Hydrophobicity and Charge Shape Cellular Metabolite Concentrations
Notice bibliographique
Résumé
What governs the concentrations of metabolites within living cells? Beyond specific metabolic and enzymatic considerations, are there global trends that affect their values? We hypothesize that the physico-chemical properties of metabolites considerably affect their in-vivo concentrations. The recently achieved experimental capability to measure the concentrations of many metabolites simultaneously has made the testing of this hypothesis possible. Here, we analyze such recently available data sets of metabolite concentrations within E. coli, S. cerevisiae, B. subtilis and human. Overall, these data sets encompass more than twenty conditions, each containing dozens (28-108) of simultaneously measured metabolites. We test for correlations with various physico-chemical properties and find that the number of charged atoms, non-polar surface area, lipophilicity and solubility consistently correlate with concentration. In most data sets, a change in one of these properties elicits a ~100 fold increase in metabolite concentrations. We find that the non-polar surface area and number of charged atoms account for almost half of the variation in concentrations in the most reliable and comprehensive data set. Analyzing specific groups of metabolites, such as amino-acids or phosphorylated nucleotides, reveals even a higher dependence of concentration on hydrophobicity. We suggest that these findings can be explained by evolutionary constraints imposed on metabolite concentrations and discuss possible selective pressures that can account for them. These include the reduction of solute leakage through the lipid membrane, avoidance of deleterious aggregates and reduction of non-specific hydrophobic binding. By highlighting the global constraints imposed on metabolic pathways, future research could shed light onto aspects of biochemical evolution and the chemical constraints that bound metabolic engineering efforts.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».