COPASI - Complex Pathway Simulator

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "COPASI - Complex Pathway Simulator"

Αθορ Κορωναίος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

Username: biotech Password: applbiot1 COPASI - Complex Pathway Simulator Λογισμικό για την προσομείωση και ανάλυση βιοχημικών δικτύων Ελεύθερη χρήση Χαρακτηριστικά Προσομείωση χρονικής μεταβολής σε

1 Username: biotech Password: applbiot1 COPASI - Complex Pathway Simulator Λογισμικό για την προσομείωση και ανάλυση βιοχημικών δικτύων Ελεύθερη χρήση Χαρακτηριστικά Προσομείωση χρονικής μεταβολής σε στοχαστικά (stochastic) και ντετερμινιστικά δεδομένα (deterministic) Ανάλυση μόνιμης κατάστασης Ανάλυση μεταβολικού ελέγχου/ ανάλυση ευαισθησίας Εκτίμηση παραμέτρων χρησιμοποιώντας δεδομένα χρονικής μεταβολής (time course) και/ή μόνιμης κατάστασης (steady state) απαντήσεων: applbiotlabntua@gmail.com

1 η ΑΣΚΗΣΗ ΕΝΖΥΜΙΚΗ ΒΙΟΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΑΠΟ ΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ (Mετατροπή του υποστρώματος Α στο προϊόν Β) Αex R1 Αin Κύτταρο (Cell) R2 Bin R3 Bex όπου Α και Β υπόστρωμα και προϊόν, ενώ οι ενδείξεις in και

2 1 η ΑΣΚΗΣΗ ΕΝΖΥΜΙΚΗ ΒΙΟΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΑΠΟ ΜΙΚΡΟΒΙΑΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ (Mετατροπή του υποστρώματος Α στο προϊόν Β) Αex R1 Αin Κύτταρο (Cell) R2 Bin R3 Bex όπου Α και Β υπόστρωμα και προϊόν, ενώ οι ενδείξεις in και ex αντιστοιχούν σε εσωκυτταρική και εξωκυτταρική συγκέντρωση, αντίστοιχα Περιβάλλον (Environment) Οι αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα είναι οι ακόλουθες: Αex Ain Είσοδος του υποστρώματος στο εσωτερικό του κυττάρου (αντίδραση R1, κινητική 1 ης τάξης, Mass action irreversible) Αin Bin Ενζυμική μετατροπή του υποστρώματος σε προϊόν (R2, κινητική Michaelis-Menten) Bin Bex Έξοδος του προϊόντος από το κύτταρο (αντίδραση R3, κινητική 1 ης τάξης, Mass action irreversible)

3 Οι παραμέτροι προς παρακολούθηση για το συγκεκριμένο μοντέλο είναι (a) ο χρόνος (Time) συναρτήσει των μεταβατικών συγκεντρλωσεων (Transient Concentrations) [Ain]t, [Aex]t, [Βin]t και [Βex]t (b) ο χρόνος (Time) συναρτήσει των ροών των αντιδράσεων (Reaction Fluxes) (R1).Flux, (R2).Flux και (R3).Flux

4 Προσδιορισμός του μοντέλου (1/7) 1. Καθορισμός των διαμερισμάτων (Compartments) του μοντέλου (Αριθμός διαμερισμάτων: 2, Κύτταρο-Περιβάλλον) Model -> Biochemical-> Compartments Οι α/α εισάγονται αυτόματα διευκρινίζει πως καθορίζεται ο όγκος ενός διαμερίσματος Όγκος του διαμερίσματος πριν (initial volume) και μετά (volume) τους υπολογισμούς που πραγματοποιεί το πρόγραμμα κάθε φορά # Name Type Initial volume (ml) Volume (ml) Rate (ml/s) 1 Cell fixed 1 nan 0 2 Environment fixed 1 nan 0 Initial expression (ml) Expression (ml or ml/s) δείχνει το ρυθμό μεταβολής του διαμερίσματος (έχει οριστεί από έναν μαθηματικό υπολογισμό) μαθηματικές εκφράσεις που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του αρχικού όγκου του διαμερίσματος και του μεταβλητού αντίστοιχα

