細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)模型的優(yōu)化與分析研究.pdf

1、細(xì)胞的生長(zhǎng)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(xì)胞內(nèi)，相當(dāng)數(shù)量的代謝途徑相互交連，構(gòu)成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，因此，必須從系統(tǒng)生物學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，借助數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)細(xì)胞的整個(gè)代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析研究，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)與分化的深刻理解。伴隨基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)研究的興起，代謝組學(xué)也開始受到關(guān)注。對(duì)代謝系統(tǒng)進(jìn)行研究，可以指導(dǎo)代謝工程應(yīng)用，例如代謝途徑的優(yōu)化，關(guān)鍵酶的篩選，等等，這比以前僅僅依靠隨機(jī)突變、重復(fù)篩選株種的效果

2、要更好。代謝系統(tǒng)是細(xì)胞調(diào)控的終端，也是最復(fù)雜的一個(gè)生化系統(tǒng)。細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，使得有必要采用更加有效的模型來指導(dǎo)深入的研究。 本文在細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，對(duì)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(luò)。首先，建立了酵母細(xì)胞的中心碳代謝網(wǎng)絡(luò)，對(duì)其進(jìn)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(luò)數(shù)學(xué)模型，并用生長(zhǎng)能力與最小代謝調(diào)節(jié)(MOMA)方法對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，最后計(jì)算結(jié)果，并進(jìn)行分析。在代謝

3、矩陣計(jì)算和生化計(jì)量方程求解方面，使用了Matlab，F(xiàn)luxExplorer等工具，提高了計(jì)算速度，降低了模型求解的復(fù)雜度，也保證了結(jié)果的可靠性。 結(jié)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(zhǔn)確度，并能提高我們對(duì)細(xì)胞代謝調(diào)控的理解。通過這些方法，可得到未知途徑的代謝通量，識(shí)別節(jié)點(diǎn)的剛?cè)嵝再|(zhì)，找出代謝網(wǎng)絡(luò)中的一些替代途徑，并由此計(jì)算出代謝物的理論最大得率。細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)研究方法的應(yīng)用，可以從分子水平上重現(xiàn)細(xì)胞的宏