源自低等真核生物核糖体生物发生的生长规律与不变量
生物物理
2021-01-13 v1 亚细胞过程
摘要
真核生物和细菌是进化距离最远的生命域,这反映在它们的细胞结构和生理差异上。例如,真核生物具有膜结合的细胞器(如细胞核和线粒体),而细菌则没有。真核生物更高的复杂性使得从实验和理论角度对其进行研究都更加困难。然而,受近期一项实验结果的启发——该结果表明芽殖酵母(一种单细胞真核生物)在核糖体蛋白质组分数与细胞生长速率之间遵循与细菌相同的比例关系,我们从核糖体生物发生的第一性原理推导出了一组描述真核生物生长的关系式。我们恢复了观察到的核糖体蛋白质比例关系,随后进一步得出了关于细胞内合成核糖体RNA的RNA聚合酶数量的两个生长规律。这些生长规律进而揭示了真核生物生长的两个不变量,即无论生长条件如何,预测被真核生物所保守的量。这些不变量是真核生物中首次发现的此类不变量,阐明了核糖体生物发生所要求的转录与翻译动力学的协调,并将这些动力学参数与细胞生理学联系起来。我们展示了这些关系式在酿酒酵母(S. cerevisiae)中的应用,发现预测结果与现有数据吻合良好。随后,我们概述了定量推导若干未知动力学和生理学参数的方法。该分析并不局限于酿酒酵母,在获得数据后可扩展至其他低等(单细胞)真核生物。这些关系式也可能与某些癌细胞相关,这些癌细胞与细菌和酵母一样,表现出快速的细胞增殖和核糖体生物发生。
引用
@article{arxiv.2008.11697,
title = {Growth-laws and invariants from ribosome biogenesis in lower Eukarya},
author = {Sarah Kostinski and Shlomi Reuveni},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.11697},
year = {2021}
}