本书以动手上机的方式教会生化与分子生物学工作者如何使用现代计算方法去分析复杂的生物化学系统；读者有一般的数学背景便足够。本书先介绍生化系统，为建模订一些准则，然后详细讨论参数估算与模型分析的数学和计算方法，最后联系现代文献中的4个研究实例，描述了生物化学系统数学建模的完整方法。本书还提供有关网址，方便读者查询。

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，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。

引言

 简化论

 整合与重构

 未来

第1章 生化系统的图形表示法

 1.1 图

 1.2 变量和参数

 1.3 构建正确的图所需的规则

1.3.1 列举所有影响系统的组分或组分库

1.3.2 列举所有相互作用与调节

1.3.3 以图的形式排列组分、库、相互作用和调节

 1.4 正确图例

1.4.1 酵解作用

1.4.2胰酶原的活化

 1.5 不正确的箭头流程图

 1.6 总结

 练习

第2章 生物化学系统的模型

 2.1 变化

 2.2 S系统

2.2.1 参数

2.2.2 S系统模型的性质

 2.3 备选模型

2.3.1 幂函数表示法

2.3.2 化学计量网络模型

2.3.3 网络作为语言

 练习

 题外话

微分方程的解是怎样进行的?

为什么建立S系统方程式的秘诀奏效?

对s系统描述的进一步说明

物流的相对变化

练习

第3章 从图形到方程

 3.1 例子

3.1.1 线性途径的S系统表示法

3.1.2 带有产物抑制的线性途径

3.1.3 带分支点的途径

3.1.4 级联系统

3.1.5 双分子反应

 3.2 约束的一般推导

3.2.1 双分子反应的约束

3.2.2 对分支点的约束

3.2.3 化学计量约束

3.2.4 守恒的质量

 3.3 可逆途径

 3.4 封闭系统和开放系统

 练习

第4章计算机模拟

 4.1 S系统方程的详细说明

 4.2 模拟与计算机辅助分析

 4.3 动力学

4.3.1 瞬态响应

4.3.2 一次性注射(Bolus)试验

4.3.3 持续变化

4.3.4 系统特性的修饰

4.3.5 相平面图

4.3.6 例子：带反馈的分支途径

4.3.7 控制性比较

4.3.8 例子：令人意外的简单途径

 4.4 稳态分析

4.4.1 稳态浓度

4.4.2 对数增益

4.4.3 参数敏感度

4.4.4 稳定性

 练习

 题外话

模型精炼

库的压缩

生产能力(产率) 

随时间变化的输入

缓冲匣

其他模型的精确类似情况

蒙特卡罗模拟一

练习

第5章 参数估算

 5.1 从稳态数据进行动力学阶的估算

5.1.1 动力学阶的直接试验测量

5.1.2 例子

5.1.3 对数增益的试验测量

 5.2 由传统的速率定律估算动力学阶

 5.3 速率常数的估算

 5.4 注意事项

 5.5 从动态数据进行估算

5.5.1 从动态数据直接估算

5.5.2 用斜率置换导数

5.5.3 瞬间响应

 练习

 题外话

用于测定动力学阶Kacser和Burns法的数学解释

在参数估算方面应用约束的两个例子

第6章 分析稳态求值

 6.1 稳态方程

 6.2 零稳态

 6.3 矩阵符号表示法

 6.4 正则S系统的稳态解法

6.4.1 无自变量的正则系统

6.4.2 包含自变量的S系统

 6.5 非正则S系统的稳态解法

 6.6 局部稳定性

 6.7 转移时间

 练习

第7章 敏感度分析

 7.1 增益的类型和敏感度

7.1.1 代谢物的对数增益

7.1.2 物流的对数增益

7.1.3 有关过渡时间的对数增益

7.1.4 代谢物浓度的敏感度

 7.2 总和与连通性的关系

 练习

 题外话

轨迹

CMA模型中的敏感度分析

练习

第8章 案例研究1——酿酒酵母的厌氧发酵途径

 8.1 发酵途径的特征

 8.2 变量的定义

 8.3 建立GMA方程

 8.4 参数值

 8.4.1 数据

 8.4.2 糖的运输

 8.4.3 己糖激酶步骤

 8.4.4 葡萄糖一6一磷酸的降解

 8.4.5 果糖一1，6一二磷酸的降解

 8.4.6 丙酮酸激酶反应

 8.4.7 AOTP的动力学

8.5 S 模型表示法

8.5.1 β2，1项与β2，2项的归并

8.5.2  S系统模型

 8.6 模型分析

 8.7 模型扩展

 8.8 优化

 8.9 物流的最大化

 练习

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

 9.1 背景

 9.2 生物化学图

 9.3 模型方程与参数值

 9.4 模型的修饰

 9.5 我们是否完成了? 

 练习

第10章 案例研究3——描述嘌呤代谢的序列模型

 10.1 粟呤代谢的生物化学

 10.2 第1个模型

 10.3 第2个模型

10.3.1 方程的建立

10.3.2 模型方程与分析

10.3.3 修饰

 10.4 第3个模型

 10.5 第4个模型

 10.6 “最终”模型

10.6.1 过程

10.6.2 模拟

10.6.3 酶活性的改变

 10.7 结论

 练习

第11章 案例研究4——在灌注鼠肝中酵解一糖原分解初始步骤的代数分析

 11.1 图的构建

 11.2 参数值

11.2.1 数据

11.2.2 约束

11.2.3 动力学阶

11.2.4 速率常数

11.2.5 S 系统方程

11.3 一致性与稳健性

11.3.1 稳态解

11.3.2 对数增益与敏感度

11.3.3 扰动

 11.4 使用符号的稳态分析

11.4.1 稳态方程

11.4.2 代谢物的对数增益

11.4.3 物流的对数增益

11.4.4 迁移时间(Transition time) 

11.4.5 速率常数敏感度

11.4.6 动力学阶敏感度

 11.5 结语

 练习

第12章 结语——超越生物化学以外的正则建模

 12.1 生物应用

12.1.1 基因调节与需求理论

12.1.2 生长动力学

 12.2 数学研究

12.2.1 模型结构的准确性

12，2.2 数值方法

12.2.3 S系统稳态方程显式的线性性质的后果

12.2.4 重构(recasting)

12.2.5 统计问题

附录

I.前期知识的要求

Ⅱ.对在此附录中描述的概念的总看法

Ⅲ.单一变量的函数

Ⅳ.几个变量的函数

V.线性代数

练习

部分答案和提示

参考文献

有关网址