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分析线性规划代谢网络端通路计算策略学术

收藏本文 2024-02-04 点赞:4630 浏览:11699 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:细胞代谢是一切生命活动的基础,代谢网络中的生物化学反应之间的相互作用维持了细胞的新陈代谢。生物代谢网络是一个动态的、有序的网络,代谢网络的失衡则会导致众多疾病的发生。目前,随着高通量实验技术、新一代测序技术的进步,基于COBRA框架的全基因组代谢网络的数学模型正在不断的被改善,对这些数学模型的浅析对复杂的代谢网络的探讨有很大推动作用。在数学上,端通路是指代谢网络模型所描述的解空间的棱,这些端通路可以非负线性表示解空间中所有的点。在生物作用上,端通路是代谢网络中独立的最小代谢通路,利用这些最小代谢通路可以表示整个代谢网络中的代谢通路。端通路可运用于代谢工程、药物靶点寻找等探讨中,对端通路的探讨可以使代谢网络探讨更加有针对性、更高效,端通路的计算则是端通路探讨的基础。由此,对端通路计算策略的探讨具有很大的作用。本论文提出两种计算端通路的新策略,一种策略是基于混合整数线性规划的计算策略,这种策略是利用“拐角点”采样结果作为混合整数线性规划策略的初始点,将端通路路径长度作为目标函数进行优化计算的策略。另一种策略是基于单纯形法的计算策略,这种策略是基于单纯形中顶点旋转的论述来计算端通路的。这两种策略克服了现有计算策略在大规模代谢网络端通路计算中的不足。通过对这两种新策略与现有策略的比较浅析,显示出本论文策略的广泛适用性与灵活性。本论文所提出的两种端通路计算的新策略不仅可以运用于中小型代谢网络,也同样可以运用于全基因组的大规模代谢网络中。策略所需参数较少,只需给定基于COBRA框架建模的代谢网络化学计量学矩阵和反应可逆性信息即可进行计算。还可以通过这两种策略计算通过特定反应集合的端通路,对于代谢通路、反应重要量、网络冗余性等方面的探讨都有重要的指导作用。关键词:代谢网络论文COBRA论文端通路论文混合整数线性规划论文单纯形法论文

    摘要5-6

    Abstract6-8

    引言8-9

    第一章 绪论9-15

    1.1 代谢网络及COBRA建模框架介绍9-11

    1.2 端通路定义、运用的介绍11-13

    1.3 本论文的主要内容介绍13-15

    第二章 背景介绍15-24

    2.1 Expa策略15-17

    2.1.1 Expa策略介绍15-16

    2.1.2 Expa策略适用范围浅析16-17

    2.1.3 Expa策略优点和不足17

    2.2 分块计算策略17-21

    2.2.1 分块计算策略介绍17-21

    2.2.2 分块计算策略适用范围浅析21

    2.2.3 分块计算策略优点和不足21

    2.3 采样计算策略21-24

    2.3.1 采样计算策略介绍22-23

    2.3.2 采样计算策略适用范围浅析23

    2.3.3 采样计算策略优点和不足23-24

    第三章 利用混合整数线性规划策略计算端通路24-38

    3.1 利用混合整数线性规划策略计算端通路的设计思路24-27

    3.2 算法流程27-32

    3.3 实验结果32-38

    第四章 利用单纯形法计算端通路38-54

    4.1 利用单纯形法计算端通路的设计思路40-43

    4.2 算法流程43-51

    4.3 实验结果51-54

    第五章 论文主要成果及展望54-56

    5.1 论文主要成果54

    5.2 不足与展望54-56

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