7213:
5602:
7208:{\displaystyle {\begin{array}{llll}C_{v_{1}}^{J}=\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}\varepsilon _{3}^{4}&C_{v_{2}}^{J}=-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{3}\varepsilon _{3}^{4}&C_{v_{3}}^{J}=\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{4}&C_{v_{4}}^{J}=-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{3}-\varepsilon _{3}^{1}\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}\\C_{v_{1}}^{S_{1}}=\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{3}-\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{4}+\varepsilon _{2}^{3}\varepsilon _{3}^{4}&C_{v_{2}}^{S_{1}}=\varepsilon _{3}^{1}\varepsilon _{2}^{3}-\varepsilon _{2}^{3}\varepsilon _{3}^{4}&C_{v_{3}}^{S_{1}}=-\varepsilon _{3}^{1}\varepsilon _{2}^{2}+\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{4}&C_{v_{4}}^{S_{1}}=\varepsilon _{3}^{1}\varepsilon _{2}^{2}-\varepsilon _{3}^{1}\varepsilon _{2}^{3}-\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{3}\\C_{v_{1}}^{S_{2}}=-\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{3}^{3}+\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{3}^{4}&C_{v_{2}}^{S_{2}}=\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{3}^{3}-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{3}^{4}&C_{v_{3}}^{S_{2}}=\varepsilon _{B}^{1}\varepsilon _{3}^{4}+\varepsilon _{3}^{1}\varepsilon _{1}^{2}-\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{3}^{4}&C_{v_{4}}^{S_{2}}=-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{3}^{3}-\varepsilon _{3}^{1}\varepsilon _{1}^{2}+\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{3}^{3}\\C_{v_{1}}^{S_{3}}=\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}&C_{v_{2}}^{S_{3}}=-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{3}&C_{v_{3}}^{S_{3}}=\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}&C_{v_{4}}^{S_{3}}=-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}+\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{3}-\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}\end{array}}}
4494:
3123:
4489:{\displaystyle {\begin{array}{lll}C_{e_{1}}^{J}=-\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}\varepsilon _{3}^{4}&C_{e_{2}}^{J}=\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{3}\varepsilon _{3}^{4}&C_{e_{3}}^{J}=-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{4}&C_{e_{4}}^{J}=\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{3}\\C_{e_{1}}^{s_{1}}=-\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{3}+\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{4}-\varepsilon _{2}^{3}\varepsilon _{3}^{4}&C_{e_{2}}^{s_{1}}=-\varepsilon _{2}^{3}\varepsilon _{3}^{4}&C_{e_{3}}^{s_{1}}=-\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{4}&C_{e_{4}}^{s_{1}}=\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{3}\\C_{e_{1}}^{s_{2}}=\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{3}^{3}-\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{3}^{4}&C_{e_{2}}^{s_{2}}=-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{3}^{3}+\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{3}^{4}&C_{e_{3}}^{s_{2}}=-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{3}^{4}+\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{3}^{4}&C_{e_{4}}^{s_{2}}=\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{3}^{3}-\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{3}^{3}\\C_{e_{1}}^{s_{3}}=-\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}&C_{e_{2}}^{s_{3}}=\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{3}&C_{e_{3}}^{s_{2}}=-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}&C_{e_{4}}^{s_{2}}=\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{3}+\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}\end{array}}}
5297:
4696:
4509:
5292:{\displaystyle {\begin{array}{lll}C_{e_{1}}^{J}=\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}&C_{e_{2}}^{J}=-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{3}&C_{e_{3}}^{J}=\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}-\varepsilon _{2}^{1}\varepsilon _{1}^{2}\\C_{e_{1}}^{s_{1}}=\varepsilon _{2}^{3}-\varepsilon _{2}^{2}&C_{e_{2}}^{s_{1}}=-\varepsilon _{2}^{3}-\varepsilon _{2}^{1}&C_{e_{3}}^{s_{1}}=\varepsilon _{2}^{2}-\varepsilon _{2}^{1}\\C_{e_{1}}^{s_{2}}=\varepsilon _{1}^{2}&C_{e_{2}}^{s_{2}}=-\varepsilon _{1}^{1}&C_{e_{3}}^{s_{2}}=\varepsilon _{1}^{1}-\varepsilon _{1}^{2}\\\end{array}}}
