WEEK 2 Introduction to Dynamical Systems

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Lecture 6 - Introduction to Dynamical Systems - Part 1

Enzyme-catalyzed reactions

具体推导过程见Unit 2: Structural Biochemistry-0826

将Vmax带入V0表达式可得下图所示,是建模中最常用的公式。


Lecture 7 - Introduction to Dynamical Systems - Part 2

Euler’s method for solving ODE systems

设定固定的dt,初始值xo,算法f (x),可以模拟预测后面的值。这便是model模拟的基础。



一个实例如下:



对该实例的具体解释。

Lecture 8 - Introduction to Dynamical Systems - Part 3

Yeast glycolytic oscillations-Phase-plane techniques for 2D systems


左图中形成了一个圈,是欠稳定系统;右图最终集中于一个点,属于稳定系统


看左图右上角箭头处,是斜向下的,为什么呢?因为此时GLU和ATP浓度都很高,代入dG/dt,为负数,所以GLU应该是减少的方向。同理,代入dATP/dt,为正数,所以ATP应该是增加的方向。


Lecture 9 - Introduction to Dynamical Systems - Part 4

nullclines:

This is the set of points for which d[G]/dt = 0; d[ATP]/dt = 0. Where the nullclines intersect, both derivatives are zero. This is a “fixed point”

利用nullclines判断方向

在右上角ATP和G的值都很大,代入公式中dATP/dt>0而dG/dt<0;当箭头下行穿过dATP/dt时,dATP/dt变为<0,此时ATP减少,而dG/dt<0保持不变,所以箭头方向指向左下方;以此类推。


在Km=13时,左图G和ATP震荡加剧;右图圆圈由中间的虚心点逐渐扩散


在Km=20时,正好相反


How can we understand stable and unstable fixed points mathematically?

以下图为例,左边的特征值实部是0.004,说明是unstable状态,用虚点表示;而右边的特征值实部是-0.0125,说明是stable状态,用实点表示。


Bifurcations

A bifurcation is where the system qualitatively changes its behavior
有两种方式可以判断已经达到了Bifurcations:第一是Gmin和Gmax趋于一致;第二实部由正变为负的转折点。

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