代谢网络通量和结构分析--硕士(18)

代谢网络通量和结构分析

大连理工大学硕士学位论文

和静态优化方法（线性规划问题）。显示了静态优化方法能够适用于大规模网络，当细胞内部条件在稳定状态时，预测结果和实验观察相一致。而动态优化方法可能适合于对系统扰动／波动后分析瞬间行为，发现使用瞬时目标函数能够与观测行为一致。最后得出结论：当所有的约束是线性的，静态优化方法在计算上执行简单：动态优化方法更加柔性，能够适合于整合实验数据。结合调节约束这两个方法都有自身的问题和局限性，但是，通过获取进一步的代谢调节可以减少局限性。

（５）阐明结构属性

ＦＢＡ已经被使用于像代谢物连接性、反应通量相互依赖性和路径冗余Ｉ生等网络拓扑性质。其中一种方法叫通量耦合分析，它通过不断最大化所有标准化通量为特殊通量口…，描述了反应通量之间相互依赖性。这种方法能够定量响应于特殊通量扰动的代谢网络。这种基于优化的方法能够适用于基因组规模网络，而使用其他技术可能有所限制［１”。

在图论中结合ＦＢＡ有助于描述代谢路径的冗余性Ｍ…。组份（基因或酶）缺失会导致一些路径的中断，路径冗余性使得网络具有抵抗组分缺失的鲁棒性。在这种方法中，ＦＢＡ预测了最初的候选代谢反应集，有向图表示用组合方法检查候选反应，用于识别冗余反应路径。对具有４８个反应的大肠杆菌代谢模型使用这种技术，找出了在不同培养条件下的多重代谢路径。如：在最大化乙酸目标下，发现了８个反应路径。

ＦＢＡ分析结果能够阐明生化网络的功能机制。在酵母代谢网络中的酶按照他们在不同生长条件下的必要性进行分类口”。这种分析把基因敲除的适当性影响定义为变异菌株最大生长速率与通过ＭＯＭＡ计算得到的比率。酵母代谢中的上位关系也可以通过计算基因敲除后最大生长率来研究１６”。这些数据能够描述酵母代谢中基因对和功能模块之间的关系。

（６）预测能力

通过模拟优化两个目标函数（生物质生长和目标产物的分泌，使用二级优化技术）优化通量分布，预测高产某一代谢物的基因敲除策略（ＯｐｔＫｎｏｃｋ）近来成为可行日”。

实验证明这种基因组规模变异策略在大肠杆菌中生产乳酸是可行的［７７，８６１。通过计算三种基因敲除策略，显示乳酸产量增长范围为２５．７３％。这些生产率直接和生物质生长相关，生长速率越大，乳酸常量也越大，从而证实ＯｐｔＫｎｏｃｋ模拟优化结果。

１．３基于网络的路径分析

１３１基元模式

基元模式［３６，３７，３８１可以简单地定义为最少酶的集合，这些酶使得该模式能够在稳定的代谢通量分布状况下朝一定方向进行［３９］。在细胞中的通量分布都是基元模式的非负线性