系统生物学通过研究某生物系统各不同部分之间的相互关系和相互作用,期望最终能够建立整个系统的可理解模型。本文将采用系统生物学的方法对两种生物系统进行研究,我们将会分析粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)生物钟调节通路与活性氧模块之间的相互作用,以及探讨经过依托泊苷(Etoposide)处理后的细胞中p53的动力学行为与细胞命运抉择之间的关系。在第一个工作里,我们建立了粗糙脉孢菌生物钟调节通路与活性氧模块的整合模型。在这个模型里,活性氧模块和生物钟模块相互影响。活性氧通过三种方式影响生物钟:促进PP2A的活性;促进WCC蛋白对FRQ蛋白的转录因子作用;抑制WCC复合物的形成。而生物钟模块通过调节抗氧化蛋白的表达来抑制活性氧的含量。通过改变H2O2和O2-的生成速率,重现了实验上活性氧影响生物钟周期和相位的现象。模拟结果显示,前述的三种方式中,在调节生物钟的周期和相位的过程中起主要作用的,是活性氧通过增强PP2A的活性进而影响生物钟核心分子的磷酸化状态这一方式。在第二个工作里,我们建立了包含ATM、p53、Mdm2和Wip1这几个重要蛋白的DNA损伤响应调控模型,该模型包含p53-Mdm2和ATM-p53-Wip1两个负反馈回路,计算结果显示在高剂量药物的作用下,p53蛋白含量单调上升,没有振荡过程,其水平处于较高的水平;而在低剂量药物的作用下,p53蛋白动力学呈现周期性的脉冲,其水平处于中等水平。该模型重现了实验中观察到的p53动力学双模开关行为,其周期和相对水平也与实验结果相符合。本文的主要内容分为以下四个组成部分:第一章,介绍系统生物学建模所用的基础知识,生物化学反应过程的数学建模,介绍生物钟和以p53为核心的DNA损伤响应调控网络,并介绍随机模拟算法。第二章,研究粗糙脉孢菌生物钟的调节通路和活性氧模块之间的相互作用,并通过随机模拟的方法观察模型在有噪音情况下的表现。第三章,研究药物依托泊苷处理后细胞内的DNA损伤响应过程,探究DNA损伤强度与p53动力学之间的关系。第四章,对以上两个工作做出总结,探讨模型的不足之处,对未来的工作做出展望。