代谢通量与价值生产

细胞内的代谢通量受物理、生理及经济原则的支配。在此，我假设酶资源的最优分配，并提出一个通用的代谢原则：每种酶必须将低价值代谢物转化为高价值代谢物，以证明其自身成本的合理性。这些被称为“经济势”的“价值”，描述了各个代谢物对细胞适应度的贡献。局部价值生产意味着酶的成本必须由收益来平衡，该收益等于所催化反应的经济势差乘以通量。满足这一原则的通量分布（即能找到一致势的分布）被称为经济通量。经济通量必须从较低的经济势流向较高的经济势，因此某些通量循环与任何经济势的选择都不兼容，可以被排除。为了获得经济通量分布，可以从给定的通量分布中系统地移除称为“无效模体”的非有益局部模式。局部价值生产原则类似于热力学原则，并在模型中对其进行了补充。在此，我描述了一个称为价值平衡分析（Value Balance Analysis, VBA）的建模框架，该框架利用这两个原则，并产生与酶成本最小化（在动力学模型中）和通量成本最小化（在 FBA 中）相同的解。给定一个经济通量分布，可以系统地构建处于酶最优状态且具有这些通量的动力学模型。VBA 证明了最小通量原则和排除无效循环的合理性，预测了可能作为调节靶点的酶，提供了酶和通路使用的标准，并解释了在高产率和低产率通量模式之间的选择。