reactiestromen

Reactiestromen (ook wel reactie-stromen genoemd) is een term uit de chemie en systemenbiologie die verwijst naar de snelheden waarmee chemische reacties binnen een netwerk plaatsvinden. Een reactiestroom geeft aan hoeveel van een reagent in een gegeven tijd wordt omgezet in een product, en wordt in veel modellen voorgesteld als v_i, de flux van de specifieke reactie i.

In wiskundige termen beschrijven reactiestromen de dynamiek van de concentraties via de vergelijking dC/dt = S v, waarbij C de vector van stofconcentraties is, S de stoichiometrische matrix en v de vector met reactiestromen. In een stationaire (steady-state) benadering geldt S v = 0, wat betekent dat de netto productie en afbraak van elke stof in evenwicht is.

De waarde van een reactiestroom is afhankelijk van kinetiekparameters zoals snelheidconstanten en van de concentraties van reagentia; bij mass-actionkinetiek geldt r_i = k_i ∏ [A_j]^{ν_ij}. In complexere systemen kunnen beperkingen zoals thermodynamische grenzen en enzymcapaciteiten worden opgelegd, waarna men fluxbalans- of optimalisatie-methoden toepast zoals flux balance analysis (FBA).

Toepassingen omvatten metabole fluxanalyse, metabole engineering, chemische procesontwerp en milieukundige modellering van verbrandings- of atmosferische reacties. Door kwantificering van reactiestromen kunnen netwerken worden geoptimaliseerd, bottlenecks worden opgespoord en predictieve simulaties worden uitgevoerd.

Beperkingen van modellen met reactiestromen zijn afhankelijkheid van onzekere kinetische parameters, onzekerheden in de exacte concentraties en de vereiste aannames bij steady-state-analyses. Desondanks vormen reactiestromen een kernconcept in de analyse van chemische netwerken en in biogeochemische en industriële processen.