Русский
!

Presentations

Stoichiometric design of metabolic pathways

Minkevich I.G.

G.K. Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms Russian Academy of Sciences, 142290 Pushchino, Moscow Region. e-mail: minkevich@ibpm.pushchino.ru

Решение данной задачи основано на векторно-матричном представлении состава веществ и стехиометрии реакций [1]. Обоснование компьютерной сборки метаболических путей, несмотря на продвижение в этой области, встретило серьёзные трудности. Наша работа посвящена разработке эффективного метода решения данной задачи.

Используется локальная база данных, содержащая стехиометрические коэффициенты реакций, сведения об их обратимости или необратимости и элементный состав веществ. На этой основе составляется стехиометрическая матрица реакций Nkr и система уравнений SumrNkrzr=bk (zr — потоки через реакции, bk — потоки обмена системы с внешней средой). Требуется найти все zr и часть bk [2,3]. Большинство bk=0. Отличны от нуля только bk, соответствующие заданным субстрату и продукту метаболического пути. Остальные субстраты и продукты всего пути считаются неизвестными и находятся на последнем этапе решения задачи [2,3]. Матрица имеет меньше строк, чем столбцов; поэтому часть компонент zr должна быть задана, а остальные вычисляются из уравнений (см. выше). Это приводит к существованию альтернативных путей.

Главная трудность состоит в ограничениях на потоки через необратимые реакции: zrнеобр>=0. Сложным является нахождение области допустимых значений задаваемых переменных. Анализ взаимного расположения плоскостей zrнеобр=0 позволил снизить число реально действующих ограничений и обнаружить существование большого количества фиксированных переменных zr, часто равных нулю. В результате циклического применения соответствующих вычислительных процедур задача существенно упрощается, и находятся решения для альтернативных метаболических путей.



Литература.



1. Aris R. Prolegomena to the rational analysis of systems of chemical reactions. // Arch. Rational Mech. Anal. — Vol. 19. — 1965. — P. 81–98; — Vol. 27. — 1968. — P. 356–364.


2. Минкевич И.Г. Неполные системы линейных уравнений с ограничениями на переменные. // Комп. исследования и моделир. — Т. 6. — № 5. — 2014. — С. 719–745.


3. Minkevich I.G. Stoichiometric synthesis of metabolic pathways. // Computer Research and Modeling, — Vol. 7. — No. 6. — 2015. — P. 1241−1267.

© 2004 Designed by Lyceum of Informational Technologies №1533