S-System

S-Systeme (S für Sättigung (von Saturation) oder Synergismus) dienen zur Beschreibung und Simulation biologischer und biochemischer Systeme die einem Grenz- oder Sättigungszustand zustreben.

Sie können fast alle kinetischen Phänomene natürlicher Reaktionen zuverlässig beschreiben. Die Wechselwirkungen werden durch einen Satz nichtlinearer Differentialgleichungen erster Ordnung beschrieben, die aus einem Produktions- und einem Abbauterm bestehen:<ref name="Voit">Eberhard O. Voit: Computational Analysis of Biochemical Systems. Cambridge University Press, 2000, ISBN 978-0-521-78579-2, S. 57.</ref>

<math> \frac{\mathrm{d}x_i}{\mathrm{d}t} = \alpha \cdot \prod_{j=0}^{N}x_j^{g_{ij}} - \beta\cdot\prod_{j=0}^{N}x_j^{h_{ij}} </math> ; für i = 1 .. N

N bezeichnet die Anzahl der wechselwirkenden Substanzen. Mit x_i sind die Konzentrationsvariablen bezeichnet, mit α die Produktionsrate und mit β die Abbaurate. Die Exponenten g_ij und h_ij entsprechen Reaktionsordnungen der Produktions- und Abbaufunktionen der Substanz i als Funktion der Substanz j.

Beispiel

Für ein System mit 2 Substanzen ergibt sich folgendes Differentialgleichungssystem:

<math> \frac{\mathrm{d}x_0}{\mathrm{d}t} = \alpha \cdot {x_0}^{g_{00}} \cdot {x_1}^{g_{01}} - \beta \cdot {x_0}^{h_{00}} \cdot {x_1}^{h_{01}} </math>

<math> \frac{\mathrm{d}x_1}{\mathrm{d}t} = \alpha \cdot {x_0}^{g_{10}} \cdot {x_1}^{g_{11}} - \beta \cdot {x_0}^{h_{10}} \cdot {x_1}^{h_{11}} </math>

Literatur

Feng-Sheng Wang, Chih-Lung Ko, Eberhard O. Voit: Kinetic modeling using S-systems and lin-log approaches. In: Biochemical Engineering Journal. 33, 2007, S. 238, doi:10.1016/j.bej.2006.11.002.

Einzelnachweise