Protein sequestration versus Hill-type repression in circadian clock models
生物钟是一种自我维持的内源性振荡器，生物体通过它来跟踪每天和季节的时间。生物钟经常依赖于互锁的转录-翻译反馈回路来产生对内在和外在扰动稳健的节律。为了研究生物钟中细胞内反馈回路的动力学和机制，已经建立了许多数学模型。大多数模型使用希尔函数来描述转录抑制的方式是类似的古德温模型。最近，引入了一类新的基于蛋白质螯合的阻遏模型。在这里，我们讨论了这类新的模型显着不同于那些基于希尔型镇压在几个基本方面：节奏生成的条件，强大的网络设计和耦合振荡器的周期。一致的，这些基本性质的生物钟也不同脉孢菌，果蝇，和哺乳动物取决于其关键的转录抑制机制（希尔型抑制或蛋白质螯合）。本文从理论和实验两个方面综述了分子生物钟中转录抑制机制模型的重要性。
2016-04-12 physics.bio-ph q-bio.MN
Promoter methylation in a mixed feedback loop circadian clock model
我们介绍和分析的扩展的混合反馈回路模型的弗朗索瓦和哈基姆。我们的扩展包括一个额外的启动子状态，并允许可逆的蛋白质螯合，这是缺乏从混合反馈环模型的原始研究。受将DNA甲基化与昼夜节律基因表达联系起来的实验观察的启发，我们使用扩展模型来研究DNA甲基化在哺乳动物昼夜节律钟中的作用。我们扩展了弗朗索瓦和哈基姆的扰动分析，以确定甲基化如何影响振荡的存在和周期性。我们推导出一个修正的Goodwin振荡器模型作为近似，表明虽然甲基化有助于周期控制，过度甲基化可以取消节律性。
2021-09-01 q-bio.MN
Biological Circuits: Analysis of a Biological Oscillator
利用KaiA、KaiB和KaiC三种蛋白质可以在体外重构蓝藻中发现的简单昼夜振荡器。KaiC的总磷酸化水平随昼夜节律周期振荡。最近的实验阐明了蓝藻昼夜节律振荡器的结构和功能，它是由阳光强度变化，因此由地球的旋转驱动。本文从实验数据直接导出了振子的运动方程，并将其与地球自转耦合，计算了振子的固有周期和共振曲线。最后，我们提出了使用量子电路，能够描述振荡器的功能。
2012-03-08 physics.class-ph q-bio.MN quant-ph
Discrete gene replication events drive coupling between the cell cycle and circadian clocks
许多生物体既有控制DNA复制的细胞周期，又有预测昼夜变化的生物钟。在某些情况下，已知这两个节律系统通过特定的交叉调节相互作用耦合。在这里，我们使用数学建模来表明，此外，细胞周期一般以非特异性方式影响生物钟：细胞周期期间DNA复制引起的基因拷贝数的定期离散跳跃导致生物钟的周期性驱动，这可以显著改变其行为并损害其功能。建立在负转录反馈上的生物钟要么与细胞周期相位锁定，从而时钟周期跟踪细胞分裂时间，要么表现出不稳定的行为。我们认为，蓝细菌Synechococcus elongatus已经进化出两个特征来保护其生物钟免受这种干扰，这两个特征都是使其完全与细胞周期隔离并使其具有观察到的鲁棒性所必需的：基于磷酸化的蛋白质修饰振荡器，连同其伴随的主要响应于不同磷酸形式的比率的推挽读出电路，使生物钟不易受到蛋白质合成干扰的影响;同一条染色体的多个异步复制副本的存在减少了复制基因的任何单个副本的效果。
2015-10-20 q-bio.MN
Optimal implementations for reliable circadian clocks
昼夜节律是通过进化获得的，通过与日光周期同步来增加生存的机会。可靠的同步是通过两个权衡属性来实现的：精确保持时间的规则性，以及将内部时间与日光同步的可重复性。我们发现，通过使用具有多个输入的相位模型，实现规律性和可重复性的最大限度需要昼夜节律机制的许多固有特征。在分子水平上，我们证明了两个光输入，相位提前和延迟，以及在哺乳动物中观察到的作用共享。在行为层面，最佳相位响应曲线不可避免地包含一个死区，在此期间，光脉冲既不提前也不延迟时钟。我们再现了两种类型的周期性光脉冲夹带的相位控制实验的结果。我们的研究结果表明，生物钟是经过进化而设计的最佳可靠时钟。
