生物化学系统的计算分析

　　本书结合PLAS软件，面向生化、遗传研究人员与生物工程技术工作者，讲解如何使用现代计算方法去分析复杂的生物化学系统。阅读学习本书，无需高深的数学基础。本书将数学背景与专业应用分开，在生化分析中直接引用数学结论，读者若觉得有必要，再去翻阅相应的数学知识。本书从生物化学系统建模开始就引入软件PLAS的操作，并将其贯穿计算机模拟、参数估算以及方法可靠性与灵敏度的分析。本书还详细研究了四个文献已有的实例，准确描述了生物化学系统数学建模的完整方法。 每章有练习并附部分答案和提示。本书还提供相关网址，可供查询数据资源。PLAS软件可以在互联网上下载。 本书可以作为生化工程专业、医药专业本科生、研究生的教材和参考书，也可供相关专业研究所、生产企业的工程师和技术人员参考。

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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2s系统33
221参数35
222s系统模型的性质37
23备选模型40
231幂函数表示法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例子51
311线性途径的s系统表示法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1s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7控制性比较77
438例子：令人意外的简单途径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7atp的动力学185
85s模型表示法186
851β2,1项与β2,2项的归并186
852s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
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1背景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33修饰231
104第3个模型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5s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3s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