RUS  ENG ЖУРНАЛЫ   ПЕРСОНАЛИИ   ОРГАНИЗАЦИИ   КОНФЕРЕНЦИИ   СЕМИНАРЫ   ВИДЕОТЕКА   ПАКЕТ AMSBIB
Общая информация
Последний выпуск
Архив

Поиск публикаций
Поиск ссылок

RSS
Последний выпуск
Текущие выпуски
Архивные выпуски
Что такое RSS



Компьютерные исследования и моделирование:
Год:
Том:
Выпуск:
Страница:
Найти






Персональный вход:
Логин:
Пароль:
Запомнить пароль
Войти
Забыли пароль?
Регистрация


Компьютерные исследования и моделирование, 2019, том 11, выпуск 4, страницы 723–750 (Mi crm739)  

АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ ЖИВЫХ СИСТЕМ

Estimation of maximal values of biomass growth yield based on the mass-energy balance of cell metabolism

[Оценка максимальных значений выхода биомассы, основанная на материально-энергетическом балансе метаболизма клеток]

I. G. Minkevich

G. K. Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms, Russian Academy of Sciences, Pushchino Center for Biological Research, Russian Academy of Sciences, 5 Pr. Nauki, Pushchino, Moscow Region, 142290, Russia

Аннотация: Выход биомассы — отношение вновь синтезированного вещества растущих клеток к количеству потребленного субстрата — источника вещества и энергии для роста клеток. Выход является характеристикой эффективности конверсии субстрата в биомассу. Эта конверсия выполняется метаболизмом, который является полным множеством биохимических реакций, происходящих в клетках.
В этой работе заново рассмотрена проблема предсказания максимального выхода роста живых клеток, основанная на балансе всего метаболизма клеток и его фрагментов, названных парциальными обменами (ПО). Для рассмотрения задачи использованы следующие ПО. При росте на любом субстрате мы рассматриваем стандартный конструктивный обмен (СКО), который состоит из одинаковых метаболических путей при росте различных организмов на любом субстрате. СКО начинается с нескольких стандартных соединений (узловых метаболитов): глюкоза, ацетил-КоА, $\alpha$-кетоглутарат, эритрозо-4-фосфат, оксалоацетат, рибозо-5-фосфат, 3-фосфоглицерат, фосфоенолпируват, пируват. Также рассматриваем передний метаболизм (ПМ) — остальная часть полного метаболизма. Первый ПО потребляет макроэргические связи (МЭС), образованные вторым ПО. В данной работе мы рассматриваем обобщенный вариант ПМ, когда учтены возможное наличие внеклеточных продуктов метаболизма и возможность как аэробного, так и анаэробного роста. Вместо отдельных балансов образования каждого узлового метаболита, как это было сделано в нашей предыдущей работе, данная работа имеет дело сразу со всем множеством этих метаболитов. Это делает решение задачи более компактным и требующим меньшего числа биохимических величин и значительно меньшего вычислительного времени. Выведено уравнение, выражающее максимальный выход биомассы через удельные количества МЭС, образованных и потребленных парциальными обменами. Оно содержит удельное потребление МЭС стандартным конструктивным обменом, которое является универсальным биохимическим параметром, применимым к широкому диапазону организмов и субстратов роста. Чтобы корректно определить этот параметр, полный конструктивный обмен и его передняя часть рассмотрены для роста клеток на глюкозе как наиболее изученном субстрате. Здесь мы использовали открытые ранее свойства элементного состава липидной и безлипидной частей биомассы. Было сделано численное исследование влияния вариаций соотношений между потоками через различные узловые метаболиты. Оно показало, что потребности СКО в макроэргических связях и NAD(P)H практически являются константами. Найденный коэффициент “МЭС/образованная биомасса” является эффективным средством для нахождения оценок максимального выхода биомассы из субстратов, для которых известен их первичный метаболизм. Вычисление отношения “АТФ/субстрат”, необходимого для оценки выхода биомассы, сделано с помощью специального пакета компьютерных программ GenMetPath.

Ключевые слова: выход биомассы, метаболизм клеток, конструктивный обмен, узловые метаболиты, макроэргические связи, переносчики восстановленности, материально-энергетический баланс.

DOI: https://doi.org/10.20537/2076-7633-2019-11-4-723-750

Полный текст: PDF файл (360 kB)
Полный текст: http://crm.ics.org.ru/.../2830
Список литературы: PDF файл   HTML файл

Тип публикации: Статья
УДК: 519.8
Поступила в редакцию: 15.11.2018
Исправленный вариант: 04.06.2019
Принята в печать:12.07.2019
Язык публикации: английский

Образец цитирования: I. G. Minkevich, “Estimation of maximal values of biomass growth yield based on the mass-energy balance of cell metabolism”, Компьютерные исследования и моделирование, 11:4 (2019), 723–750

Цитирование в формате AMSBIB
\RBibitem{Min19}
\by I.~G.~Minkevich
\paper Estimation of maximal values of biomass growth yield based on the mass-energy balance of cell metabolism
\jour Компьютерные исследования и моделирование
\yr 2019
\vol 11
\issue 4
\pages 723--750
\mathnet{http://mi.mathnet.ru/crm739}
\crossref{https://doi.org/10.20537/2076-7633-2019-11-4-723-750}


Образцы ссылок на эту страницу:
  • http://mi.mathnet.ru/crm739
  • http://mi.mathnet.ru/rus/crm/v11/i4/p723

    ОТПРАВИТЬ: VKontakte.ru FaceBook Twitter Mail.ru Livejournal Memori.ru


    Citing articles on Google Scholar: Russian citations, English citations
    Related articles on Google Scholar: Russian articles, English articles
  • Компьютерные исследования и моделирование
    Просмотров:
    Эта страница:12
    Полный текст:7
    Литература:3
     
    Обратная связь:
     Пользовательское соглашение  Регистрация  Логотипы © Математический институт им. В. А. Стеклова РАН, 2019