非平衡钙动力学优化线粒体代谢的能量效率
分子网络
2023-08-07 v3 其他凝聚态物理
统计力学
摘要
生物体持续获取能量以执行复杂功能以适应和生存，而其中部分能量以热或化学废物的形式耗散。确定特定细胞过程的能量代价与效率仍是一个很大程度上未解决的问题。本文中，我们分析通过三羧酸(TCA)循环和氧化磷酸化产生大多数真核细胞化学能的线粒体腺苷三磷酸(ATP)生成的效率。钙信号对该通路的调控是一个特征明确的调控串扰例子，可影响代谢通路的能量输出，但其具体能量影响仍不清楚。一方面，钙通过激活TCA循环的关键酶来增强ATP生成，但另一方面钙稳态依赖于ATP的可用性。为评估钙信号如何影响线粒体代谢的效率，我们提出一个描述钙-线粒体串扰的详细动力学模型，并使用非平衡热力学方法分析：在识别驱动线粒体代谢偏离平衡的有效反应后，我们量化了不同生理条件下代谢机制的热力学效率。我们发现钙振荡提高了效率，在底物受限条件附近达到最大，表明钙信号对线粒体代谢能量学具有补偿效应。
引用
@article{arxiv.2303.08822,
title = {Nonequilibrium calcium dynamics optimizes the energetic efficiency of mitochondrial metabolism},
author = {Valérie Voorsluijs and Francesco Avanzini and Gianmaria Falasco and Massimiliano Esposito and Alexander Skupin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.08822},
year = {2023}
}