5 2. Ορισμός των αντιδράσεων (Reactions) του μοντέλου Model -> Biochemical-> Reactions Προσδιορισμός του μοντέλου (2/7) Aμφίδρομη αντίδραση προσδιορίζεται με το = Μονόδρομη αντίδραση προσδιορίζεται με τη βοήθεια των συμβόλων και > σε σειρά -> ΠΡΟΣΟΧΗ : τα ονόματα των ειδών (αντιδρώντα-προϊόντα) πρέπει να διαχωρίζονται με κενά από τα σύμβολα αντίδρασης (+, =, και ->) # Name Reaction Rate Law Flux (mmol/s) 1 R1 Aex -> Ain Mass action (irreversible) 0 2 R2 Ain -> Bin Henri-Michaelis-Menten (irreversible) 3 R2 Bin -> Bex Mass action (irreversible) 0 0 Οι σταθερές πρέπει να λάβουν τις ακόλουθες τιμές: R1: k1=0.1 (Mass action irreversible) R2: Km=1, V=1 (Henri Michaelis-Menten) R3: k1=0.1 (Mass action irreversible)

6 Προσδιορισμός του μοντέλου (3/7) 2. Ορισμός των αντιδράσεων (Reactions) του μοντέλου Οι 3 αντιδράσεις Κινητική αντίδρασης Κινητικές παράμετροι

7 Προσδιορισμός του μοντέλου (4/7) 3. Ορισμός των «ειδών» (Species) του μοντέλου Model -> Biochemical-> Species Αφού οριστούν οι αντιδράσεις, στο μενού Species έχουν καθοριστεί αυτομάτως και οι εμπλεκόμενοι μεταβολίτες. Οι 4 μεταβολίτες του μοντέλου Προσοχή στην επιλογή διαμερίσματος για κάθε μεταβολίτη Αρχική συγκέντρωση του μεταβολίτη Επιλογή reactions: η συγκέντρωση/ποσότητα του είδους προσδιορίζεται από την κινητική έκφραση των αντιδράσεων

8 Προσδιορισμός του μοντέλου (5/7) 3. Ορισμός των «ειδών» (Species) του μοντέλου Simulation Type (τύπος προσομοίωσης) Simulation Type Reactions (Αντιδράσεις) Fixed (Σταθερά) Assignment (Ανάθεση) Ode (Οrdinary differential equation) (Συνήθης διαφορική εξίσωση) Περιγραφή Η συγκέντρωση/ποσότητα του είδους προσδιορίζεται από τους κινητικούς νόμους των αντιδράσεων Η συγκέντρωση/ποσότητα ενός είδους έχει μία σταθερή τιμή (η οποία αντιστοιχεί στην αρχική τιμή) Η συγκέντρωση/ποσότητα ενός είδους προσδιορίζεται από δοθείσα μαθηματική έκφραση Ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης/ποσότητας ενός είδους προσδιορίζεται από μία συνήθη διαφορική εξίσωση

9 Προσδιορισμός του μοντέλου (6/7) 3. Ορισμός των «ειδών» (Species) του μοντέλου Ορίζονται οι αρχικές συγκεντρώσεις των μεταβολιτών καθώς και το διαμέρισμα στο οποίο εντοπίζονται με βάση τα δεδομένα του παρακάτω πίνακα: Name Compartment Type Initial Concentration (mmol/ml) Aex Environment reactions 10 Ain Cell reactions 0 Bin Cell reactions 0 Bex Environment reactions 0

10 Προσδιορισμός του μοντέλου (7/7) 4. Tελικός έλεγχος του μοντέλου Model -> Biochemical-> Parameter Overview Από την επιλογή Model -> Biochemical -> Parameter Overview πραγματοποιείται ο τελικός έλεγχος του μοντέλου που δημιουργήθηκε. 5. Αποθήκευση μοντέλου (File -> Save as)

11 Επιλογή προσομοίωσης (1/4) 1. Επιλογή τρόπου προσομοίωσης Τasks -> Time Course Χρόνος προσομοίωσης (10 s) Διαστήματα δειγματοληψίας (50)

12 Επιλογή προσομοίωσης (2/4) 2. Δημιουργίας διαγραμμάτων (Plots) των μεταβατικών συγκεντρώσεων και των ροών σε συνάρτηση με το χρόνο Output Specifications -> Plots # Name Number of curves Active 1 Plot 1 2 Plot 2 Plot 1: Time vs Transient Concentrations των [Ain]t, [Aex]t, [Βin]t και [Βex]t

