Распределение расхода энергии на уровне отдельной клетки

Скорость метаболизма показывает, сколько энергии организм расходует в единицу времени. Его разбивка на человеческий организм с точки зрения его функций хорошо задокументирована: так много для сердца, для мозга и т. д.

В West et al., 2002 я нашел оценку скорости метаболизма отдельной клетки. Но как это происходит с точки зрения элементарных функций в клетке?

Например, какая часть энергии, доступной из питательных веществ, используется в процессе репликации генома, экспрессии белков, доставки...?

Следуя предложениям ссылок Джереми Кемболла, я нашел в этой статье долю потребления АТФ для следующих процессов:

Protein synthesis    0.34
Na+/K+ ATPase        0.16
Ca2+ ATPase          0.17
RNA/DNA synthesis    0.25
Unidentified         0.09

(что в сумме дает 1,01, а не 1 по ложным причинам). Их измерение является косвенным, основанным на О 2 потребление для предполагаемой стационарной регенерации АТФ. Интересно, как учитываются процессы на основе GTP? Или они ничтожны по сравнению с АТФ?

Это для определенного типа клеток, тимоцитов крысы, есть ли основания ожидать, что это будет сильно отличаться, скажем, от фибробластов? Кроме того, они стимулируют свои тимоциты конканавалином А. Я понял, что они не получают сигнал потребления РНК/ДНК без Кон-А, но не понял, почему это так.

Наконец, что будет в оставшихся 9%? Одним из кандидатов на потребление АТФ, предложенным Джереми Кембаллом, является оборот актина, я думаю, он подходит только для «неопознанной» строки. Оборот тубулина - это процесс GTP, не уверен насчет промежуточных филаментов (оборачиваются ли они?). Все АТФ-молекулярные моторы (по крайней мере, миозин, кинезин, динеин?) тоже должны быть там. Что-то еще?

Меня особенно интересует общее количество энергии АТФ, которое идет на миозин.

@DevashishDas: Возможно, мой вопрос был недостаточно ясен: я ищу не описание производства АТФ из глюкозы (и других связанных процессов, делающих энергию пригодной для использования), а ее использования . Некоторая ее часть на самом деле должна вернуться на производство энергии, но часть также идет на синтез белка и т. д. Кроме того, я ищу цифры (например, репликация ДНК потребовала бы столько-то за 1 цикл в 24 часа, что составляет столько-то % скорости клеточного метаболизма)
Я чувствую, что эти цифры будет трудно найти. ПЭТ-сканирование и другие вещи, использующие фторированную глюкозу, могут довольно легко оценить метаболические потребности отдельных органов, но отследить, где и когда расходуется АТФ, будет гораздо сложнее. Забавное осложнение: скорость потребления и производства АТФ резко меняется в отдельной клетке во время нормальной клеточной репликации, даже если окружающая среда неизменна. Желаю тебе удачи.
@JeremyKemball: спасибо за ваше сообщение. Полезно уже знать, что эти цифры могут быть полностью недоступны...! В любом случае, мне были бы интересны любые доступные оценки: могут быть некоторые из смеси подходов in vitro и in vivo, например, может быть более низкая оценка репликации ДНК, поскольку мы знаем, сколько п.н. нам нужно реплицировать, и, вероятно, сколько энергии требуется, чтобы воспроизвести один.
@JeremyKemball: У вас есть ссылка на тот факт, что «скорости потребления и производства АТФ сильно меняются в отдельной клетке во время нормальной репликации клеток»? Ваше здоровье.
Мне нужно выработать привычку находить источники того, что я говорю, даже в комментариях, где они не подходят. Просто потому, что я говорю вещи, которые кажутся правдоподобными, но оказываются неверными, когда вы на самом деле занимаетесь математикой, довольно часто. :/
Обратите внимание, что любой процесс ГТФ получает энергию косвенно от АТФ.
@forest: Спасибо за ваш комментарий, можете ли вы указать объяснение этих потоков энергии? en.wikipedia.org/wiki/Гуанозин_трифосфат#Биосинтез , например, не так ясен в этом.
Что вы понимаете под потоками энергии?
Вы писали, что процессы ГТФ получают энергию от АТФ. В физике вы бы назвали это потоком энергии от одного биохимического хранилища к другому.

Ответы (2)

Я размышлял над этим и немного погуглил, и у меня есть приблизительные цифры для кучи разных организмов. Это далеко не полный ответ, но это хотя бы начало, и все это не уместится в комментарии.

Я полагал, что репликация ДНК является огромным метаболическим истощением клетки. Оказывается, это далеко не так. Многие геликазы пассивны, не требуют АТФ, а количество АТФ-эквивалентных трифосфатов для синтеза всего генома довольно мало по сравнению с количеством, которое используется и перерабатывается каждый день.

По словам этих парней , люди каждый день расходуют АТФ по весу своего тела, около 50% которого приходится на обмен актина, а 30% — на синтез (60% и более у быстрых бактерий). Белки требуют около 4-5 АТФ на AA для разрушения и восстановления.

Я не думаю, что вы получите действительно хорошую общую разбивку, но в культурных растениях или кишечной палочке для этого есть числа , вроде как. Многие из них основаны на косвенных измерениях поглощения/обмена белка и затрат АТФ на AA или BP. Они увлекательны, но безумны и часто противоречивы.

50% оборота актина приходится на ткань мозга, вероятно, завышено для других тканей. Однако ваша ссылка о синтезе привела меня к этой статье , где есть числа для тимоцитов: 1/3 потребления АТФ для синтеза белка, 1/3 для цикла кальция и натрия, 1/4 для синтеза ДНК/РНК и 1/10 для " все остальные". Во-первых, как это согласуется с ожидаемым потреблением АТФ при беговой дорожке с актином? (для тимоцитов он должен соответствовать 10 %?) Что еще можно ожидать найти в этих 10 %?
Я ожидаю, что беговая дорожка актина для нейронов будет довольно большой частью расхода энергии. Они перерабатывают нейротрансмиттеры и часто перестраивают свои дендриты и тому подобное, и все это имеет свою цену. Тимоциты — это просто капли, поэтому им не нужно тратить столько энергии на цитоскелет. genome.jp/dbget-bin/www_bget?cpd:C00002 — это список того, что АТФ делает в клетке. Где и как расходуется бюджет АТФ, сильно зависит от типа клеток. Мышцы и нервы делают много ионных насосов, железы занимаются синтезом и т. д.

Значительное количество тепла, выделяемого клеткой, не происходит от гидролиза NTP. АТФ генерируется градиентом Н+ в митохондриях, и этот градиент создается механизмами, которые лишь частично зависят от АТФ. Большая часть запасов энергии в нашем организме не находится в пуле НТФ. Вот почему CO₂ и моча используются для измерения расхода энергии во время физических упражнений. В масштабе отдельных клеток сложно разработать протокол, который бы учитывал все смешанные переменные. Тем не менее, в масштабе человека, смешанные переменные в использовании энергии легко контролируются. Если вы заинтересованы в затратах энергии на один биологический процесс, этот проект будет лучше, чем количественная оценка всех процессов одновременно.

Спасибо за Ваш ответ. В статье, о которой я упоминал выше, действительно много клеточного дыхания, которое не объясняется процессами АТФ, а связано с «утечкой протонов», и я понимаю, что это связано с производством тепла. В любом случае, что меня интересует, так это расход энергии в клеточном масштабе, в рамках которого я хотел бы выделить энергию, основанную на АТФ. Затем, конкретно, меня интересует потребление энергии миозином (в немышечных клетках).
Распределение расхода энергии на уровне отдельной клетки
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v