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噪声关联和时间延迟对基因转录调节系统瞬态性质的影响

,       (6)                                        内容来自论文无忧网 www.paper51.com

(4)-(6)式中,分别表示乘性噪声和加性噪声的强度,()表示间的关联强度。当噪声间存在关联时(关联系数为),系统的平均首次穿越时间与噪声强度间存在着非常密切的关系。下面利用计算机数值模拟的方法讨论乘性噪声强度D、加性噪声强度、关联强度以及延迟时间对平均首次穿越时间的影响。

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为了获得系统的平均首次穿越时间,我们可采用简单的欧拉向前算法对方程(3)进行数值模拟。 paper51.com

根据文献[23]提出的方法,我们作如下变换:

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.                              (7) 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

利用(7)式,可将(3)式等效地写作 内容来自www.paper51.com

    .   (8)  http://www.paper51.com

这样,噪声之间变成相互独立,并具有如下统计性质: paper51.com

 ,                                           (9)

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,                          (10)

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 .                                        (11) paper51.com

根据欧拉向前算法,(8)式可形式地积分为[22]:

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,   (12)

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式中,且是四个相互独立的且分布在0-1之间的随机数。运用(12)式,我们可以对(3)式进行数值模拟,模拟的初始条件取为。 小时间步长为。平均首次穿越时间的模拟结果及其分析如下:

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图2显示的是存在噪声关联)时平均首次穿越时间T作为乘性噪声强度D的函数的变化情况。由图可知,T随着D的增大而减小,也就是说,蛋白质分子由低浓度态向高浓度态的跃迁将会越来越容易。同时也可以看出平均首次穿越时间在乘性噪声强度D一定的情况下会随着关联系数的增强而增大,也就是说噪声间的关联阻碍了蛋白质分子状态的跃迁,随着关联强度的增加,蛋白质分子由低浓度状态向高浓度状态的跃迁会越来越难。

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图3说明了有噪声关联时平均首次穿越时间T作为乘性噪声强度D的函数的变化情况,由图可以看出平均首次穿越时间随着D的增大而减小,蛋白质分子状态的跃迁变得越来越容易;在D一定时T随着关联强度的增大而增大,即噪声间关联强度的增大阻碍了蛋白质分子状态的跃迁。 copyright paper51.com

图2和图3说明噪声间的关联不论是正相关还是负相关,对平均首次穿越时间的影响都是一致的,在D一定时,关联强度的增加会阻碍蛋白质分子状态的跃迁。 http://www.paper51.com

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