20、调控代谢网络中布尔控制学习案例研究

调控代谢网络中布尔控制学习案例研究

1 调控代谢网络示例

1.1 代谢网络与布尔网络

• 代谢网络中，每个节点代表一种代谢物，每条超边代表一个反应。例如，超边 R7 连接 {A; NADH} 到 {E}，模拟反应 A + 3 NADH → 3 E，超边上的整数值为化学计量系数，默认值为 1。
• 布尔网络用于调控代谢网络，其中与反应相关的 9 个函数中，只有两个（Tc2, Rres）是非常量的，它们涉及两个调节蛋白。

1.2 影响图

影响图展示了网络的多层调控：外部输入代谢物（Carbon1, Oxygen）调节调节蛋白（RPcl, RPO2），调节蛋白再调节反应（Tc2, Rres）。具体如下表所示：
| 调节蛋白 | 布尔规则 |
| ---- | ---- |
| fRPO2(x) | ¬xOxygen |
| fRPcl(x) | xCarbon1 |

2 动态 rFBA

2.1 基础概念

• Flux Balance Analysis (FBA) 根据反应通量的线性目标函数返回最优代谢稳态，这里假设目标函数是最大化通过反应 Growth 的通量。
• 对于调控代谢网络，rFBA 框架允许定义离散时间序列的最优稳态，其中调节变量可使反应通量为零，输入代谢物浓度定义摄取通量的上限。

2.2 代谢 - 调节稳态定义

设 (N, P, f) 是具有通量边界 (l_r, u_r \in R)（(0 \leq l_r