定量生物学 > 定量方法
[提交于 2011年6月24日
(v1)
,最后修订 2011年7月28日 (此版本, v2)]
标题: 非线性化学福克-普朗克方程和化学朗之万方程的准确性如何?
标题: How accurate are the non-linear chemical Fokker-Planck and chemical Langevin equations?
摘要: 化学福克-普朗克方程和相应的化学朗之万方程是化学主方程的常用近似。 这些方程是从化学主方程的克兰默斯-莫亚尔展开式的不受控制的二阶截断推导出来的,因此它们的准确性仍有待澄清。 我们使用系统规模展开来证明,对于不满足详细平衡的反应系统,化学福克-普朗克方程对平均浓度以及平均浓度附近的浓度涨落方差的估计在$\Omega^{-3/2}$阶是准确的,而对于满足详细平衡的系统,至少在$\Omega^{-2}$阶是准确的,其中$\Omega$是系统的特征尺寸。 因此,化学福克-普朗克方程比化学主方程的线性噪声近似(线性福克-普朗克方程)更准确,后者导致的平均浓度估计在$\Omega^{-1/2}$阶是准确的,方差估计在$\Omega^{-3/2}$阶是准确的。 这种更高的准确性在小体积中实现的化学系统(如细胞内的生化反应)中尤为明显。 还得到了一个公式,用于近似计算化学福克-普朗克方程在浓度和方差预测中的相对误差大小,其中相对误差定义为化学福克-普朗克方程的预测与主方程的预测之间的差值除以主方程的预测。 对于二聚反应和酶催化反应,即使稳态仅由几十个分子表征,误差通常也小于百分之几。
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