7223:
2711:
5573:
5307:
697:
2353:
3094:
1999:
7741:
5318:
2347:
449:
1207:
2706:{\displaystyle {\begin{array}{ll}C_{e_{1}}^{s_{1}}=\varepsilon _{2}^{3}-\varepsilon _{2}^{2}&C_{e_{1}}^{s_{2}}=\varepsilon _{1}^{2}\\C_{e_{2}}^{s_{1}}=-\varepsilon _{2}^{3}&C_{e_{2}}^{s_{2}}=-\varepsilon _{1}^{1}\\C_{e_{3}}^{s_{1}}=\varepsilon _{2}^{2}&C_{e_{3}}^{s_{2}}=\varepsilon _{1}^{1}-\varepsilon _{1}^{2}\end{array}}}
2877:
2887:
1701:
4667:
7491:
5568:{\displaystyle d=\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{4}-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{3}\varepsilon _{3}^{4}-\varepsilon _{3}^{1}\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}+\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}\varepsilon _{3}^{4}-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{3}}
1381:
22:
published the first catalog of control patterns in metabolic control analysis (MCA). His doctoral research. concerned the use of graphical patterns to elucidate chains of interaction in metabolic regulation, later published in the
European Journal of Biochemistry. In his thesis, he cataloged 25
2155:
1515:
440:
2127:
692:{\displaystyle \varepsilon _{1}^{2}={\frac {\partial v_{2}}{\partial s_{1}}}{\frac {s_{1}}{v_{2}}},\quad \varepsilon _{2}^{2}={\frac {\partial v_{2}}{\partial s_{2}}}{\frac {s_{2}}{v_{2}}},\quad \varepsilon _{2}^{3}={\frac {\partial v_{3}}{\partial s_{2}}}{\frac {s_{2}}{v_{3}}}}
1018:
1031:
3089:{\displaystyle d=\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{3}-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}\varepsilon _{3}^{4}+\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{3}\varepsilon _{3}^{4}-\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}\varepsilon _{3}^{4}}
2723:
1994:{\displaystyle {\begin{array}{ll}C_{e_{1}}^{s_{1}}=\varepsilon _{2}^{3}&C_{e_{1}}^{s_{2}}=\varepsilon _{1}^{2}\\C_{e_{2}}^{s_{1}}=-\varepsilon _{2}^{3}&C_{e_{2}}^{s_{2}}=0\\C_{e_{2}}^{s_{2}}=0&C_{e_{3}}^{s_{2}}=-\varepsilon _{1}^{2}\end{array}}}
7736:{\displaystyle {\begin{array}{lll}C_{e_{1}}^{J_{1}}=\varepsilon _{s}^{3}(1-\alpha )+\varepsilon _{s}^{2}\alpha \\C_{e_{1}}^{J_{1}}=-\varepsilon _{s}^{1}\alpha \\C_{e_{1}}^{J_{1}}=-\varepsilon _{s}^{1}(1-\alpha )+\varepsilon _{s}^{2}\alpha \end{array}}}
4520:
802:
1695:
7462:
1215:
7366:
238:
2342:{\displaystyle {\begin{array}{lll}C_{e_{1}}^{J}=\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}&C_{e_{2}}^{J}=-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{3}&C_{e_{3}}^{J}=\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}\\\end{array}}}
1394:
321:. This means that a product elasticity will have identical subscripts and superscripts making them easy to identify. The source boundary species is always labeled zero as well as the label for the first reaction.
329:
2013:
1578:
1202:{\displaystyle C_{v_{1}}^{J}={\frac {\varepsilon _{1}^{2}}{\varepsilon _{1}^{2}-\varepsilon _{1}^{1}}}\qquad C_{v_{2}}^{J}={\frac {-\varepsilon _{1}^{1}}{\varepsilon _{1}^{2}-\varepsilon _{1}^{1}}}}
892:
884:
103:
2872:{\displaystyle X_{o}{\stackrel {v_{1}}{\longrightarrow }}S_{1}{\stackrel {v_{2}}{\longrightarrow }}S_{2}{\stackrel {v_{3}}{\longrightarrow }}S_{3}{\stackrel {v_{4}}{\longrightarrow }}X_{1}}
58:
are similar in that they describe how a perturbation in a given enzyme affects steady-state flux through a pathway. Such coefficients can be written in terms of elasticity coefficients.
42:
The control equations, especially the numerators of the equations, can give information on the relative importance and routes by which perturbations travel through a biochemical network
64:
are local properties that describe how a single reaction is influenced by changes in the substrates and products that might influence the rate. For example, given a reaction such as:
4662:{\displaystyle d=\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{3}+\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}-\varepsilon _{2}^{1}\varepsilon _{1}^{2}}
7280:
714:
1587:
7375:
1376:{\displaystyle C_{v_{1}}^{s_{1}}={\frac {1}{\varepsilon _{1}^{2}-\varepsilon _{1}^{1}}}\qquad C_{v_{2}}^{s_{1}}={\frac {-1}{\varepsilon _{1}^{2}-\varepsilon _{1}^{1}}}}
293:
39:
toolkit that could generate patterns automatically and symbolically from a description of the network. This software was used to generate the patterns shown below.
