The evolution of connectivity in metabolic networks.
The evolution of connectivity in metabolic networks.
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DOI：
10.1371/journal.pbio.0030228
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发表时间：
2005-07
期刊：
影响因子：
9.8
通讯作者：
Bonhoeffer S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Pfeiffer T;Soyer OS;Bonhoeffer S
活细胞中的过程是高度复杂的生化网络中生化化合物之间相互作用的结果。这是生物学的一个重大挑战，以了解这些网络的具体设计的原因和后果。代谢网络的一个典型设计特征是存在参与大量反应的中心代谢物，如ATP或NADH。为了研究枢纽代谢物的出现，我们对代谢网络进化的一个广泛接受的场景进行了计算机模拟。我们的模拟表明，具有大量高度专业化的酶的代谢网络可能是从一些多功能酶进化而来的。在此过程中，酶复制和专业化，导致生物化学反应和中间代谢产物的损失。代谢网络的复杂功能，如枢纽的存在下，可能会导致从选择的生长速度，如果考虑到基本的生化机制。具体来说，我们的模拟表明，集团转移反应是必不可少的枢纽的出现。计算机模拟显示了代谢网络的复杂组织是如何从对生长速度等简单性状的选择中产生的。
Processes in living cells are the result of interactions between biochemical compounds in highly complex biochemical networks. It is a major challenge in biology to understand causes and consequences of the specific design of these networks. A characteristic design feature of metabolic networks is the presence of hub metabolites such as ATP or NADH that are involved in a high number of reactions. To study the emergence of hub metabolites, we implemented computer simulations of a widely accepted scenario for the evolution of metabolic networks. Our simulations indicate that metabolic networks with a large number of highly specialized enzymes may evolve from a few multifunctional enzymes. During this process, enzymes duplicate and specialize, leading to a loss of biochemical reactions and intermediary metabolites. Complex features of metabolic networks such as the presence of hubs may result from selection of growth rate if essential biochemical mechanisms are considered. Specifically, our simulations indicate that group transfer reactions are essential for the emergence of hubs. Computer simulations show how the complex organization of metabolic networks can arise from selection for a simple trait such as growth rate.
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