大分子拥挤效应下的最优细胞质密度与通量平衡模型

大分子占据细胞质体积的 34% 到 44%，约为三维球体最大堆积密度的一半。然而，对于这个值的特殊性，目前尚无明确理解。为了解决这个基本问题，我们研究了大分子拥挤对细胞代谢的影响。我们开发了一个细胞尺度的通量平衡模型，捕捉了不同营养摄取和大分子密度下细胞代谢的主要特征。使用该模型，我们展示了在低营养摄取和高营养摄取下存在两种代谢状态。后一种状态的特征是存在一个最优细胞质密度，在该密度下，由限制效应引起的反应速率增加与由扩散减慢引起的反应速率降低达到平衡。更重要的是，预测的最优密度在大肠杆菌实验测定的密度范围内。我们得出结论，细胞已进化到一种细胞质密度，该密度在给定营养可用性和大分子拥挤效应下产生最大代谢率，并报告了一个考虑其影响的通量平衡模型。