随着高通量的基因组学、蛋白质组学和代谢组学数据的不断积累,成千上万的实验数据结果使得庞大且复杂的代谢通路模型化成为可能,代谢通路的模型也随之越来越准确。代谢通路显示了不同分子通过相互作用来执行重要的功能。代谢通路是生物网络中较重要的一类,代表着生物体内不同的化合物通过反应进行分解与合成,从而为生命提供能量和必需元素。分析这些通路是了解生物体的功能机制的关键所在。从代谢通路的拓扑结构和生物特性出发,本文针对复杂的代谢通路进行了研究,主要工作如下:(1)针对现有的代谢通路重建方法容易产生数据冗余,且无法区分酶间的相互作用是否存在双向作用的问题,本文提出了一种基于PATHWAY数据库的代谢通路的重建方法,该方法从数据库中下载记录着酶数据和特定物种的反应数据的XML文档,分析其内在联系,然后通过解析提取所需要的关键信息添加到本地数据库的表中,匹配关联字段后将代谢通路表示为酶图和化合物图,达到代谢通路重建的目的。实验结果表明,通过重建后的酶图和化合物图可以更准确地表示代谢通路的有向性,与PAHTWAY数据库中的原图比较时无数据冗余、数据丢失现象。(2)代谢通路的比对属于复杂网络的比对,现存的方法大都通过限制代谢通路的拓扑结构来完成比对,为克服这一缺点,本文提出了一种基于拓扑相似性和酶相似性的方法来进行全局的代谢通路比对方法。该方法将代谢通路整体输入,通过计算通路中节点的拓扑相似性和酶相似性后加权得到节点的相似性得分矩阵,然后结合节点的相互作用得分得到比对得分矩阵,最后采用贪婪搜索提取最佳比对结果,在搜索的过程中迭代更新节点的相互作用得分,从而增大相似节点匹配的可能性。实验结果表明,这种基于拓扑相似性和酶相似性的比对,可以识别物种间或物种内的保守模块,将相同酶或相似的酶匹配到一起,从而可以鉴定缺失或有争议的酶。同时,这种不限制拓扑结构的整体通路比对方法,可以尽可能地保存生物的完整性,体现出比对的生物学意义。