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化学反应动力学在微生物体系中的应用及其反馈机理的研究

邢毅  
【摘要】: 利用结构建模方法对酿酒酵母中糖代谢的动力学性能进行研究。这一方法基于糖代谢的动力学结构并与试验所观察的具体浓度和流速值有关。在研究中,我们首先考虑在酿酒酵母中糖代谢路径的结构,而后进行动力学分析。结果表明,PFK反应在糖代谢过程中扮演了极其关键的角色,而底物F6P和抑制剂ATP所对应的饱和参数决定了出现复杂动力学行为的区域。另外,PK反应也被证明能在一定程度上诱发振荡的出现。 而后,我们又通过合成基因振荡器模型对糖代谢过程中振荡的同步进行了研究。首先,AcP,AcCoA,HOAc被分别视为可能的同步剂一一讨论。结果表明,通过数值模拟后,AcCoA仍无法使振荡同步,而AcP对同步的实现则存在很强的作用。而对于HOAc,通过改进模型,可以发现,HOAc也在一定程度上可以起到调节作用并使细胞达到同步。而后,在HOAc作为同步剂的条件下,同步与非同步的区域可以由k和k_(AcE,f)在相图中加以描述。另外,若某一细胞中的代谢物质的初始浓度相对于其它细胞较高时,相应代谢物的变化可以领导其他细胞中的同一代谢物浓度的变化,这对于预测细胞群落的行为极为有益。最后,通过对包括100个细胞的细胞群落的模拟,可以进一步说明HOAc可以促使体系达到同步。 另外,我们基于控制理论,通过构建一套新的理论方法,对化学反应动力学中的反馈机理加以揭示。进而依此研究基元反应过程,并利用时域分析法、频域分析法和根轨迹法对基元反应的反应条件进行分析和优化。


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