7811:
319:
7994:
7484:
5595:
4689:
3116:
2149:
260:
171:
148:
125:
7287:
178:
7866:
Christensen, Carl D; Hofmeyr, Jan-Hendrik S; Rohwer, Johann M (1 January 2018). "PySCeSToolbox: a collection of metabolic pathway analysis tools".
1510:{\displaystyle X_{o}{\stackrel {v_{1}}{\longrightarrow }}S_{1}{\stackrel {v_{2}}{\longrightarrow }}S_{2}{\stackrel {v_{3}}{\longrightarrow }}X_{1}}
435:{\displaystyle X_{o}{\stackrel {v_{1}}{\longrightarrow }}S_{1}{\stackrel {v_{2}}{\longrightarrow }}S_{2}{\stackrel {v_{3}}{\longrightarrow }}}
7926:"Delving deeper: Relating the behaviour of a metabolic system to the properties of its components using symbolic metabolic control analysis"
2122:{\displaystyle d=\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}-\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{3}+\varepsilon _{1}^{1}\varepsilon _{2}^{2}}
7771:
55:
51:
50:
Control patterns describe how a perturbation to a given parameter affects the steady-state level of a given variable. For example, a
1530:
242:
To make the notation manageable, a specific numbering scheme is used in the following patterns. If a substrate has an index of
1013:{\displaystyle C_{e_{1}}^{s_{1}}={\frac {1}{\varepsilon _{1}^{2}}}\qquad C_{e_{2}}^{s_{1}}={\frac {-1}{\varepsilon _{1}^{2}}}}
815:
4508:
69:
7766:
7751:
7999:
54:
can describe how the overexpression of a specific enzyme can influence steady-state metabolite concentrations.
7901:
Rohwer, Johann; Akhurst, Timothy; Hofmeyr, Jannie (2008). "Symbolic
Control Analysis of Cellular Systems".
7761:
61:
19:
797:{\displaystyle X_{o}{\stackrel {v_{1}}{\longrightarrow }}S_{1}{\stackrel {v_{2}}{\longrightarrow }}X_{1}}
128:
24:
7232:
3128:
7222:
1690:{\displaystyle {\begin{array}{lll}C_{e_{1}}^{J}=1&C_{e_{2}}^{J}=0&C_{e_{3}}^{J}=0\end{array}}}
7937:
7989:
7827:"Control-pattern analysis of metabolic pathways: Flux and concentration control in linear pathways"
151:
36:
28:
7457:{\displaystyle d=\varepsilon _{s}^{2}\alpha +\varepsilon _{s}^{3}(1-\alpha )-\varepsilon _{s}^{1}}
7906:
7805:
4701:
5306:
7965:
7883:
7848:
7776:
7756:
265:
7955:
7945:
7875:
7838:
23:
patterns for various biochemical networks. In later work, his research group, together with
298:
7941:
5607:
2358:
1706:
7960:
7925:
7843:
7826:
7469:
5580:
4674:
3101:
2134:
245:
156:
133:
110:
7983:
7924:
Christensen, Carl D.; Hofmeyr, Jan-Hendrik S.; Rohwer, Johann M. (28 November 2018).
