基因調控非線性動力系統(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)的過程相當復雜.考慮到微生物細胞內9種物質的濃度無法通過實驗測得、以及反應中可能存在的其他代謝路徑，本文將這個復雜的過程由14維的基因調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調節(jié)子基因表達的阻遏作用以及對兩種關鍵酶的抑制作用.本文主要做了三方面的研究工作，具體如下：

2、　　1.考慮基因調控的機制及3-HPA可能存在的抑制機理，并假設甘油以及1,3-PD是以主動運輸與被動擴散相結合的方式進行的跨膜運輸，我們以路徑識別與參數(shù)識別為目標，建立了十四維的基因調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.
　　2.對細胞外的物質，我們提出新的相對誤差的定義來計算，對細胞內的物質我們通過生物系統(tǒng)固有的魯棒性進行分析.將兩者之和作為性能指標，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.辨識問題中同時存在連續(xù)變量和離散變量，且這兩類變量是完全相互獨立的.由于數(shù)值計算量巨大，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子問題，并證明了分解后的兩個子問題與原問題的等價性.構造相應的并行粒子群優(yōu)化算法，并對不同路徑下的各個代謝子系統(tǒng)進行魯棒性分析，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