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某些生物体在一定压力下会产生振荡包括衰减振荡,如细胞缺葡萄糖引起ATP浓度振荡,细胞缺氧引起线粒体膜电位振荡,DNA损伤引起p53浓度振荡。这些都是细胞承受压力时的反应,而这些振荡的产生都是为了传递某种信号。但生物体是如何设计报警机制使得更好的产生振荡信号?本文以心肌缺血糖酵解反应为例,建立数学模型并利用反馈控制理论中敏感性来研究上述问题。以下是本文的研究成果及主要贡献:(1)以前糖酵解的研究都强调从稳态到振荡的分叉变化,但实验结果观察到的都是衰减振荡并不是真正的振荡。本文将这种情况视为从一个稳态到另一个稳态跳跃过程中的敏感反应。(2)通过控制理论分析得到模型加权敏感度函数WS(s)、权重函数W(s)、敏感函数S(s)、开环传递函数G(s)H(s)相关解析表达式。(3)根据敏感函数和加权敏感度函数解析式,在F6P-FBP模型中参数影响敏感函数和加权敏感度函数的峰值,分别取c,b,n,Vs,Kd的不同值,且先固定其中四个参数值,发现随着参数值的改变,敏感函数和加权敏感度函数的峰值有一定的变化趋势,并且参数的敏感性越强敏感函数和加权敏感度函数的峰值越大。(4)在F6P-FBP模型中敏感的参数区域与加权敏感度函数峰值有联系,分别取c,b,n,Kd的不同值,发现敏感的参数区域对应的加权敏感度函数峰值类似。因此,可以直接通过加权敏感度函数峰值横截的方法找到敏感的参数区域。根据这样的方法探究不同参数的敏感区域,发现参数值与敏感的参数区域有一定的变化关系。由此可以选择合适的参数值使得系统在外界压力下产生更好的振荡信号。总结上述研究结果我们发现在生物学上有着与之对应的关系,如随着hill常数、反馈控制系数、转录速率、降解速率的改变,生物体的敏感性和敏感的参数区域都具有一定的变化趋势。可见,生物学确实符合上述理论分析来设计报警机制。