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Simulación de reacciones bioquímicas con el método de extracción de parámetros cinéticos dependiente de ANN

Autores: Tan, Fei; Xu, Jin

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico
2022

Simulación de reacciones bioquímicas con el método de extracción de parámetros cinéticos dependiente de ANN


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Palabras clave

Propiedades termodinámicas
Tasas de reacción
Reacciones de asociación
Estado intermedio
Métodos computacionales
Constantes de velocidad cinética

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 28

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La medición de propiedades termodinámicas de reacciones químicas o biológicas solía estar limitada a medios experimentales, que producían mediciones generales de las propiedades investigadas, pero generalmente eran susceptibles a los inconvenientes de ser demasiado generales. Entre las propiedades termodinámicas de interés, las tasas de reacción tienen la mayor importancia, ya que juegan un papel crítico en procesos de reacción donde la rapidez es esencial, especialmente cuando una rápida asociación puede mejorar la afinidad de unión de las moléculas en reacción. Las reacciones de asociación con altas afinidades a menudo implican la formación de un estado intermedio, que puede ser demostrado por una curva de reacción hiperbólica, pero cuya baja abundancia en la mezcla de reacción a menudo impide la posibilidad de medición experimental. Por lo tanto, recurrimos a métodos computacionales que utilizan modelos de reacción predefinidos que modelan el estado intermedio a medida que avanza la reacción. Aquí presentamos un método novedoso llamado AKPE (Extracción de Parámetros Cinéticos Dependientes de ANN), nuestro objetivo es investigar las constantes de velocidad de asociación/disolución y la dinámica de concentración de estados poco poblados (estados intermedios) en el panorama de reacción. Para alcanzar nuestro objetivo, simulamos las reacciones químicas o biológicas como un sistema de ecuaciones diferenciales, empleamos redes neuronales artificiales (ANN) para modelar datos medidos experimentalmente, y utilizamos el algoritmo de Optimización de Enjambre de Partículas (PSO) para obtener los parámetros óptimos a nivel global tanto en la simulación como en el ajuste de datos. En la sección de Resultados, hemos modelado con éxito una reacción de asociación de proteínas utilizando AKPE, obtenido las constantes de velocidad cinética de la reacción y construido una curva completa de concentración versus tiempo de reacción del estado intermedio durante la reacción. Además, a juzgar por los diversos métodos de validación, el método propuesto en este documento tiene una gran robustez y precisión.

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