ABSTRACT
Quantitative Biology: From Molecular to Cellular Systems edited by Michael E. Wall © 2012 CRC Press / Taylor & Francis Group, LLC. ISBN: 978-1-4398-2722-2
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2 Design Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3 Comparative Approach to the Study of System Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.3.1 Power-Law Formalism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.3.2 Methods of Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.3.3 Mathematically Controlled Comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.3.4 Quantitative Criteria for Functional Effectiveness . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4 System Design Principles for Feed-Forward Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.4.1 Resolution of a Paradox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.4.2 Distribution of Flux at a Branch Point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 2.4.3 Feed-Forward Inhibition Improves Robustness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.4.4 Stabilizing Effect of Feed-Forward Inhibition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.4.5 Experimental Evidence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.5 System Design Principles for Two-Component Signal Transduction . . . . . . . . 35 2.5.1 Bifunctional and Monofunctional Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.5.2 Quantitative Criteria for Functional Effectiveness . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.5.3 Qualitative Functional Differences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 2.5.4 Experimental Evidence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
2.6 System Design Principles for Coupled Expression in Gene Circuits . . . . . . . . 39 2.6.1 Extremes of Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.6.2 Resolution of Anomalies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 2.6.3 Three Forms of Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.6.4 Experimental Evidence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.7 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
