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系统动力学在L-苯丙氨酸生物合成过程仿真上的应用

赵子明  
【摘要】:建立生化反应过程的动态仿真模型,进行生化反应过程预演或再现,以致能够实时地改变反应过程的动力学参数和调控方案,得出最优策略后再回到实验中去验证,则可以避免浪费大量的实验时间、材料和操作费用。生化反应过程的仿真模型在理论研究及工业应用中都有重要的价值。 L-苯丙氨酸是人体所需的八大氨基酸之一,在医药、食品领域具有广泛的应用,工业上一般采用生物合成法来生产L-苯丙氨酸。由于生物系统结构行为的复杂性该生化反应过程内在机理复杂,反应参数严重耦合,具有高度的非线性和时滞性。本文在系统生物学的基础上采用系统动力学软件ITHINK 作为建模工具,有效地解决了L-苯丙氨酸生物合成过程中存在的非线性反馈和时滞性的难题。本文分别建立了发酵法和酶法生产L-苯丙氨酸的仿真模型,并经实验数据的验证校核;设计了各种不同的操作调控条件,通过模型模拟研究其对L-苯丙氨酸产量的影响,模拟的结果很好地符合了实验数据。本仿真模型可以为L-苯丙氨酸生物合成提供系统层次的动态分析,为评估各种调控方案的优劣提供有力的帮助,还可以用于探索发现新的优化手段。


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