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目录1

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

2.2　S系统33

2.2.1 参数35

2.2.2　S系统模型的性质37

2.3.1 幂函数表示法40

2.3 备选模型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

3.1.1 线性途径的S系统表示法51

3.1 例子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

4.1 S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

4.3.8　例子：令人意外的简单途径77

4.3.7　控制性比较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

8.4.7　ATP的动力学185

8.5　S模型表示法186

8.5.1 β2,1项与β2,2项的归并186

8.5.2　S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

9.1　背景197

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

9.2 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

10.4　第3个模型231

10.3.3　修饰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

11.2.5　S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

12.2.3 S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

有关网址338