7879:
7361:{\displaystyle \alpha ={\frac {v_{2}}{v_{1}}}\quad 1-\alpha ={\frac {v_{3}}{v_{1}}}}
7910:
7496:
2160:
1592:
233:{\displaystyle \varepsilon _{s}^{v}={\frac {\partial v}{\partial s}}{\frac {s}{v}}}
7950:
324:
For example, the following fragment of a network illustrates this labeling:
7969:
7887:
7798:
Studies in steady-state modelling and control analysis of metabolic systems
127:. This reaction rate can be influenced by changes in the concentrations of
7852:
7221:
5305:
4507:
32:
173:. This influence is measured by an elasticity which is defined as:
1582:
Assume that each of the following expressions is divided by d
7466:
Assume that each of the following expressions is divided by
5577:
Assume that each of the following expressions is divided by
4671:
Assume that each of the following expressions is divided by
3098:
Assume that each of the following expressions is divided by
2131:
Assume that each of the following expressions is divided by
1573:{\displaystyle d=\varepsilon _{1}^{2}\varepsilon _{2}^{3}}
7494:
7472:
7378:
7290:
7235:
5605:
5583:
5321:
4699:
4677:
4523:
3126:
3104:
2890:
2726:
2356:
2158:
2137:
2016:
1704:
1590:
1533:
1397:
1218:
1034:
895:
879:{\displaystyle C_{e_{1}}^{J}=1\qquad C_{e_{2}}^{J}=0}
818:
717:
452:
332:
301:
268:
248:
181:
159:
136:
113:
72:
295:. The product elasticity will also have an index of
98:{\displaystyle S{\stackrel {v}{\longrightarrow }}P}
7735:
7478:
7456:
7360:
7274:
7207:
5589:
5567:
5291:
4683:
4661:
4488:
3110:
3088:
2871:
2705:
2341:
2143:
2121:
1993:
1689:
1572:
1509:
1375:
1201:
1012:
878:
796:
691:
434:
313:
287:
254:
232:
165:
142:
119:
97:
35:based tool called SymCA that was part of the
8:
7282:, therefore define the following two terms:
107:we will assume it has a rate of reaction of
7810:: CS1 maint: location missing publisher (
7959:
7949:
7842:
7720:
7715:
7687:
7682:
7664:
7659:
7652:
7647:
7630:
7625:
7607:
7602:
7595:
7590:
7573:
7568:
7540:
7535:
7520:
7515:
7508:
7503:
7495:
7493:
7471:
7448:
7443:
7415:
7410:
7394:
7389:
7377:
7350:
7340:
7334:
7313:
7303:
7297:
7289:
7266:
7253:
7240:
7234:
7195:
7190:
7180:
7175:
7162:
7157:
7147:
7142:
7129:
7124:
7114:
7109:
7091:
7086:
7079:
7074:
7062:
7057:
7047:
7042:
7027:
7022:
7015:
7010:
6998:
6993:
6983:
6978:
6960:
6955:
6948:
6943:
6931:
6926:
6916:
6911:
6896:
6891:
6884:
6879:
6865:
6860:
6850:
6845:
6832:
6827:
6817:
6812:
6799:
6794:
6784:
6779:
6761:
6756:
6749:
6744:
6732:
6727:
6717:
6712:
6699:
6694:
6684:
6679:
6666:
6661:
6651:
6646:
6631:
6626:
6619:
6614:
6602:
6597:
6587:
6582:
6569:
6564:
6554:
6549:
6534:
6529:
6522:
6517:
6505:
6500:
6490:
6485:
6472:
6467:
6457:
6452:
6434:
6429:
6422:
6417:
6403:
6398:
6388:
6383:
6370:
6365:
6355:
6350:
6337:
6332:
6322:
6317:
6302:
6297:
6290:
6285:
6273:
6268:
6258:
6253:
6240:
6235:
6225:
6220:
6202:
6197:
6190:
6185:
6173:
6168:
6158:
6153:
6140:
6135:
6125:
6120:
6105:
6100:
6093:
6088:
6076:
6071:
6061:
6056:
6043:
6038:
6028:
6023:
6010:
6005:
5995:
5990:
5975:
5970:
5963:
5958:
5944:
5939:
5929:
5924:
5914:
5909:
5896:
5891:
5881:
5876:
5866:
5861:
5845:
5838:
5833:
5821:
5816:
5806:
5801:
5791:
5786:
5773:
5766:
5761:
5749:
5744:
5734:
5729:
5719:
5714:
5698:
5691:
5686:
5674:
5669:
5659:
5654:
5644:
5639:
5626:
5619:
5614:
5606:
5604:
5582:
5559:
5554:
5544:
5539:
5529:
5524:
5511:
5506:
5496:
5491:
5481:
5476:
5463:
5458:
5448:
5443:
5433:
5428:
5415:
5410:
5400:
5395:
5385:
5380:
5367:
5362:
5352:
5347:
5337:
5332:
5320:
5279:
5274:
5261:
5256:
5241:
5236:
5229:
5224:
5212:
5207:
5189:
5184:
5177:
5172:
5160:
5155:
5140:
5135:
5128:
5123:
5109:
5104:
5091:
5086:
5071:
5066:
5059:
5054:
5042:
5037:
5024:
5019:
5001:
4996:
4989:
4984:
4972:
4967:
4954:
4949:
4934:
4929:
4922:
4917:
4903:
4898:
4888:
4883:
4870:
4865:
4855:
4850:
4837:
4830:
4825:
4813:
4808:
4798:
4793:
4777:
4770:
4765:
4753:
4748:
4738:
4733:
4720:
4713:
4708:
4700:
4698:
4676:
4653:
4648:
4638:
4633:
4620:
4615:
4605:
4600:
4587:
4582:
4572:
4567:
4554:
4549:
4539:
4534:
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4476:
4471:
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4423:
4410:
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7800:. University of Stellenbosch.
7796:Hofmeyr, Jan-Hendrik (1986).
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7825:Hofmeyr, J.-H. S. (1989).
7767:Biochemical systems theory
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