2014-08-17 physics.bio-ph q-bio.MN
Robust and flexible response of Ostreococcus tauri circadian clock to light/dark cycles of varying photoperiod
绿色显微镜下的金牛星链球菌（Ostreococcus tauri）最近成为一种很有前途的模型，可以用来了解生物钟如何在天气和季节变化的情况下与昼夜周期同步，生物钟驱动着许多生物体的日常生物节律。在这里，我们分析了翻译报告时间序列数据的中心时钟基因CCA 1和TOC 1为广泛的日光持续时间（光周期）。时间剖面随白天持续时间的变化是复杂的，两个演员跟踪一天中的不同时刻。然而，所有的配置文件准确地再现了一个简单的两个基因的转录环模型，其参数受光的影响，只有通过光周期值。我们表明，这种非直观的行为允许生物钟结合灵活性和鲁棒性日光波动。
2011-12-30 q-bio.MN q-bio.QM
A Comprehensive Review of Casein Kinase 2 in Drosophila Circadian Timing and Its Biomedical Relevance
Sam Higginbottom Institute of Agriculture, Technology and Sciences（萨姆·希金博瑟姆农业、技术与科学学院）；Dasman Diabetes Institute（达斯曼糖尿病研究所）
本研究综述了Casein Kinase 2在果蝇昼夜节律中的作用及其在生物医学中的相关性，探讨了CK2对PER蛋白的调节及其对健康的影响。
2025-12-02 q-bio.MN q-bio.SC
Circadian clocks optimally adapt to sunlight for reliable synchronization
昼夜节律振荡通过与日光周期同步而提供选择优势。然而，一个可靠的时钟必须通过两个相互冲突的属性来设计：使内部时间与周期性刺激（如阳光）同步的可重复性，以及以精确周期振荡的规律性。这两个方面不容易共存，因为更好的可重复性有利于更高的灵敏度，这可能会牺牲规则性。为了研究满足这两个属性的条件，我们用变分法解析计算了最佳相位响应曲线。我们的结果表明存在一个死区，即，输入激励既不使时钟提前也不使时钟延迟的时间段。只有当输入刺激服从实际太阳辐射的时间过程时，才会出现死区，但简单的正弦曲线不会产生死区。我们的计算表明，每一个具有死区的生物钟都能最佳地适应日光周期。
2013-11-23 physics.bio-ph q-bio.MN
Robust circadian clocks from coupled protein modification and transcription-translation cycles
蓝细菌Synechococcus elongatus使用蛋白质磷酸化循环和转录-翻译循环来产生对生化噪声高度鲁棒的昼夜节律。我们使用随机模拟来分析这些周期如何相互作用，以在生长，分裂细胞中产生稳定的节奏。我们发现，蛋白质磷酸化循环本身是强大的蛋白质周转率低时。然而，对于高衰减或稀释速率（和补偿合成速率），基于磷酸化的振荡器失去其完整性。因此，当生长速率以及因此蛋白质稀释的速率足够高时，不能单独用磷酸化循环产生昼夜节律;在实践中，当细胞倍增时间下降到24小时时钟周期以下时，纯粹的翻译后时钟停止良好地起作用。在较高的生长速率下，转录-翻译周期对于产生强大的昼夜节律变得至关重要。有趣的是，虽然转录-翻译循环对于维持高生长速率的磷酸化循环是必要的，但磷酸化循环可以在较低的蛋白质衰变或稀释速率下显著增强转录-翻译循环的稳健性。因此，我们的分析预测，这两个周期都需要在整个生长条件下产生强大的昼夜节律。
