Modelamiento de Sistemas Biológicos usando cálculos de Procesos Concurrentes

Su fundamentación matemática permite establecer
abstracciones entre los elementos reales de los sistemas
y los componentes básicos del cálculo, conviertiéndose
en una alternativa interesante para especificar y verificar
propiedades esenciales de Sistemas Biológicos.

Motivación
Las principales funciones de una celula: sobrevivir y reproducirse.
El Metabolismo es la forma de obtener energía para sobrevivir.
La transducción de señales es la manera de sobrevivir y reproducirse.
Tanto el metabolismo y la transducción de señales involucran secuencias ordenadas de reacciones bioquimicas al interior de la célula.

Motivación
El dogma central de la biología molecular es un concepto que ilustra los mecanismos de transmisión y expresión de la herencia genética tras el descubrimiento de la codificación de ésta en la doble hélice del ADN.

Motivación
Source:
Author: Kieran O'Neill A modern illustration of the 1970 version of the central dogma of molecular biology, after the diagrams in the original article:
1970 Crick, F., Central Dogma of Molecular Biology. Nature 227, 561-563

Motivación
Las reacciones del metabolismo:

Altamente específicas

Alto poder selectivo

Las reacciones químicas involucradas ocurren todas a
la vez

Homeóstasis ? Información ? Cambio
Sistema concurrente en equilibrio dinámico

Motivación
Las más de mil reacciones enzimáticas del metabolismo
forman grupos de secuencias de transformación llamadas rutas metabólicas. Una ruta metabólica puede
tener pocos pasos –dos o tres-, o muchas más, como quince o veinte. Esto depende de lo difícil que sea
transformar el sustrato inicial en el producto final. Cada ruta metabólica no tiene una única función.
Procesos Concurrentes

Motivación
Teoremas de la Evolución del Metabolismo….

¿Por qué la Simplicidad?

El motivo biológico de la simplicidad, cómo ha sido
posible conseguirla en el metabolismo, y la demostración de que las células han conseguido que las enzimas puedan hacer un metabolismo mas simple, ha sido un objeto principal de estudio.

Motivación
La respuesta a la pregunta de por qué la simplicidad, es que la simplicidad es más eficaz.

Motivación
Supongamos que queremos transformar un sustrato S1 en un producto P, y que podemos hacerlo por dos rutas metabólicas diferentes, una más corta que la otra.
Ruta 1 : dos pasos : S1 ? S2 ? P
Ruta 2 : tres pasos : S1 ? S3 ? S4 ? P
¿ Qué Ocurre ?

Motivación
La ruta corta es cinéticamente más eficaz; la simplicidad es más productiva. Este teorema da una buena razón de la ventaja de la simplicidad. En general, la maquinaria química es más eficiente cuanto más simple sea.
La siguiente pregunta es:

¿ y cómo han aprendido las células esa estrategia, y en qué ha consistido ese aprendizaje ?