創(chuàng)建生物學反應計算機模型的兩大難題及其解決方法

【關鍵詞】 計算機模型；生物學反應；自由基
　　【關鍵詞】 計算機模型；生物學反應；自由基
　　0引言
　　創(chuàng)建生物學反應的計算機模型是很有意義的. 例如，國外一個研究小組創(chuàng)建了一個包括近8000化學信號的介質網絡和細胞凋亡模型，就被美國《科學》雜志評為2005年十大科學突破之一. 近兩年來,我們也在創(chuàng)建一個能根據(jù)細胞或機體的反應而創(chuàng)作和顯示各種生物學反應的反應機制圖的計算機模型. 我們在研究中感到, 創(chuàng)建僅能創(chuàng)作和顯示一種生物學反應的反應機制圖的計算機模型并不難,而要創(chuàng)建能創(chuàng)作和顯示各種生物學反應的反應機制圖的計算機模型則困難較大.在這方面有兩大難題必須解決;但是,通過反復研究,我們已找出了解決這兩大難題的方法.
　　1兩大難題及其解決方法
　　其一，將各種生物學反應的數(shù)據(jù)存儲在同一數(shù)據(jù)庫后,計算機雖能創(chuàng)作出很多反應機制圖,但多數(shù)都是不符合實際的,或只能顯示輸入的原圖,而不能進行創(chuàng)作. 例如，當我們將細胞的增殖與分化，凋亡與壞死，血管的擴張與收縮，機體的免疫與炎癥等反應的數(shù)據(jù)都存儲到同一個數(shù)據(jù)庫，在達到329個數(shù)據(jù)時，如果要查閱內皮生長因子（EGF）對內皮細胞（EC）的作用及其機制,在鍵入“EGF”和“EC”作為關鍵詞, 并鍵入“(contin )”表示“要求顯示各種可能的反應結果”，計算機就立即創(chuàng)作出202個反應機制圖. 但是,其中絕大多數(shù)都是不符合實際的；如關于EGF對EC的作用的反應結果有些竟是細胞凋亡，抑止呼吸，產生細胞因子，產生抗體，吞噬殺菌等等. 分析這些反應機制圖可以看出，產生這種現(xiàn)象的主要原因,是由于細胞增殖及其他許多生物學反應都涉及superoxide自由基的作用;計算機在創(chuàng)作這些反應機制圖的過程中,常常是在到達選用superoxide自由基的步驟時就步入歧途.
　　在研究自由基在生物學反應中作用的基礎上，我們曾提出一個新學說［1］，這個學說認為,生物學反應常涉及兩類介質(specific and general mediators)的作用，specific enzymes, transcription factors, cytokines and eicosanoids 等生物活性分子系生物學反應的specific mediator; 它們在體內常僅作用于特定的分子,二者之間只有具備鑰匙和鎖樣的結構關系,才能反應,因此不需要外在因子來約束它們的反應,而super oxide和nitric oxide等自由基則系生物學反應的general mediator,它們都具有直接或通過生成OH等強氧化劑的途徑而修飾各種生物分子的能力,因此它們在體內的作用不僅決定于其本身的結構而且還要受其他一些外在因子的約束,以免有關的反應出現(xiàn)紊亂現(xiàn)象. 按照這個學說,我們在構建數(shù)據(jù)庫時，對這兩類介質就應給以不同的處理,如為了使計算機能正確地選定這些介質;對specific mediator只要標明其名稱就可以了;對general mediator,除要標明其名稱外,還要說明約束其反應的因子,否則就會創(chuàng)作出很多不符合實際的反應機制圖［2-5］.
　　當我們創(chuàng)建

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