2010-04-16 q-bio.MN
Influence of photic perturbations on circadian rhythms
生物钟是生物体适应日常节律的分子机制。环境条件的振荡和波动通过信号通路调节生物钟。研究了由5个多反馈非线性时滞微分方程组成的生物钟最小分子网络模型对连续光扰动的响应。我们建模的扰动作为一个平稳的随机过程，我们认为由此产生的轨迹的不可逆性的相互作用的一个关键影响。特别是，我们采取了措施的相互映射的不可逆性的时间序列热力学框架，我们发现12小时谐波。
2019-03-25 physics.bio-ph q-bio.MN
Digital clocks: simple Boolean models can quantitatively describe circadian systems
构成生物钟的基因网络在一系列尺度上调节生物功能，从基因表达到表现和适应行为。生物钟的功能是产生内源性的节奏，这些节奏可以被带入外部的24小时一天。夜间循环，使生物体能够最佳地定时相对于黎明和黄昏的生化过程。近年来，基于微分方程的计算模型已经成为解剖和量化时钟振荡动力学背后的复杂调节关系的有用工具。然而，优化这些模型的大参数集特性对计算和实验资源都有很高的要求，限制了计算机模拟研究的范围。在这里，我们开发了一种基于布尔逻辑的方法，大大减少了参数化，使状态和参数空间有限和易于处理。我们介绍了有效的方法拟合布尔模型的分子数据，成功地证明了它们的应用程序所产生的一些既定的时钟模型合成的时间进程，以及使用荧光素酶成像测量的实验表达水平。我们的研究结果表明，尽管它们相对简单，逻辑模型可以（i）模拟昼夜节律振荡与正确的，实验观察到的基因之间的相位关系和（ii）灵活地夹带到光刺激，再现复杂的反应所产生的更详细的微分方程公式的日照长度的变化。我们的工作还表明，逻辑模型有足够的预测能力，以确定最佳的监管结构，从实验数据。通过介绍第一个布尔模型的昼夜节律电路与一般技术，其优化，我们希望建立一个新的框架，复杂的时钟的系统建模。
2012-10-24 q-bio.CB q-bio.MN q-bio.QM
The self-tuned sensitivity of circadian clocks
生物体需要对不断变化的环境敏感，同时也要忽略无意义的环境波动。在这里，我们表明，在\textit{Synechococcus elongatus}的生物钟可以自然地调整其环境的敏感性，通过在最近的实验中量化的时钟代谢耦合。代谢偶联可以检测到生物钟预测与昼夜光周期之间的不匹配，并暂时提高生物钟对光变化的敏感性，从而更快地进行控制。我们还分析了类似的行为，在最近的实验中切换缓慢和快速的渗透胁迫反应途径在酵母。在这两种情况下，细胞可以在频繁的挑战性压力时期提高对新外部信息的敏感性，就像信号处理中具有自适应增益的卡尔曼滤波器一样。我们的工作提出了一类新的实验，探索生物物理传感机制的环境敏感性的历史依赖性。
2019-03-17 physics.bio-ph q-bio.MN
Circadian output network can buffer period variability
Faculty of Design, Kyushu University（九州大学设计学院）
本研究通过数值模拟发现，昼夜节律核心振荡器下游的输出网络能够主动降低周期波动，其中最短路径长度是提高振荡精度的关键因素。
2026-06-23 q-bio.MN
Enhanced precision of circadian rhythm by output system
昼夜节律是大约24小时的生物节律，即使在没有环境每日线索的恒定条件下也会持续存在。分子生物钟机制产生的生理节律，可以传递到下游的输出系统。由于生物化学反应的随机性，个体生物体或细胞表现出的昼夜节律的振荡周期在每天的基础上不是恒定的，其变化系数高达10%。虽然昼夜节律的波动是通过生物发光或荧光等报告分子测量的，但通过实验确认报告分子系统中发现的波动是否与时钟本身中的波动相同具有挑战性。本研究以数值与解析的方式探讨生物钟与其输出系统的耦合系统，并比较两个系统振荡周期的波动。我们发现，当负责输出系统的分子的降解速率处于典型值时，输出系统中的波动量小于生物钟中的波动量。所获得的结果意味着输出系统提高了昼夜节律的准确性，而不需要任何特殊的去噪过程。
