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15.1 Introduccin

Vamos a considerar cualquier tipo de red de nuestra vida

cotidiana , desde , el transporte, las redes de ordenadores

elctricos y de energa para el telfono y la propia Internet. En

todos estos casos , una cierta cantidad de los caractersticosmovimientos variables procedentes de un nodo a otro en las

trayectorias particulares que tienen que cumplir con (a ) la

estructura de la red subyacente , ( b ) las capacidades de ruta

de acceso y , ( c) la disponibilidad de los recursos

pertinentes . En la teora de uo de red ! " # , el uo ( o

caudal ) en un camino particular de la red se de$ne por el

n%mero de la caracterstica

unidades de variables que se mueven desde el inicio &asta elnodo $nal de la ruta de acceso por unidad de tiempo ! ' # . En

este sentido, es la integral sobre el rea de la seccin ( o

super$cie ) de la de$nicin de fenmenos de transporte del

trmino uo ! * # . En consecuencia , en ( bio) redes de

reaccin qumica , uo se de$ne + la velocidad a la cual el

material se procesa a travs de una va de + !,- # . En base a

esta de$nicin , el uo de un ( bio) qumica en particular

reaccin es igual a su tasa , y el uo en estado estacionariode una va metablica lineal es igual a la tasa de estado

estacionario de cualquier reaccin implicada ! # . e manera

similar al mapa de uo de cualquier tipo de red , siendo capa/

de medir la distribucin de uo metablico de un sistema

biolgico en un conunto particular de condiciones es de gran

importancia . 0e proporciona una &uella dactilar metablica in

vivo de estado $siolgico del sistema , lo que constituye un

determinante fundamental de la $siologa celular ! 12 # .

3eniendo en cuenta el papel del metabolismo en

el conte4to de la funcin celular en general , es fcilmente

comprensible que la cuanti$cacin de un mapa de uo

metablico completo y preciso , tambin denominado anlisis

de uo metablico ( 567), es uno de los principales obetivos

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de la ingeniera metablica va , la biologa de sistemas

cuantitativos y anlisis de la interaccin de m%ltiples escalas

integrada a travs de m%ltiples niveles de la funcin celular .

8abe se9alar que el estado metablico celular y en

consecuencia el mapa de uo metablico no puedene4trapolarse directamente desde ni el genotipo , ni el mapa la

e4presin de genes del genoma completo , ni el 1 proteoma

completo mapa concentracin de protenas de forma

individual o en combinacin . 3al enfoque no tiene en cuenta

el &ec&o de que la relacin entre la e4presin gnica , la

concentracin de protena , y la velocidad de reaccin

metablica no es ni lineal , ni unidireccional ! :,; # . El

metabolismo es regulado por los mecanismos de control local! # . en

7dems , constituye un marco molecular a travs de la cual la

clula interact%a con su entorno < 7s, el estado metablico en

s podra afectar a la transcripcin y = o traduccin y no slo

ser determinada por ellos ! ,"> # . 0i la informacin e4tensa y

con$able en vivo cintica de las reacciones metablicas &aba

sido disponibles , 567 &abra sido una tarea sencilla. 0in esta

informacin , el parmetro 756 problema de estimacin sebasa en la ley de conservacin de la masa . Espec$camente ,

la reaccin intracelular fundentes,

que no se puede medir directamente, se e4presan como

funciones de cantidades mensurables (por eemplo ,

metablicas de salida , mediciones de la distribucin del

tra/ador isotpico ) a travs de metabolito y ecuaciones de

balance de tra/ador isotpico basado en un modelo

estequiomtrico ! 2 # . El obetivo de la 75 es invertir con

precisin el sistema de equilibrios

y determinar el mapa de uo metablico que conduce a la

medicin observada . ebido a que la disposicin

0e espera que las medidas para estar suetos a errores

e4perimentales aleatorias y la variabilidad del proceso, su

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?o se espera que los valores para satisfacer estrictamente las

ecuaciones de equilibrio, lo que conduce a las singularidades

matemticas que no corresponden a la realidad fsica . @or lo

tanto , en lugar de resolver un sistema de contrapesos, u4

estimacin se de$ne como un problema de conciliacin dedatos ! 2,"" # . En estos mnimos cuadrados ponderados con

restricciones problemas de minimi/acin, las variables

medidas se adaptan de manera ptima , de modo que sus

valores austados satisfacen

las ecuaciones de equilibrio ! "" # . En la siguiente seccin se

describen los detalles de la metablica utili/ada actualmente

fundente mtodos de cuanti$cacin . 0us ventaas y

debilidades, este %ltimo que requiere la introduccin denuevos mtodos , tambin se discutir en un esfuer/o por

presentar una metodologa sistemtica para uo

cuanti$cacin . Aa %ltima seccin describe las nuevas

direcciones de la 756 &acia transitoria y de alto rendimiento

anlisis, ya que estos estn determinados por las necesidades

de la era post1 genmica

15.2 fujo metablico mtodos de cuanticacin

Beconstruccin "-.'." metablico BedAa primera tarea en la 75 es la reconstruccin de la red ms

e4tensa reaccin metablica potencialmente activa del

organismo en cuestin. Este ser el modelo estequiomtrico

basado en que se formular la masa y saldos de tra/adores

isotpicos que conectan los uos intracelulares desconocidos

con las cantidades mensurables . 7ntes de la revolucin de

secuenciacin del 7? , la reconstruccin de la red

metablica de un organismo se basa principalmente en elconocimiento e4istente acerca de la estructura de la red

metablica

sistemas celulares de similares , unto con cualquier dato

disponible sobre in vitro = in vivo la actividad en/imtica y las

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de la red ( vase la $gura "-." ) . n metabolito 7 est

conectado a travs de un borde dirigido con un metabolito D ,

slo si 7 y D son reactivo (producto ) y el producto

( reactivo ) , respectivamente , de la reaccin de una red

particular < la direccin del borde indica la direccin de lareaccin . Fbviamente , si una reaccin es potencialmente

reversible , el gr$co incluye bordes de ambas direcciones .

os bordes originarios

15.2.2 Metabolic Flux Vector

Aa actividad in vivo de una reaccin metablica i es descrito

por un m4imo de dos uosG los uos negativos de sus

direcciones &acia adelante y &acia atrs (reversa), que, en el

te4to y las $guras, se representan como vf iy vbi,respectivamente

(vase la 6igura "-.")< este %ltimo uo es igual a cero en el

caso de reacciones irreversibles. e manera equivalente, la

actividad de una reaccin metablica podra ser representado

por su red y el intercambio de uo !'"#, que se representa

como VI red y E4c& VI, respectivamente. Espec$camente,

para cualquier reaccin de i de la red (i H ", ..., ?), los uos

netos y de cambio se de$nen como funcin del avance yretroceso uos de la siguiente maneraG