и модель не симулирована.

Если в предыдущем примере вы указываете что начальные суммы a и b 0.01 и 0.005 соответственно, не задавая модули, SimBiology проверяет ли DefaultSpeciesDimension substance или concentration. Если DefaultSpeciesDimension concentration, и вы устанавливаете модули на константе скорости, таким образом, что размерности скорости реакции решают к концентрации/времени, SimBiology масштабирует суммы разновидностей для способности отсека и возвращает значения разновидностей в концентрации.

Если вы задаете начальные суммы a и b как 0.01 molarity и 0.005 mole соответственно, включайте объем, масштабирующийся для b в выражении скорости реакции. Включайте объем, масштабирующийся в константу скорости, и установите модули константы скорости соответственно (1/(mole*second) для концентрации/времени или 1/(molarity*second) для суммы/времени).

Просмотр уравнений для реакций

Можно просмотреть систему уравнений, которую создает SimBiology, когда вы создаете модель с помощью выражений реакции. Для получения дополнительной информации, уравнения Модели вида на море.

Документация