2022-10-04 nlin.AO q-bio.MN
Robustness of circadian clocks to daylight fluctuations: hints from the picoeucaryote Ostreococcus tauri
生物学中系统方法的发展强调识别其行为可以精确建模的遗传模块，以便深入了解其结构和功能。然而，细胞中的大多数基因电路是在外部信号的控制下，因此实验数据和数学模型之间的定量一致性是困难的。昼夜节律生物学是一个值得注意的例外：从蓝藻到植物和哺乳动物，已经为一些生物体构建了内部时钟的定量模型，这些生物钟在24小时的昼夜循环中协调生物过程。在大多数情况下，已经证明了具有互锁反馈回路的复杂架构。在这里，我们提出了第一个模拟结果的生物钟的绿色单细胞的Tauri Ostreococcus。两个植物样的时钟基因已被证明在Ostreococcus时钟中发挥核心作用。我们发现，它们的表达时间曲线可以准确地复制一个最小模型的两个基因的转录反馈回路。值得注意的是，最好的调整下记录的数据得到的光/暗交替时，假设振荡器是不耦合到昼夜周期。这表明，耦合到光被限制在特定的时间间隔，并没有动力学效应时，振荡器是由昼夜周期夹带。这种内在属性可能反映了一种策略，以尽量减少日光强度波动对核心昼夜节律振荡器的影响，这是一种在评估昼夜节律钟的鲁棒性时很少考虑的扰动。
2010-07-16 q-bio.MN q-bio.QM
When lowering temperature, the in vivo circadian clock in cyanobacteria follows and surpasses the in vitro protein clock trough the Hopf bifurcation
该研究通过延时荧光成像和 Stuart-Landau 分析，证明蓝藻体内钟与 KaiC 体外蛋白钟在降温时均经历超临界 Hopf 分岔，并提出解释其参数温度依赖的反馈模型。
2024-09-09 physics.bio-ph q-bio.MN
Waveforms of molecular oscillations reveal circadian timekeeping mechanisms
生物钟在协调许多生理和发育事件中起着关键作用。蛋白质丰度振荡的波形形状可以提供关于生物钟的潜在生化过程的信息。我们推导出一个数学框架，其中波形确实揭示了昼夜节律计时的隐藏生化机制。我们发现，随着时间的推移，有节奏的蛋白质半衰期可以大大降低合成具有特定波形的蛋白质的成本，这一点得到了以前的植物和哺乳动物数据以及我们自己的幼苗实验的支持。我们还发现，以前神秘的，周期性表达的哺乳动物和昆虫的时钟内的正臂组件允许蛋白质波形和对称性的波形的峰值时间之间的宽范围的峰值时间差。这种不同的峰值时间差异可以促进组织特异性或发育阶段特异性的多细胞过程。我们的波形引导的方法可以扩展到各种生物振荡器，包括细胞周期和合成的遗传振荡器。
2018-11-26 nlin.AO physics.bio-ph q-bio.MN
Optimal entrainment of circadian clocks in the presence of noise
生物钟是生物化学振荡器，允许生物体估计一天中的时间。由于反应物的离散性质和它们相互作用的随机特性，这些振荡器固有地有噪声。为了在噪声存在的情况下保持这些振荡器与日常昼夜节律同步，生物钟必须与明暗周期相结合。在这篇手稿中，我们研究了夹带的相位振荡器作为系统中的固有噪声的函数。使用随机模拟，我们计算的最佳耦合强度，固有频率和形状的相位响应曲线，最大限度地提高时钟的相位和时间之间的互信息。我们发现，最佳耦合强度和固有频率随噪声的增加，但相位响应曲线的形状随噪声的非单调变化：在低噪声制度，它具有一个死区，随着噪声的增加，宽度增加，而在高噪声制度，宽度随噪声减小。这些结果来自于最大化稳定性（噪声抑制）与最大化输入-输出（即时间-相位）关系的线性度之间的权衡。我们还表明，三个解析近似-线性噪声近似，相位平均法，线性响应理论-准确地描述不同的制度的耦合强度和噪声。
