基因調(diào)控非線性動力系統(tǒng)的路徑與參數(shù)辨識.pdf

1、甘油連續(xù)發(fā)酵經(jīng)克雷伯氏桿菌(Klebsiella pneumoniae)歧化生成1,3-丙二醇（1,3-PD)的過程相當(dāng)復(fù)雜.考慮到微生物細(xì)胞內(nèi)9種物質(zhì)的濃度無法通過實(shí)驗(yàn)測得、以及反應(yīng)中可能存在的其他代謝路徑，本文將這個(gè)復(fù)雜的過程由14維的基因調(diào)控非線性混雜動力系統(tǒng)表示出來.該動力系統(tǒng)還考慮了還原路徑上3-羥基丙醛（3-HPA)對 dha調(diào)節(jié)子基因表達(dá)的阻遏作用以及對兩種關(guān)鍵酶的抑制作用.本文主要做了三方面的研究工作，具體如下：

2、　　1.考慮基因調(diào)控的機(jī)制及3-HPA可能存在的抑制機(jī)理，并假設(shè)甘油以及1,3-PD是以主動運(yùn)輸與被動擴(kuò)散相結(jié)合的方式進(jìn)行的跨膜運(yùn)輸，我們以路徑識別與參數(shù)識別為目標(biāo)，建立了十四維的基因調(diào)控非線性混雜動力系統(tǒng)，并論證了一些系統(tǒng)的基本性質(zhì).
　　2.對細(xì)胞外的物質(zhì)，我們提出新的相對誤差的定義來計(jì)算，對細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)我們通過生物系統(tǒng)固有的魯棒性進(jìn)行分析.將兩者之和作為性能指標(biāo)，以連續(xù)發(fā)酵的近似穩(wěn)定性、非線性混雜動力系統(tǒng)等為主要約束條件，全

3、面考慮了各種可能存在的路徑，建立了代謝系統(tǒng)的路徑與參數(shù)識別模型，并論證了其最優(yōu)解的存在性.
　　3.辨識問題中同時(shí)存在連續(xù)變量和離散變量，且這兩類變量是完全相互獨(dú)立的.由于數(shù)值計(jì)算量巨大，直接求解十分困難，因此可以將參數(shù)辨識問題分解為兩個(gè)子問題，并證明了分解后的兩個(gè)子問題與原問題的等價(jià)性.構(gòu)造相應(yīng)的并行粒子群優(yōu)化算法，并對不同路徑下的各個(gè)代謝子系統(tǒng)進(jìn)行魯棒性分析，得到辨識問題的最優(yōu)解.最后，我們對幾組不同條件下的甘油初始濃度和流加