復雜代謝系統(tǒng)路徑與參數(shù)的生物魯棒辨識.pdf

1、碩士學位論文復雜代謝系統(tǒng)路徑與參數(shù)的生物魯棒辨識PathwayandParameterIdentificationofaComplexMetabolicSystemviaBiologicalRobustness作者姓名：學科、專業(yè)：學號：指導教師：完成日期：郭延杰運籌學與控制論21101052馮恩民教授2014年5月大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要甘油微生物歧化生產(chǎn)1，3一

2、丙二醇(1，3PD)的發(fā)酵過程是一個復雜的生物工程，在甘油連續(xù)發(fā)酵生成1，3一PD過程中存在著一些不確定因素，尤其是甘油和1，3一PD的跨膜方式本文依據(jù)一個十四維的基因調(diào)控非線性混雜動力系統(tǒng)確定甘油和1，3一PD的跨膜方式，論證了系統(tǒng)的一些基本性質(zhì)應用生物系統(tǒng)固有的性質(zhì)，提出了一個新的定量的魯棒性的定義，并對各個代謝子系統(tǒng)進行魯棒性分析綜合各種因素建立了代謝系統(tǒng)的路徑與參數(shù)辨識模型，構(gòu)建相應的并行優(yōu)化算法，得到辨識問題的最優(yōu)解數(shù)值結(jié)果顯

3、示甘油和1，3PD最可能的跨膜方式均為主被動相結(jié)合針對甘油連續(xù)發(fā)酵酶催化一基因調(diào)控混雜系統(tǒng)辨識問題，做了認真研究取得的主要研究成果如下：1在孫亞琴等人提出的模型基礎(chǔ)上，考慮連續(xù)發(fā)酵過程中基因調(diào)控機理、甘油和1，3PD的跨膜方式，中間產(chǎn)物3一羥基丙醛(3HPA)對細胞生長的抑制作用和對dha調(diào)節(jié)子基因表達的阻遏作用，我們考慮甘油連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)1，3一PD的非線性混雜動力系統(tǒng)，并論證了系統(tǒng)的一些基本性質(zhì)2針對甘油和1，3一PD跨膜運輸機理不清

4、的問題，對胞外物質(zhì)我們計算物質(zhì)的相對誤差，對胞內(nèi)物質(zhì)我們進行魯棒性分析以胞內(nèi)物質(zhì)的生物魯棒性和飽外物質(zhì)的相對誤差為性能指標，以非線性混雜動力系統(tǒng)為約束條件，建立了系統(tǒng)的參數(shù)辨識模型并證明了模型最優(yōu)解的存在性3由于辨識模型包括135個非線性動力系統(tǒng)，4050個連續(xù)變量和540個離散變量且數(shù)值計算量大，我們將辨識問題分解成兩個子問題且證明了分解后問題與原問題的等價性構(gòu)建相應的并行算法求得辨識問題的最優(yōu)解最后，我們對一套實驗數(shù)據(jù)進行數(shù)值模擬，