English
!

Архив публикаций

Тезисы

XXIII-ая конференция

Стехиометрический синтез метаболических путей

Минкевич И.Г.

ФГБУН Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российская Академия наук 192290, Пущино, Московская область, Россия

1  стр. (принято к публикации)

Рассмотрены основы теоретического конструирования метаболических путей, превращающих заданные субстраты в желаемые продукты. Исходная информация для решения таких задач содержится в базах данных о биохимических реакциях. Алгоритм, синтезирующий метаболические пути, должен выбрать из такой базы необходимые реакции и определить потоки через них. Существующие в этой области публикации оставляют непроработанными ряд важных моментов в решении таких задач.

Известные уравнения баланса стационарных потоков имеют вид: Sumrvkrzr = bk, (k и r — номера веществ и реакций, vkr — стехиометрическая матрица, zr — потоки через реакции, bk — потоки обмена системы с внешней средой. Необходимо найти zr при заданных bk. Эта внешне простая задача осложнена двумя свойствами: 1) матрица vkr не квадратная, 2) для необратимых реакций есть жесткие ограничения: zr > = 0.

Разработанный нами метод решения этой задачи содержит следующие этапы.

1) Приведение системы уравнений к виду, когда число уравнений меньше числа неизвестных. Этот этап включает обеспечение равенства ранга системы числу уравнений.

2) Разбиение матрицы полученной системы N на две: N = (A C), где A — квадратная матрица полного ранга, и соответствующее разбиение вектора zT = (xT yT) (T — транспонирование).

3) Изучение ограничений на те компоненты y и x, которые соответствуют необратимым реакциям. Нами обнаружено, что среди плоскостей, соответствующих нулевым потокам через необратимые реакции, имеются семейства параллельных плоскостей. Это позволяет оставить только плоскости, соответствующие самому сильному ограничению в каждом из таких семейств. Кроме того, обнаружено, что существуют совокупности ограничений приводящие к фиксации значений некоторых из искомых переменных и, как следствие, к уменьшению размерности пространства векторов y.

4) Поиск линейно независимых векторов y. Для каждого из них вычисляются векторы x, используя матрицу A. Нулевые значения части компонент векторов x и y означают, что соответствующие реакции не участвуют в этих метаболических путях.

5) Вычисление величин bk, соответствующих строкам исходной системы уравнений, временно отброшенным при выполнении этапа 1.

Использование этого подхода показало его эффективность.



© 2004 Дизайн Лицея Информационных технологий №1533