Red blood cell has many functions including oxygen and carbon dioxide transports, generation of metabolic energy, reducing agents, 2,3-bisphosphoglycerate. So the metabolic networks include the glycolysis, the pentose phosphate pathway, the 2,3-diphosphoglycerate shunt, and the pathway of nucleotide metabolism. In this thesis, three types of metabolic pathway models have been integrated to analyze the metabolism in the red blood cells. These are stoichiometric model for pathway analysis, flux balance analysis for metabolic flux analysis, and mathematical model for dynamic simulation.
When these techniques are applied to larger systems, some attentions are necessary. First, when optimal conversion yield is obtained from the elementary flux mode, it is noticed that some metabolites are used as intermediate metabolite or energy. If these metabolites are included in the system, it is very hard to judge the usage of these metabolites.
Second, when there exists exactly the same overall reaction for different pathways, it is noticed that optimal flux distribution is made from linear combination of these pathways. In order to have biological meaning, it should be considered together with some other aspects, such as dynamic behavior.
The three analysis techniques are the basis of metabolic engineering, which is the targeted improvement of cellular properties through modification of specific bioreactions (or introduction of new ones) with the use of rDNA technology. So methodologies used in this thesis can be useful for the analysis of complex metabolic network.
적혈구는 체내에서 산소와 이산화탄소를 운반하는 일 이외에 에너지원과 환원제, 2,3-비스포스포글리세르산 (2,3-bisphosphoglycerate)을 만드는 기능을 포함하여 많은 일들을 하고 있다. 따라서 적혈구는 해당과정, 펜토오스 인산 회로, 당질의 합성회로 등을 포함하고 있다. 이 논문에서는 대사회로를 분석하는 세가지 모델을 효율적으로 함께 이용하는 방법에 대해 알아보았다. 대사회로 분석을 위한 양론 모델, 대사흐름 분석을 위한 대사흐름 모델, 동적 거동을 알아보기 위한 수학적 모델 이 세 가지 모델을 적혈구 대사회로를 분석하는데 적용하여 보았다.
이들 분석 방법들을 보다 큰 시스템에 적용시키기 위해서는 몇 가지를 주의하여야 한다.
첫째, 단일 흐름방식 (elementary flux mode)로부터 최적 전환율을 구할 때에는 에너지로 사용되는 물질이 회로 안에 포함되어 있을 수도 있음을 인지하여야 한다. 만약 에너지 물질이 회로에 포함되어 있다면 그 물질이 에너지로 사용되었는지, 대사 물질로 사용되었는지 잘 판단하여야 한다.
둘째, 다른 대사회로가 정확히 같은 전체반응을 가지는 경우 최적 흐름 분포가 이들 대사회로 들의 선형조합으로 이루어질 수 있다는 것을 인지하여야 한다. 이 결과가 생물학적인 의미를 가지려면, 동적거동과 같은 다른 면이 함께 고려되어야 한다.
이 논문에서 사용된 세가지 분석방법은 대사공학의 기초를 이루고 있는 부분으로서, 복잡하고 커다란 생물 시스템을 분석하는데 유용하게 쓰일 것이다.
