細胞代謝網(wǎng)絡模型的優(yōu)化與分析研究.pdf

1、細胞的生長與分化涉及眾多代謝物的共同作用，而非少數(shù)幾條代謝途徑。在細胞內，相當數(shù)量的代謝途徑相互交連，構成了復雜的網(wǎng)絡，因此，必須從系統(tǒng)生物學的觀點出發(fā)，借助數(shù)學和計算機技術，對細胞的整個代謝網(wǎng)絡進行分析研究，從而實現(xiàn)對細胞生長與分化的深刻理解。伴隨基因組學、轉錄組學、蛋白組學研究的興起，代謝組學也開始受到關注。對代謝系統(tǒng)進行研究，可以指導代謝工程應用，例如代謝途徑的優(yōu)化，關鍵酶的篩選，等等，這比以前僅僅依靠隨機突變、重復篩選株種的效果

2、要更好。代謝系統(tǒng)是細胞調控的終端，也是最復雜的一個生化系統(tǒng)。細胞代謝網(wǎng)絡的復雜性，使得有必要采用更加有效的模型來指導深入的研究。 本文在細胞代謝網(wǎng)絡的基礎上，對代謝平衡分析模型(FBA)采用了有約束優(yōu)化，以此研究和分析代謝網(wǎng)絡。首先，建立了酵母細胞的中心碳代謝網(wǎng)絡，對其進行代謝通量分析(MFA)，然后利用代謝平衡分析，建立代謝網(wǎng)絡數(shù)學模型，并用生長能力與最小代謝調節(jié)(MOMA)方法對模型進行優(yōu)化，最后計算結果，并進行分析。在代謝

3、矩陣計算和生化計量方程求解方面，使用了Matlab，F(xiàn)luxExplorer等工具，提高了計算速度，降低了模型求解的復雜度，也保證了結果的可靠性。 結果顯示，通過有約束優(yōu)化方法，可以提高代謝平衡分析模型的效率和準確度，并能提高我們對細胞代謝調控的理解。通過這些方法，可得到未知途徑的代謝通量，識別節(jié)點的剛柔性質，找出代謝網(wǎng)絡中的一些替代途徑，并由此計算出代謝物的理論最大得率。細胞代謝網(wǎng)絡研究方法的應用，可以從分子水平上重現(xiàn)細胞的宏