Mathematical modelling of enzymatic reactions, simulation and parameter estimation
Enzimatik reaksiyonların matematiksel modellenmesi, simulasyonu ve parametre kestirimi
- Tez No: 167345
- Danışmanlar: PROF. DR. BÜLENT KARASÖZEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: metabolik mühendislik, kinetik modelleme biyokimyasal modelleme, enzimatik reaksiyonlar, cebirsel diferensiyel denklemler, parametre tahmini, optimizasyon, genetik algoritmalar, metabolic engineering, kinetic modelling, biochemical reactions, en zymatic reactions, differential algebraic equations, parameter estimation, opti mization, genetic algorithm. IV
- Yıl: 2005
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Uygulamalı Matematik Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Finansal Matematik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
.. Öz ENZİMATİK REAKSİYONLARIN MATEMATİKSEL MODELLENMESİ, SİMULASYONU VE PARAMETRE KESTİRİMİ Süreyya Özöğür Yüksek Lisans, Bilimsel Hesaplama. Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Bülent Karasözen Ocak 2005, 75 sayfa İnsan metabolizmasının detaylı ve analitik olarak incelenmesi, biyoloji, tıp ve eczacılık alanlarındaki bilim adamlarının dikkatlerini üzerine toplamıştır. Metabolik patikaların matematiksel modellemesi, metabolik süreçlerin gelecek¬ teki davranışlarınım tahmini ve gerektiğinde en uygun müdahelelerin öngörüle- bilmesi için kullanılabilirliği nedeniyle bu detaylı ve analitik incelemeye yeri doldurulamaz katkılar sağlamaktadır. Bu çalışma metabolik patikaların matematiksel modeli, analizi ve simülasyonu üzerinedir. Metabolik patikalar, hücre içi ve hücre dışı enzimler, metabolitler, nükleotidler ve kofaktörler gibi bileşikleri içermektedir. Deneysel veriler ve metabolik patikalar hakkındaki bilgiler matematiksel modelin oluşturulmasında kullanılmaktadır. Model denklemleri, li¬ neer olmayan adi diferensiyel denklemler ya da cebirsel diferensiyel denklemlerden oluşmaktadır. Denklemler, kinetik hız sabitleri, reaksiyonların başlangıç hızları ve metabolitlerin başlangıç konsantrasyonları gibi kinetik parametreleri içermektedir. Enzimatik reaksiyonların doğrusal olmayan doğası ve fazla sayıda parametre içermesi doğru simule edilebilmelerinde sorun yaratmaktadır. Meta- vbolik mühendislik, parametre sayısını azaltarak model denklemlerim basitleştir¬ meye çalışmaktadır. Bu çalışmada üç enzimli kreatin kinaz, hekzokinaz ve glukoz altı fosfat dehidrogenaz sistemi cebirsel diferensiyel denklemler yardımıyla modellenmiş, sayısal yöntemlerle çözülmüş ve parametre tahmini yapılmıştır. Sayısal sonuçların literatürde yer alan çalışmalarla karşılaştırılması yapılmış¬ tır. Bu karşılaştırmada CK-HK-G6PDH sisteminin doğrudan çözülebilmesine dayanan çözüm metodumuzun basitleştirilmiş çözümlerden oldukça farklı sonuçlar verdiği gösterilmiştir. Bunların yamsıra genetik algoritma (GA) ile parametre kestiriminin deneysel verilere özellikle NADPH metabolitinede çok daha yakın sonuçlar sağladığı gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT MATHEMATICAL MODELLING OF ENZYMATIC REACTIONS, SIMULATION AND PARAMETER ESTIMATION Süreyya Özöğür M.Sc, Department of Scientific Computing Supervisor: Prof. Dr. Bülent Karasözen January 2005, 75 pages A deep and analytical understanding of the human metabolism grabbed at tention of scientists from biology, medicine and pharmacy. Mathematical models of metabolic pathways offer several advances for this deep and analytical under standing due to their incompensable potential in predicting metabolic processes and anticipating appropriate interventions when required. This thesis concerns mathematical modelling analysis and simulation of metabolic pathways. These pathways include intracellular and extracellular compounds such as enzymes, metabolites, nucleotides and cofactors. Experimental data and available knowl edge on metabolic pathways are used in constituting a mathematical model. The models are either in the form of nonlinear ordinary differential equations (ODE's) or differential algebraic equations (DAE's). These equations are com posed of kinetic parameters such as kinetic rate constants, initial rates and concentrations of metabolites. The nonlinear nature of enzymatic reactions and large number of parameters cause trouble in efficient simulation of those mreactions. Metabolic engineering tries to simplify these equations by reducing the number of parameters. In this work, an enzymatic system which includes Creatine Kinase, Hexokinase and Glucose 6-Phosphate Dehydrogenase (CK- HK-G6PDH) is modelled in the form of DAE's, solved numerically and the system parameters are estimated. The numerical results are compared with the results from an existing work in literature. We demonstrate that our solution method based on direct solution of the CK-HK-G6PDH system significantly differs from simplified solutions. We also show that a genetic algorithm (GA) for parameter estimation provides much more clear results to the experimental values of the metabolite, especially, with NADPH.
Benzer Tezler
- Peynir altı suyundan elde edilen laktozun enzimatik hidrolizinin incelenmesi ve modellenmesi
The investigation and modelling of enzymatic hydrolysis of lactose recovered from whey
ELÇİN DEMİRHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
BiyoteknolojiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELMA KIN ÖZBEK
- Ozmotik membran distilasyon sisteminde galaktooligosakkarit sentezinin optimizasyonu ve kinetik modellenmesi
Optimization and kinetic modelling of galactooligosaccharide synthesis in osmotic membrane distillation system
KADİR ÇINAR
Doktora
Türkçe
2021
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRBÜZ GÜNEŞ
PROF. DR. HACI ALİ GÜLEÇ
- Sütteki laktozun enzimatik hidrolizinin incelenmesi ve modellenmesi
A modelling study on enzymatic hydrolysis of milk lactose
NESLİHAN ŞENER
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. BELMA KIN ÖZBEK
- Biyokimyasal reaksiyonların matematiksel modellemesi üzerine
On mathematical modeling of biochemical reactions
SENEM YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
MatematikBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiMatematik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRAH HASPOLAT
- Enzimatik reaksiyonlara ait kinetik katsayıların cevap yüzeyi metodu ve yapay sinir ağları kullanılarak saptanması
Determination of kinetic constants of enzymatic reactions using response surface methodology and artificial neural networks
DENİZ BAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Gıda MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. İSMAİL HAKKI BOYACI