An upper limit on Gibbs energy dissipation
governs cellular metabolism
https://www.nature.com/articles/s42255-018-0006-7
Nature metabolism, vol1, Jan, 2019, 125-132.
Niebel et al.,
細胞の代謝機能を支配する原理は良くわかっていない。
多様な生物が似たような代謝のフラックスパターンを示すので、著者らは基本的な熱力学的制約が細胞代謝を形成するかもしれないという仮説を立てた。
生化学的熱力学の包括的な記述を用いて、酵母のためのギブスエネルギー収支を含む制約ベースモデルを開発した。
定量的メタボロームおよび生理学的データの非線形回帰分析により、細胞ギブスエネルギー散逸の上限の存在を明らかにした。
成長率最大化を伴う代謝流束解析にこの限界を適用することにより、開発したモデルは、成長率最大時だけでなく、種々のグルコース取り込み速度において、生理学および細胞内代謝を予測できる。
代謝流束は、グルコース取り込み速度の増加と共に、最大成長速度を達成することができるが、それ以下に留まることができる。
代謝流束の再分布の可能性がすべてなくなりしだい、細胞は最大の成長率に達する。
この原理は、大腸菌やさまざまな炭素源にも成り立つ。私たちの仕事は提案します
代謝反応化学量論、Gibbsエネルギー散逸率の限界、細胞成長率最大化の３要素が、生物や状態を超えて代謝を形作る。
