Elementary modes
ابتدائی طریقوں کو بائیو کیمیکل نیٹ ورک کے ذریعے کم سے کم قابل حصول بہاؤ کے نمونے سمجھا جا سکتا ہے جو مستحکم حالت کو برقرار رکھ سکتے ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ابتدائی طریقوں کو مزید آسان راستوں میں نہیں تقسیم کیا جا سکتا۔ نیٹ ورک کے ذریعے تمام ممکنہ بہاؤ ابتدائی طریقوں کے لکیری امتزاج سے بنائے جا سکتے ہیں۔ کسی دیئے گئے نیٹ ورک کے لیے ابتدائی طریقوں کا مجموعہ منفرد ہے (صوابدیدی اسکیلنگ فیکٹر تک)۔ انفرادیت اور غیر کمپوزیبلٹی کے سلسلے میں ابتدائی طریقوں کی بنیادی نوعیت کو دیکھتے ہوئے، 'پاتھ وے' کی اصطلاح کو ابتدائی طریقے کے طور پر بیان کیا جا سکتا ہے۔ نوٹ کریں کہ ابتدائی طریقوں کا مجموعہ بدل جائے گا کیونکہ ایک خلیے کی حالت سے دوسرے خلیے میں منتقلی کے دوران اظہار شدہ انزائموں کا مجموعہ بدلتا ہے۔ ریاضیاتی طور پر، ابتدائی طریقوں کے سیٹ کو فلکس ویکٹرز کے سیٹ کے طور پر بیان کیا گیا ہے، جو مستحکم حالت کی حالت کو پورا کرتا ہے، جہاں اسٹوچیومیٹری میٹرکس ہے، شرحوں کا ویکٹر ہے، مستحکم حالت فلوٹنگ (یا اندرونی) پرجاتیوں کا ویکٹر ہے اور، نظام کے پیرامیٹرز کا ویکٹر ہے۔ ایک اہم شرط یہ ہے کہ ہر ناقابل واپسی رد عمل کی شرح غیر منفی ہونی چاہیے۔ ایک مزید رسمی تعریف اس طرح دی گئی ہے: ایک ابتدائی موڈ،، کو بہاؤ کے ویکٹر کے طور پر بیان کیا گیا ہے، اس طرح کہ درج ذیل معیارات میں درج تین شرائط مطمئن ہوں۔ ویکٹر کو مطمئن کرنا چاہیے:، یعنی: مستحکم حالت کی حالت۔ تمام ناقابل واپسی رد عمل کے لیے: اس کا مطلب یہ ہے کہ بہاؤ کے تمام نمونوں کو ان رد عمل کا استعمال کرنا چاہیے جو اپنی انتہائی قدرتی سمت میں آگے بڑھتے ہیں۔ یہ ابتدائی موڈ کے ذریعے بیان کردہ راستے کو تھرموڈینامک طور پر قابل عمل راستہ بناتا ہے۔ ویکٹر بنیادی ہونا چاہیے۔ یعنی دو دوسرے ویکٹروں کو ملا کر پیدا کرنا ممکن نہیں ہونا چاہیے جو انزائموں کے ایک ہی سیٹ کا استعمال کرتے ہوئے پہلی اور دوسری ضروریات کو پورا کرتے ہیں جو غیر صفر اندراجات کے طور پر ظاہر ہوتے ہیں۔ دوسرے لفظوں میں، دو دوسرے راستوں میں تحلیل ہونا ممکن نہیں ہونا چاہیے جو خود ایک مستحکم حالت کو برقرار رکھ سکتے ہیں۔ اسے عنصریت کہا جاتا ہے۔ ایک زیادہ رسمی امتحان یہ ہے کہ اس کے ذیلی میٹرکس کی خالی جگہ میں صرف ایک جہت کے رد عمل شامل ہوتے ہیں اور اس میں کوئی صفر اندراج نہیں ہوتا ہے۔ مثال ایک سادہ شاخ دار راستے پر غور کریں جس کے تینوں مراحل ناقابل واپسی ہوں۔ اس طرح کا راستہ دو ابتدائی طریقوں کو داخل کرے گا جو موٹی (یا سرخ) رد عمل کی لکیروں میں ظاہر ہوتے ہیں۔ کیونکہ دونوں اور ناقابل واپسی ہیں، اور ان دونوں رد عمل پر پڑا ہوا ابتدائی موڈ ممکن نہیں ہے کیونکہ اس کا مطلب یہ ہوگا کہ ایک رد عمل اس کی تھرموڈینامک سمت کے خلاف جا رہا ہے۔ اس نظام میں ہر موڈ اوپر بیان کردہ تین شرائط کو پورا کرتا ہے۔ پہلی شرط مستحکم حالت ہے، یعنی ہر موڈ کے لیے، یہ درست ہونا چاہیے۔ الجبرائی طور پر دونوں طریقوں کو اس طرح دیا گیا ہے: ان میں سے ہر ایک ویکٹر کو اس میں تبدیل کرنے سے، یہ ظاہر کرنا آسان ہے کہ ایک حالت مطمئن ہے۔ دوسری شرط کے لیے ہمیں اس بات کو یقینی بنانا چاہیے کہ تمام رد عمل جو ناقابل واپسی ہیں ان میں ابتدائی طریقوں کے متعلقہ عناصر میں مثبت اندراجات ہوں۔ چونکہ شاخ میں تینوں تعاملات ناقابل واپسی ہیں اور ابتدائی طریقوں میں تمام اندراجات مثبت ہیں، اس لیے شرط دو کو پورا کیا جاتا ہے۔ آخر میں، شرط تین کو پورا کرنے کے لیے، ہمیں یہ پوچھنا چاہیے کہ کیا ہم دو ابتدائی طریقوں کو دوسرے راستوں میں تحلیل کر سکتے ہیں جو ابتدائی موڈ میں ایک ہی غیر صفر اندراجات کا استعمال کرتے ہوئے مستحکم حالت کو برقرار رکھ سکتے ہیں۔ اس مثال میں، مستحکم حالت کو برقرار رکھنے کی صلاحیت میں خلل ڈالے بغیر ابتدائی طریقوں کو مزید تحلیل کرنا ناممکن ہے۔ لہذا، تینوں شرائط کو پورا کرنے کے ساتھ، ہم یہ نتیجہ اخذ کر سکتے ہیں کہ اوپر دکھائے گئے دو ویکٹر ابتدائی طریقے ہیں۔ نیٹ ورک کے ذریعے تمام ممکنہ بہاؤ ابتدائی طریقوں کے لکیری امتزاج سے بنائے جا سکتے ہیں، یعنی: اس طرح کہ نیٹ ورک کے ذریعے بہاؤ کی پوری جگہ بیان کی جا سکتی ہے۔ صفر سے بڑا یا اس کے برابر ہونا چاہیے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ ناقابل واپسی اقدامات نادانستہ طور پر الٹی سمت میں نہ جائیں۔ مثال کے طور پر، شاخ دار راستے میں ممکنہ مستحکم حالت کا بہاؤ درج ذیل ہے۔ اگر سادہ شاخوں والے راستے میں اخراج کے مراحل میں سے ایک کو بدلنے کے قابل بنایا جاتا ہے، تو ایک اضافی ابتدائی موڈ دستیاب ہو جاتا ہے، جو دو اخراج کی شاخوں کے درمیان بہاؤ کی نمائندگی کرتا ہے۔ ایک اضافی موڈ ابھرتا ہے کیونکہ، صرف پہلے دو طریقوں کے ساتھ، دونوں شاخوں کے درمیان بہاؤ کی نمائندگی کرنا ناممکن ہے کیونکہ اسکیلنگ فیکٹر، منفی نہیں ہو سکتا (جو بہاؤ کو الٹا کرنے کے لیے ضروری ہوگا)۔ راستے کی تعریف ویکیپیڈیا کا صفحہ میٹابولک راستہ ایک راستے کی وضاحت کرتا ہے کہ "میٹابولک راستہ ایک خلیے کے اندر ہونے والے کیمیائی رد عمل کا ایک منسلک سلسلہ ہے"۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ رد عمل کے کسی بھی سلسلے کو میٹابولک راستے کا نام دیا جا سکتا ہے۔ تاہم، جیسے جیسے میٹابولزم کو بے نقاب کیا جا رہا تھا، رد عمل کے گروپوں کو مخصوص لیبل تفویض کیے گئے، جیسے کہ گلائکولیسس، کریبس سائیکل، یا سیرائن بائیوسنتھیس۔ اکثر درجہ بندی عام کیمسٹری یا ان پٹ اور آؤٹ پٹ کی شناخت پر مبنی ہوتی تھی۔ مثال کے طور پر، سیرائن بائیوسنتھیس 3-فاسفوگلیسریٹ سے شروع ہوتا ہے اور سیرائن پر ختم ہوتا ہے۔ یہ راستوں کی وضاحت کے لیے کسی حد تک ایڈہاک ذریعہ ہے، خاص طور پر جب راستے متحرک ڈھانچے ہوتے ہیں، ماحولیاتی نتیجے کے طور پر جین کے اظہار میں تبدیلیاں آتی ہیں۔ مثال کے طور پر، کریب سائیکل اکثر چکور نہیں ہوتا جیسا کہ نصابی کتابوں میں دکھایا گیا ہے۔ ای کولی اور دیگر بیکٹیریا میں، یہ ایسیٹیٹ یا فیٹی ایسڈ پر ایروبک نمو کے دوران صرف چکور ہوتا ہے۔ اس کے بجائے، اینیروبیوسس کے تحت، اس کے انزائم دو الگ الگ بائیوسینتھیٹک راستوں کے طور پر کام کرتے ہیں جو سوکینائل-کو اے اور α-کیٹوگلوٹریٹ تیار کرتے ہیں۔ اس لیے یہ تجویز کیا گیا ہے کہ کسی راستے کو یا تو ایک واحد ابتدائی موڈ یا ابتدائی طریقوں کے کچھ امتزاج کے طور پر بیان کیا جائے۔ اضافی فائدہ یہ ہے کہ ابتدائی طریقوں کا مجموعہ منفرد اور آسان راستوں کے لیے غیر کمپوزبل ہے۔ اس لیے ایک واحد ابتدائی موڈ کو ابتدائی راستے کے طور پر سمجھا جا سکتا ہے۔ نوٹ کریں کہ ابتدائی طریقوں کا مجموعہ بدل جائے گا کیونکہ ایک خلیے کی حالت سے دوسرے خلیے میں منتقلی کے دوران اظہار شدہ انزائموں کا مجموعہ بدلتا ہے۔ اس لیے ابتدائی طریقے، راستے کی ایک غیر واضح تعریف فراہم کرتے ہیں۔ تین شرائط کا تعلق ابتدائی موڈ کی غیر کمپوزیبلٹی سے ہے اور یہ جزوی طور پر وہی ہے جو ابتدائی طریقوں کو دلچسپ بناتا ہے۔ دو دیگر اہم خصوصیات جیسا کہ پہلے اشارہ کیا گیا ہے وہ راستے کی انفرادیت اور تھرموڈینامک امکانات ہیں۔ ڈی کمپوزیشن کا مطلب یہ ہے کہ کسی موڈ کو دو یا زیادہ دوسرے طریقوں کے امتزاج کے طور پر پیش کرنا ممکن ہے۔ مثال کے طور پر، ایک موڈ دو دیگر طریقوں سے تشکیل پایا جا سکتا ہے، اور: اگر کسی موڈ کو منقطع کیا جا سکتا ہے، تو کیا اس کا مطلب یہ ہے کہ موڈ ابتدائی موڈ نہیں ہے؟ شرط تین اس بات کا تعین کرنے کے لیے ایک قاعدہ فراہم کرتی ہے کہ آیا سڑنے کا مطلب یہ ہے کہ دیا ہوا موڈ ایک ابتدائی موڈ ہے یا نہیں۔ اگر صرف انزائموں کو متعارف کروا کر کسی دیئے گئے موڈ کو سڑنا ممکن ہے جو موڈ میں استعمال نہیں ہوتے ہیں، تو موڈ ابتدائی ہے۔ یعنی، کیا اس وقت موڈ میں استعمال ہونے والے انزائموں کے ساتھ ایک راستہ (یعنی ایسی چیز جو مستحکم حالت کو برقرار رکھ سکتی ہے) پیدا کرنے کے ایک سے زیادہ طریقے ہیں؟ اگر ایسا ہے، تو موڈ ابتدائی نہیں ہے۔ اس باریک حالت کی وضاحت کے لیے، نیچے دکھائے گئے راستے پر غور کریں۔ یہ راستہ گلائکولیسس کی ایک اسٹائلائزڈ پیشکش کی نمائندگی کرتا ہے۔ مرحلہ تین اور چھ قابل واپسی ہیں اور بالترتیب ٹرائیوز فاسفیٹ آئسومیرس اور گلیسرول 3-فاسفیٹ ڈی ہائیڈروجنیز سے مطابقت رکھتے ہیں۔ نیٹ ورک میں چار ابتدائی بہاؤ کے طریقے ہیں، جو نیچے دی گئی شکل میں دکھائے گئے ہیں۔ ابتدائی فلکس موڈ ویکٹر ذیل میں دکھائے گئے ہیں: نوٹ کریں کہ ابتدائی طریقوں کے سیٹ میں منفی اندراجات ہونا ممکن ہے کیونکہ وہ بدلنے والے مراحل سے مطابقت رکھتے ہیں۔ دلچسپی کا مشاہدہ یہ ہے کہ چوتھا ویکٹر، (جہاں ٹرانسپوز کی نمائندگی کرتا ہے) پہلے اور دوسرے ویکٹروں کے مجموعے سے تشکیل پایا جا سکتا ہے۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ چوتھا ویکٹر ابتدائی موڈ نہیں ہے۔ تاہم، یہ سڑنا صرف اس لیے کام کرتا ہے کیونکہ ہم نے ایک نیا انزائم، (ٹرائیوز فاسفیٹ آئسومیرس) متعارف کرایا ہے جو اس میں استعمال نہیں ہوتا ہے۔ درحقیقت ایسے راستوں میں تحلیل ہونا ناممکن ہے جو ابتدائی موڈ میں استعمال ہونے والے صرف پانچ مراحل کے ساتھ مستحکم حالت کو برقرار رکھ سکتے ہیں۔ اس لیے ہم یہ نتیجہ اخذ کرتے ہیں کہ یہ ایک ابتدائی طریقہ ہے۔ کمپیوٹیشنل سسٹمز بائیولوجی میٹابولک کنٹرول تجزیہ میٹابولک نیٹ ورک میٹابولک پاتھ وے میٹاجنومکس حوالہ جات حیاتیاتی انجینئرنگ بائیو میڈیکل انجینئرنگ سسٹمز حیاتیات میٹابولزم ریاضیاتی اور نظریاتی حیاتیات بھی دیکھیں۔