2017-06-07 physics.bio-ph q-bio.MN
Complementary approaches to understanding the plant circadian clock
生物钟是一种振荡的遗传网络，帮助生物体适应24小时的昼夜循环。绿色的Tauri Ostreococcus tauri的时钟是迄今为止发现的最简单的植物时钟。作为一个实验系统，它的许多优点有利于测试计算预测。我们提出了一个模型的Ostreococcus时钟的随机过程代数生物PEPA，并利用其映射到不同的分析技术，如常微分方程，随机模拟算法和模型检查。该系统的分子数量少，测试了微分方程连续近似的极限。我们研究连续确定性和离散随机方法之间的差异。随机模拟和模型检查使我们能够制定新的假设系统的行为，如在恒定的光照条件下，在单细胞中的自我维持振荡的存在。我们研究如何在模型检查的背景下对黎明和黄昏的时间进行建模，我们使用模型检查来计算关键生化物质的概率分布如何随时间变化。这些表明表达水平的相对变化在峰值表达时最小，使得峰值时间成为最佳实验阶段标记。在这些分析的基础上，我们使用进化系统生物学的方法来研究mRNA降解速率的变化如何影响可能影响适应性的关键蛋白质的阶段。我们探讨如何强大的生物钟是对这种潜在的突变变化，其基础生物化学。我们的工作表明，多种方法可以更全面地了解时钟。
2010-02-24 cs.CE cs.MS q-bio.MN
A Thermodynamically consistent model of the post-translational Kai circadian clock
蓝细菌S. elongatus是由三种蛋白质KaiA、KaiB和KaiC组成的蛋白质磷酸化循环。KaiC形成同六聚体，每个单体由两个结构域Cl和CII组成。这两个结构域都可以结合和水解ATP，但只有CII结构域可以在两个残基处以明确定义的序列磷酸化。虽然这个系统已经被广泛研究，但时钟如何被驱动仍然是难以捉摸的。受最近的实验观察和以前的数学模型的思想的启发，我们提出了一个新的，一致的，物理力学模型的时钟。其核心是两个主要思想：i）Cl结构域中的ATP水解为时钟提供热力学驱动力，使KaiC在其磷酸化水平趋于上升的活性构象状态和其磷酸化水平趋于下降的非活性构象状态之间切换; ii）CII结构域的磷酸化为Cl结构域中的水解提供计时器。该模型还自然地解释了KaiA如何通过充当核苷酸交换因子来刺激KaiC的磷酸化，以及KaiA对不同KaiC磷酸化形式的差异亲和力如何产生KaiC磷酸化的特征时间顺序。随着CII结构域中磷酸化水平的升高，ADP从CI的释放减慢，使得KaiC的非活性构象状态更加稳定。在失活状态下，KaiC结合KaiB，这不仅进一步稳定了这种状态，而且还导致KaiA的螯合，从而导致KaiC去磷酸化。使用一个专用的动力学蒙特卡罗算法，我们表明，该模型可以描述丰富的实验数据。
2016-12-08 physics.bio-ph q-bio.MN q-bio.QM
Circadian Clock Model with Sequestration Repression Motif: Existence of Periodic Orbits and Entrainment Properties
本文研究具有蛋白质隔离基序的哺乳动物生物钟模型，利用时间尺度分离证明周期轨道存在，并揭示该基序诱导的特定相位响应曲线及与Goodwin振荡器相比的鲁棒性优势。
2025-06-04 math.DS q-bio.MN q-bio.QM
Mathematical models of the Arabidopsis circadian oscillator
