系统生物学是研究生物系统中所有组成成分的构成,以及在特定环境下这些组分间相互关系的学科。以人类基因组计划实施为契机,系统生物学得到很大发展并产生了质的飞跃,促进了诸如物理学、化学、生物学等学科之间的交叉与融合,建立起基础科学与应用科学之间的紧密联系。使系统生物学成为21世纪生命科学研究中发展最快,异常活跃的重要领域之一。　　从基因调控的观点来看,生物系统是相互作用的网络。发生在微观到宏观尺度的动力学过程是连接网络结构和功能的桥梁。然而,由于生物系统是由有着复杂相互作用的分子组成的,高度非均匀、极端动态的体系。人们很难用动力学的方法从微观上完整描述生物网络的特性及分子之间相互作用的机理。一种有效的方法是把复杂的生物系统分解成一些简单的,具有独立功能的模块(Network Motif)。　　本工作中,依据近三十年来发展起来的非线性理论和随机动力学理论,通过建立生物化学反应的随机动力学方程和数值计算方法,系统分析了各种生物机制(诸如基因表达的随机性、时间延迟、反馈机制等)的动力学作用以及对系统集体行为的影响。通过分析一些典型的生物模块,期望对诸如生化网络的噪声传递,关联效应,振荡动力学和统计行为等问题给出系统的、定性和定量的分析和研究。　　本学位论文包括如下具体工作:　　1.系统分析了随机性在基因表达中的重要作用,以及噪声的调控,传递和关联,特别是其数值计算方法。　　2.讨论了细胞的基因调控网络、代谢网络或信号转导网络等最常见的生物分子系统中所涉及的生物化学过程中的随机动力学。分析了生化反应系统中的有延迟和无延迟的化学主方程,以及基于主方程的噪声研究方法。　　3.研究了基因调控网络的动力学理论,基因调控的机理,基因表达的方式及基因调控的生物学意义。并分别说明了原核生物和真核生物基因调控的机理和不同点。讨论了研究基因调控动力学的基本方法。并建立了基因调控中最基本最常用的几个模块,并给出确定性的反应方程和随机描述方程。用关联函数和功率谱分析了基因调控模块的动力学过程。　　4.分析了基因转录,翻译和蛋白质的翻译后修饰的机理。并对这两个生物系统的动力学过程进行了分析和讨论。分析了时间延迟,噪声和噪声的关联对系统的影响。通过对功率谱的分析,得出了估计生物系统振荡周期的新方法。并对计算结果的生物学意义进行了讨论。　　5.当我们用统计的观点讨论生物系统时,温度将是一个十分重要的物理量,但如何从动力学上来给出温度的合理定义,依然是一个需要讨论的课题。作为一种尝试,本工作研究讨论了有限哈密顿系统的不同动力学温度的定义。