Prof. dr hab. Tomasz Lipniacki,
Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN

Współautorzy: Marek Kochańczyk, Joanna Jaruszewicz.

W idealnie wymieszanym autonomicznym układzie multistabilnym przejścia między stanami stacjonarnymi możliwe są wyłącznie dzięki stochastycznym przełączeniom. W komórce biologicznej, charakteryzowanej przez niewielką dyfuzję, przejścia między stanami mogą być rezultatem propagacji fal biegnących. W pracy analizujemy związek obu tych modów przełączania układu na przykładzie bistabilnego modelu reakcji fosforylacji i defosforylacji. W oparciu o symulacje kinetyki Monte Carlo na sieci heksagonalnej wykazaliśmy, że zachowanie układu jakościowo zależy od współczynnika dyfuzji reagujących molekuł i rozmiaru reaktora. Podczas gdy dla dobrze wymieszanego reaktora układ pozostaje nieaktywny, w rozciągłym reaktorze mogą propagować się aktywujące fale biegnące. Co więcej, fala aktywacyjna może powstać spontanicznie w rezultacie stochastycznej fluktuacji. Taka stochastyczna aktywacja jest istotnie bardziej prawdopodobna w obszarze charakteryzowanym przez niski współczynnik dyfuzji. Nasza analiza pokazuje zatem, że lokalne unieruchomienie substratów może prowadzić do globalnej aktywacji układu, w oparciu o mechanizm wykorzystujący stochastyczne fluktuacje i semi-deterministyczną propagacje frontów aktywacyjnych.