本文综述拟南芥昼夜节律钟数学模型的发展，分为扩展与简化两个阶段，并讨论空间与环境因素整合的挑战，强调模型需平衡分子细节与实用性。
2024-05-28 nlin.PS physics.bio-ph q-bio.MN
The accuracy of telling time via oscillatory signals
昼夜节律钟是生命的核心计时器，使细胞能够预测白天和黑夜之间的变化。近年来的实验表明，生物钟可以高度稳定，这就提出了一个问题，即它们的可靠性如何。在这里，我们将数学建模与信息论相结合，以解决细胞如何准确地从生物钟驱动的蛋白质振荡集合中推断时间的问题。我们表明，精度的增加与振荡的数量和它们的振幅相对于它们的噪声。我们的分析还表明，它们存在一个最佳的相位关系，使时间估计的误差最小化，这取决于蛋白质振荡的相对噪声水平。最后，我们的工作表明，蛋白质振荡噪声中的互相关可以增强互信息，这表明读出时钟的蛋白质之间的交叉调节相互作用可以有利于时间信息传输。
2016-01-14 q-bio.MN
Molecular mechanisms that regulate the coupled period of the mammalian circadian clock
在哺乳动物中，大脑和外周组织中的大多数细胞自主产生昼夜节律（约24小时）。这些自我维持的节奏是由视交叉上核（SCN）中的主生物钟协调和引导的。在SCN内，每个神经元的个体节律通过细胞间信号传导同步。SCN的一个重要特征是同步周期接近于细胞群体内禀周期的平均值。以这种方式，SCN的同步周期保持接近外周组织中细胞的周期。这对于SCN在整个身体中携带细胞是重要的。然而，驱动耦合的SCN细胞的周期到群体平均值的机制尚不清楚。我们使用数学建模和分析表明，转录抑制机制在调控偶联期中起着关键作用。具体来说，我们使用相位响应曲线分析表明，耦合期间内的SCN保持人口平均值附近，如果转录抑制发生通过蛋白质螯合。相比之下，如果抑制通过高度非线性的Hill型调节（例如，基于寡聚体或磷酸化的抑制）发生，则耦合期远离平均值。此外，我们发现，细胞间耦合的时间尺度需要快于细胞内反馈，以维持平均周期。这些发现揭示了细胞内转录反馈环和细胞间偶联之间的重要关系。这种关系解释了为什么在多细胞生物、哺乳动物和果蝇中转录抑制似乎是通过蛋白质螯合发生的，而在单细胞生物中则是基于磷酸化的抑制。也就是说，过渡到蛋白质螯合对于同步多个细胞具有接近群体平均值的周期（~ 24小时）是必不可少的。
2014-03-06 physics.bio-ph q-bio.MN
Generic temperature compensation of biological clocks by autonomous regulation of catalyst concentration
生物钟普遍存在于从细菌到多细胞生物体的生命形式中，通常表现出内在的温度补偿;尽管反应系数的预期Arrhenius形式，但生物钟振荡器的周期在生理温度范围内保持恒定。观察表明，振荡的幅度取决于温度，但周期不-这表明，虽然不是每个反应步骤都与温度无关，但包括几个反应的整个系统仍然表现出补偿。我们提出了一个一般的机制，这样的温度补偿。考虑一个具有多个反应活化能势垒的系统，其中一个共同的酶在具有较高活化能的几个反应步骤中共享。如果温度不高，这些反应步骤会限制循环的速率。如果酶的总丰度是有限的，那么随着更多的底物与共同酶结合，可用于催化特定反应的游离酶的量减少。我们表明，这种变化的自由酶丰度补偿Arkenius型温度依赖性的反应系数。以生物钟与蓝藻蛋白KaiABC组成的几个磷酸化位点的例子，我们表明，这种温度补偿机制确实是有效的。具体而言，如果磷酸化的活化能大于去磷酸化的活化能，则磷酸化反应之间共享的KaiA的竞争导致温度补偿。此外，以一个更简单的模型，我们证明了建议的补偿机制的一般性，这不仅与生物钟有关，而且与其他（生物）化学振荡器也有关。
2011-12-24 physics.bio-ph q-bio.MN
