過剰代謝

オーバーフロー代謝とは、酸素が存在する場合でも、細胞が呼吸経路を使用する代わりに、成長基質（例えばグルコース）を不完全に酸化するという、一見無駄な戦略を指します。 ^{[ 1 ]}この代謝戦略を採用した結果、細胞は乳酸、酢酸、エタノールなどの代謝産物を排出（または「オーバーフロー」）します。成長基質の不完全な酸化は、呼吸による完全な酸化よりもエネルギー（例えばATP ）を少なくしますが、癌の文脈ではワールブルク効果^[²^]、酵母の文脈ではクラブツリー効果として知られるオーバーフロー代謝は、細菌、真菌、哺乳類細胞を含む急速に成長する細胞の間で広く見られます。

大腸菌における酢酸オーバーフローの実験的研究に基づき、最近の研究では、オーバーフロー代謝と急速な成長との関連性について一般的な説明が提示されている。この理論によれば、呼吸に必要な酵素は、グルコースの部分酸化に必要な酵素よりもコストが高い。^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}つまり、細胞が呼吸代謝による急速な成長を支えるのに十分な量のこれらの酵素を生産する場合、不完全な酸化代謝（例えば発酵）による急速な成長を支える場合よりも、エネルギー、炭素、窒素（単位時間あたり）をはるかに多く消費することになる。細胞は限られたエネルギー資源とタンパク質の固定された物理的体積を持っているため、中心代謝（すなわち呼吸）による効率的なエネルギー獲得と、高い中心代謝フラックス（例えば酵母のような発酵）による急速な成長との間にはトレードオフがあると考えられている。

別の説明として、細胞はギブスエネルギーを環境に放出できる速度によって制限される可能性があると示唆された。 ^{[ 5 ]}熱力学的および化学量論的代謝モデルを組み合わせたフラックスバランス解析において、(i)成長の最大化を目的関数とし、(ii)細胞のギブスエネルギー散逸速度に限界を特定することで、生理学的パラメータ、細胞内代謝フラックス、および代謝物濃度の正確な予測が達成された。^{[ 5 ]}

参考文献

↑ Vazquez, Alexei (2017-10-27). Overflow Metabolism: From Yeast to Marathon Runners . Academic Press. ISBN 9780128122082。
↑ Fernandez-de-Cossio-Diaz, Jorge; Vazquez, Alexei (2017-10-18). "がん細胞における好気性代謝の限界" . Scientific Reports . 7 (1): 13488. doi : 10.1038/s41598-017-14071-y . ISSN 2045-2322 . PMC 5647437 . PMID 29044214 .
↑モレナール、ダウエ。ベルロ、ロジェ・ヴァン。リッダー、ディック・デ;バス・トイシンク（2009-01-01）。「成長戦略の変化は、セルラー経済学のトレードオフを反映しています。」分子システム生物学。5 (1): 323.土井: 10.1038/msb.2009.82。ISSN 1744-4292。PMC 2795476。PMID 19888218。
↑バサン、マルクス。ホイ、シェン。岡野裕之；張中哥。シェン、ヤン。ウィリアムソン、ジェームス R.ファ、テレンス (2015-12-03)。「大腸菌におけるオーバーフロー代謝は、プロテオームの効率的な割り当てによってもたらされます。」自然。528 (7580): 99–104 .土井: 10.1038/nature15765。ISSN 0028-0836。PMC 4843128。PMID 26632588。
1 2 Heinemann, Matthias; Leupold, Simeon; Niebel, Bastian (2019 年 1 月)。「ギブスエネルギー散逸の上限が細胞代謝を支配する」(PDF)。Nature Metabolism。1 (1): 125– 132。doi : 10.1038/s42255-018-0006-7。ISSN 2522-5812。PMID 32694810。S2CID 104433703 。 2020 年 5 月 5 日にオリジナル(PDF)からアーカイブ済み。 2020 年 9 月 15 日に取得。

[1] Vazquez, Alexei (2017-10-27). Overflow Metabolism: From Yeast to Marathon Runners . Academic Press. ISBN 9780128122082。

[2] Fernandez-de-Cossio-Diaz, Jorge; Vazquez, Alexei (2017-10-18). "がん細胞における好気性代謝の限界" . Scientific Reports . 7 (1): 13488. doi : 10.1038/s41598-017-14071-y . ISSN 2045-2322 . PMC 5647437 . PMID 29044214 .

[3] モレナール、ダウエ。ベルロ、ロジェ・ヴァン。リッダー、ディック・デ;バス・トイシンク（2009-01-01）。「成長戦略の変化は、セルラー経済学のトレードオフを反映しています。」分子システム生物学。5 (1): 323.土井: 10.1038/msb.2009.82。ISSN 1744-4292。PMC 2795476。PMID 19888218。

[4] バサン、マルクス。ホイ、シェン。岡野裕之；張中哥。シェン、ヤン。ウィリアムソン、ジェームス R.ファ、テレンス (2015-12-03)。「大腸菌におけるオーバーフロー代謝は、プロテオームの効率的な割り当てによってもたらされます。」自然。528 (7580): 99–104 .土井: 10.1038/nature15765。ISSN 0028-0836。PMC 4843128。PMID 26632588。

[:0-5] 1 2 Heinemann, Matthias; Leupold, Simeon; Niebel, Bastian (2019 年 1 月)。「ギブスエネルギー散逸の上限が細胞代謝を支配する」(PDF)。Nature Metabolism。1 (1): 125– 132。doi : 10.1038/s42255-018-0006-7。ISSN 2522-5812。PMID 32694810。S2CID 104433703 。 2020 年 5 月 5 日にオリジナル(PDF)からアーカイブ済み。 2020 年 9 月 15 日に取得。

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過剰代謝

関連項目

参考文献

関連するトピック

基質

グルコース）を不完全に酸化するという、一見無駄な戦略を指します。

この代謝戦略を採用した結果、細胞は乳酸

酢酸