基于原子转移网络图论分析的代谢网络保守部分识别

保守部分（moieties）是指在代谢网络所有反应中保持完整的原子团。识别保守部分有助于深入理解代谢网络的结构与功能，并促进代谢建模。所有部分守恒关系均可表示为对应于生化网络的化学计量矩阵左零空间中的非负整数向量。现有算法仅基于反应化学计量学计算此类向量，但其计算复杂度限制了它们在相对较小的代谢网络中的应用。此外，现有算法返回的向量通常并不表示具有确定原子结构的特定部分的守恒。在此，我们表明识别保守部分除化学计量学外还需要反应原子映射数据。我们提出了一种新方法，通过对代谢网络底层原子转移网络进行图论分析来识别其中的保守部分。我们的方法返回属于每个保守部分的精确原子组，以及化学计量矩阵左零空间中相应的向量。它可实现为多项式时间算法的流水线。我们的实现在具有超过 4,000 个质量平衡反应的代谢网络上于五分钟内完成。该方法的可扩展性使得现有部分守恒关系的应用可扩展至基因组规模的代谢网络。我们还给出了通过阐明保守部分的原子结构而成为可能的新应用示例。