Reciprocity Between Robustness of Period and Plasticity of Phase in Biological Clocks
生物钟表现出对环境变化（如温度和营养条件）的周期鲁棒性和相位可塑性。然而，到目前为止，还不清楚这两者是如何同时实现的。通过研究生物钟的不同模型，我们证明了鲁棒性和可塑性之间的一致性：周期的鲁棒性越高，相位的可塑性越高，周期和相位的变化遵循负系数的线性关系。周期的鲁棒性是通过缓冲剂分子的浓度变化对极限环进行自适应来实现的，缓冲剂分子的浓度变化导致相空间中的极限环轨道的移位之后的相移。通过对简单模型的理论分析，证实了具有自适应机制的时钟互易性的普遍性，并讨论了其生物学意义。
2015-12-06 q-bio.MN
Modeling Transient Changes in Circadian Rhythms
本文基于Floquet理论框架对果蝇昼夜节律在温度变化下的瞬态响应进行建模，结合分位数回归和AICc推断基因适应速率，识别出快速响应基因并揭示蛋白酶体的潜在调控作用。
2023-04-14 q-bio.MN q-bio.QM
Quantifying fluctuations in reversible enzymatic cycles and clocks
生化反应在分子尺度上基本上是有噪声的。这限制了反应网络的精度，但也允许波动测量，这可能揭示底层生化网络的结构和动力学。在这里，我们研究非平衡反应循环，如分子马达的机械化学循环，生物钟蛋白质的磷酸化循环，或酶的过渡态循环。在这样的周期波动可以测量使用的随机性参数，我们证明是等效的一般微观可逆循环的两个经典定义。定义了可逆循环的随机周期，并给出了其矩的解析解。此外，我们将这两种形式的随机性参数与热力学不确定性关系相关联，这限制了热力学量方面的周期的定时精度。我们的研究结果也应该被证明是有用的时间波动在更一般的网络的研究。
2018-03-09 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.MN
An allosteric model of KaiC phosphorylation
在最近的一系列突破性实验中，Nakajima等人[Science 308，414-415（2005）]表明，三种蓝藻时钟蛋白KaiA、KaiB和KaiC在体外足以产生KaiC的昼夜节律磷酸化。在这里，我们提出了一个数学模型的凯系统。其核心是假设KaiC可以存在于两种构象状态，一种有利于磷酸化，另一种去磷酸化。然后，每个单独的KaiC六聚体具有以循环方式磷酸化的倾向。然而，为了产生宏观振荡，不同六聚体的磷酸化循环必须同步。我们提出了一种新的同步机制的基础上差分亲和力：KaiA刺激KaiC磷酸化，但有限的供应KaiA二聚体优先结合到那些KaiC六聚体落后的振荡。KaiB螯合KaiA并稳定去磷酸化KaiC状态。我们表明，我们的模型可以重现广泛的已发表的数据，包括观察到的振荡周期对温度变化的不敏感性，并且它对Kai蛋白浓度变化的影响做出了重要的预测。
2007-03-04 q-bio.CB q-bio.MN
Precluding Oscillations in Michaelis-Menten Approximations of Dual-site Phosphorylation Systems
振荡在许多生物系统中起着重要作用，从生态学的捕食者-猎物模型到生物钟。在本文中，我们专注于双位点磷酸化系统中是否存在振荡的问题。在此之前，Wang和Sontag使用单调系统理论表明，分布和顺序双位点磷酸化系统的Michaelis-Menten（MM）近似缺乏振荡。然而，生物系统通常不是纯粹的分配;通常也有一些进行性行为。因此，本文着重于MM近似的一般顺序双位点磷酸化系统，包含进行性和分配组件，称为复合系统。扩展的方法Bozeman和Morales，我们排除振荡的MM近似的复合系统。这意味着在MM近似的进行和分配系统，如前所述，以及在MM近似的部分进行和部分分配的混合机制系统的振荡的缺乏。
2018-10-31 math.DS q-bio.MN
