生物化学系统的计算分析PDF电子书下载

目录 1

引言 1

简化论 2

整合与重构 3

未来 5

第1章　生化系统的图形表示法 8

1.1 图 8

1.2 变量和参数 13

1.3 构建正确的图所需的规则 17

1.3.1 列举所有影响系统的组分或组分库 17

1.3.2 列举所有相互作用与调节 17

1.3.3 以图的形式排列组分、库、相互作用和调节 18

1.4 正确图例 20

1.4.1 酵解作用 20

1.4.2　胰酶原的活化 21

1.5 不正确的箭头流程图 21

1.6 总结 22

练习 22

第2章　生物化学系统的模型 25

2.1 变化 28

2.2　S系统 33

2.2.1 参数 35

2.2.2　S系统模型的性质 37

2.3.1 幂函数表示法 40

2.3 备选模型 40

2.3.2　化学计量网络模型 41

2.3.3 网络作为语言 42

练习 44

题外话 44

微分方程的解是怎样进行的？ 44

为什么建立S系统方程式的秘诀奏效？ 46

对S系统描述的进一步说明 47

物流的相对变化 48

练习 49

第3章　从图形到方程 50

3.1.1 线性途径的S系统表示法 51

3.1 例子 51

3.1.2 带有产物抑制的线性途径 53

3.1.3 带分支点的途径 54

3.1.4 级联系统 57

3.1.5　双分子反应 58

3.2 约束的一般推导 58

3.2.1 双分子反应的约束 59

3.2.2 对分支点的约束 59

3.2.3 化学计量约束 60

3.2.4 守恒的质量 60

3.3 可逆途径 61

3.4 封闭系统和开放系统 62

练习 63

第4章　计算机模拟 65

4.1 S系统方程的详细说明 67

4.2　模拟与计算机辅助分析 70

4.3 动力学 71

4.3.1 瞬态响应 71

4.3.2 一次性注射（Bolus）试验 72

4.3.3 持续变化 73

4.3.4 系统特性的修饰 73

4.3.5 相平面图 74

4.3.6 例子：带反馈的分支途径 75

4.3.8　例子：令人意外的简单途径 77

4.3.7　控制性比较 77

4.4 稳态分析 80

4.4.1 稳态浓度 80

4.4.2 对数增益 81

4.4.3　参数敏感度 82

4.4.4 稳定性 83

练习 84

题外话 86

模型精炼 86

库的压缩 86

生产能力（产率） 88

随时间变化的输入 89

缓冲匣 90

其他模型的精确类似情况 91

蒙特卡罗模拟 92

练习 93

第5章　参数估算 95

5.1 从稳态数据进行动力学阶的估算 97

5.1.1 动力学阶的直接试验测量 97

5.1.2 例子 99

5.1.3 对数增益的试验测量 103

5.2 由传统的速率定律估算动力学阶 105

5.3　速率常数的估算 109

5.4　注意事项 113

5.5　从动态数据进行估算 114

5.5.1 从动态数据直接估算 115

5.5.2　用斜率置换导数 116

5.5.3 瞬间响应 123

练习 124

题外话 126

用于测定动力学阶Kacser和Burns法的数学解释 126

在参数估算方面应用约束的两个例子 127

第6章　分析稳态求值 128

6.1　稳态方程 128

6.2　零稳态 131

6.3 矩阵符号表示法 133

6.4 正则S系统的稳态解法 134

6.4.1 无自变量的正则系统 134

6.4.2　包含自变量的S系统 136

6.5 非正则S系统的稳态解法 137

6.6　局部稳定性 139

6.7　转移时间 144

练习 145

第7章　敏感度分析 149

7.1 增益的类型和敏感度 149

7.1.1 代谢物的对数增益 150

7.1.2 物流的对数增益 154

7.1.3 有关过渡时间的对数增益 156

7.1.4 代谢物浓度的敏感度 156

7.2 总和与连通性的关系 164

练习 167

题外话 168

轨迹 168

CMA模型中的敏感度分析 168

练习 173

第8章　案例研究1——酿酒酵母的厌氧发酵途径 174

8.1 发酵途径的特征 174

8.2 变量的定义 176

8.3　建立GMA方程 177

8.4　参数值 179

8.4.1 数据 179

8.4.2 糖的运输 180

8.4.3 己糖激酶步骤 180

8.4.4 葡萄糖-6-磷酸的降解 182

8.4.5　果糖-1,6-二磷酸的降解 183

8.4.6 丙酮酸激酶反应 185

8.4.7　ATP的动力学 185

8.5　S模型表示法 186

8.5.1 β2,1项与β2,2项的归并 186

8.5.2　S系统模型 187

8.6　模型分析 187

8.7　模型扩展 191

8.8　优化 191

8.9　物流的最大化 193

练习 195

9.1　背景 197

第9章　案例研究2——盘基网柄菌属中三羧酸循环模型的诊断与精炼 197

9.2 生物化学图 200

9.3 模型方程与参数值 202

9.4　模型的修饰 212

9.5　我们是否完成了？ 218

练习 219

第10章　案例研究3——描述嘌呤代谢的序列模型 220

10.1 嘌呤代谢的生物化学 221

10.2　第1个模型 222

10.3　第2个模型 223

10.3.1 方程的建立 224

10.3.2　模型方程与分析 228

10.4　第3个模型 231

10.3.3　修饰 231

10.5　第4个模型 233

10.6　“最终”模型 233

10.6.1 过程 236

10.6.2　模拟 238

10.6.3 酶活性的改变 239

10.7　结论 244

练习 244

第11章　案例研究4——在灌注鼠肝中酵解-糖原分解初始步骤的代数分析 247

11.1 图的构建 247

11.2　参数值 249

11.2.1　数据 249

11.2.2　约束 251

11.2.3　动力学阶 252

11.2.4　速率常数 254

11.2.5　S系统方程 254

11.3 一致性与稳健性 254

11.3.1 稳态解 254

11.3.2　对数增益与敏感度 255

11.3.3　扰动 256

11.4 使用符号的稳态分析 258

11.4.1 稳态方程 258

11.4.2 代谢物的对数增益 260

11.4.3 物流的对数增益 261

11.4.4　迁移时间（Transition time） 264

11.4.5 速率常数敏感度 265

11.4.6 动力学阶敏感度 268

11.5　结语 269

练习 269

第12章　结语——超越生物化学以外的正则建模 271

12.1 生物应用 272

12.1.1 基因调节与需求理论 272

12.1.2 生长动力学 273

12.2　数学研究 274

12.2.1 模型结构的准确性 275

12.2.2　数值方法 276

12.2.3 S系统稳态方程显式的线性性质的后果 277

12.2.4 重构（recasting） 278

12.2.5　统计问题 279

附录 280

Ⅰ．前期知识的要求 280

Ⅱ．对在此附录中描述的概念的总看法 280

Ⅲ．单一变量的函数 281

Ⅳ．几个变量的函数 285

Ⅴ．线性代数 288

练习 297

部分答案和提示 300

参考文献 320

有关网址 338