13 Επιλογή προσομοίωσης (3/4) Plot 2: Time vs Reaction Fluxes (R1).Flux, (R2).Flux και (R3).Flux

14 Επιλογή προσομοίωσης (4/4) Τasks -> Time Course Χρόνος προσομοίωσης (10 s) Διαστήματα δειγματοληψείας (50)

15 Αποτελέσματα ΕΡΩΤΗΣH Ποια η συγκέντρωση των μεταβολιτών σε χρόνο 10 sec; (δείτε Τime course - >Result) Έχει καταναλωθεί το υπόστρωμα (Aex) στο χρονικό διάστημα που διαρκεί η προσομοίωση; (δείτε Τime course ->Result ή Plot 1) # Time Aex Αin Bin Bex 10 s Αρχική συγκέντρωση Αex: 10 mmol/ml

16 Αποτελέσματα ΕΡΩΤΗΣH Αυξήστε το χρόνο της προσομοίωσης τόσο ώστε το σύστημα να βρεθεί σε σταθερή κατάσταση και καταγράψτε τις τιμές των συγκεντρώσεων των μεταβολιτών. Χρόνος προσομοίωσης (10 s) # Time (s) Aex Αin Bin Bex 60 s Χρόνος προσομοίωσης (60 s) # Time Aex Ain Bin Bex 10 s

17 Αποτελέσματα ΕΡΩΤΗΣH Mελετήστε τις μεταβατικές συγκεντρώσεις των μεταβολιτών Ain, Aex, Bin, και τη ροή (R1).Flux. Παρουσιάζει ομοιότητες η καμπύλη της μεταβολής του (R1).Flux με την καμπύλη κάποιου μεταβολίτη και γιατί; Υπάρχει αντίστοιχη ομοιότητα για τις ροές (R2).Flux και (R3).Flux με κάποιον από τους μεταβολίτες Ain, Aex, Bin και Bex; Aex (R1).Flux Bin (R3).Flux

18 Αποτελέσματα ΕΡΩΤΗΣH Πώς μπορεί να προσομοιωθεί η συνθήκη στην οποία για κάποιο λόγο το προϊόν σταματά να εξέρχεται από το κύτταρο; Στην περίπτωση αυτή ποιές οι τελικές συγκεντρώσεις του προϊόντος Β στο κύτταρο (Βin) και στο περιβάλλον (Bex); Model -> Biochemical-> Species -> Bex -> ki = 0 Bin: mmol/l Bex: mmol/l Bin: mmol/L Bex: 0 mmol/l

19 Αποτελέσματα ΕΡΩΤΗΣH Επαναφέρατε τις τιμές των μεταβλητών και τις παραμέτρους που ίσχυαν πριν την τελευταία δραστηριότητα. Ενεργοποιείστε την προσομοίωση για χρόνο 60 sec. Ποιες οι μέγιστες συγκεντρώσεις των μεταβολιτών Α και Β που παρατηρήθηκαν κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης στο εσωτερικό του κυττάρου; Συγκρίνετε τις προηγούμενες τιμές με τις αντίστοιχες τιμές που προκύπτουν αν η αντίδραση εξόδου του Β από το κύτταρο είναι διεκολυνόμενη από διαμεμβρανικό ένζυμο που ακολουθεί κινητική Henri Michaelis- Menten με τιμές σταθερών Km=1, V=10. Σχολιάστε. # Time Ain (mmol/l) 4.8 s # Time Bin (mmol/l) 13.2 s # Time Ain (mmol/l) 4.8 s # Time Bin (mmol/l) 4.8 s όταν η R3 ακολουθεί κινητική 1 ης τάξης όταν η R3 ακολουθεί κινητική Henri Michaelis- Menten

Σχετικά έγγραφα

COPASI - Complex Pathway Simulator

Username: biotech Password: applbiot1 COPASI - Complex Pathway Simulator Λογισμικό για την προσομείωση και ανάλυση βιοχημικών δικτύων Ελεύθερη χρήση Χαρακτηριστικά Προσομείωση χρονικής μεταβολής σε στοχαστικά