生化的に構造化された代謝ネットワークにおける資源配分

要約 微生物は、タンパク質発現レベル、代謝物濃度、反応速度を同時に変更することで、環境の課題に合わせて代謝を調整します。ここでは、酵素の生化学と代謝ネットワークの全体的な構造を統合した微生物資源配分の分析モデルを確立します。ミカエリス・メンテン酵素の経路における外部栄養素からのタンパク質バイオマスの生成を説明し、質量の保存と細胞成長による代謝物の希釈の制約の下で成長を最大化する資源配分を計算します。このモデルは、プロテオームとメタボロームへの成長依存型微生物資源配分の一般的なパターンを予測します。栄養豊富な媒体では、最適なタンパク質発現は個々の合成ステップの生化学に主に依存し、代謝物濃度とフラックスは代謝経路の段階を経るごとに減少します。栄養制限下では、個々のタンパク質発現レベルは成長速度に対して線形に変化し、その変化の方向は再び酵素の生化学に依存します。代謝物レベルとフラックスは成長速度に対してより強く、非線形的に減少します。細胞がほぼ最適な成長に調整できる単純な代謝物ベースの調節論理を特定します。最後に、我々のモデルは、局所的な生化学的パラメータと実証データに調和した全体的な代謝物質量分率を含む代謝ネットワークの進化的安定状態を予測します。