Universality of thermodynamic constants governing biological growth rates.
Universality of thermodynamic constants governing biological growth rates.
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DOI：
10.1371/journal.pone.0032003
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发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
Ross T
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Corkrey R;Olley J;Ratkowsky D;McMeekin T;Ross T
现有的数学模型量化了温度对准恒温动物生长速率的影响。一类这样的模型假设有一个限速的“主反应”，使用描述反应酶的温度依赖性变性的术语。我们考虑这样的模型是否可以描述生命的每个领域的生长。一个基于这一假设并使用分层贝叶斯方法的新模型同时拟合了来自细菌、古生菌和真核生物这三个生命领域的95个不同微生物的温度相关增长率数据集。值得注意的是，该模型对20多年前预测的描述蛋白质热稳定性的基本热力学参数做出了可靠的估计。该分析支持由蛋白质热稳定性决定的微生物生长速率的普遍热力学限制的概念，而蛋白质热稳定性反过来又控制生物速率。这表明蛋白质的热稳定性是地球上生命进化和适应的一个统一特性。这一结论的基本性质对许多研究领域具有重要意义，包括微生物学、蛋白质化学、热生物学和生态理论，例如，当前气候模型中描述不清的生物圈中大量微生物生物量和活动的影响。
Mathematical models exist that quantify the effect of temperature on poikilotherm growth rate. One family of such models assumes a single rate-limiting ‘master reaction’ using terms describing the temperature-dependent denaturation of the reaction's enzyme. We consider whether such a model can describe growth in each domain of life. A new model based on this assumption and using a hierarchical Bayesian approach fits simultaneously 95 data sets for temperature-related growth rates of diverse microorganisms from all three domains of life, Bacteria, Archaea and Eukarya. Remarkably, the model produces credible estimates of fundamental thermodynamic parameters describing protein thermal stability predicted over 20 years ago. The analysis lends support to the concept of universal thermodynamic limits to microbial growth rate dictated by protein thermal stability that in turn govern biological rates. This suggests that the thermal stability of proteins is a unifying property in the evolution and adaptation of life on earth. The fundamental nature of this conclusion has importance for many fields of study including microbiology, protein chemistry, thermal biology, and ecological theory including, for example, the influence of the vast microbial biomass and activity in the biosphere that is poorly described in current climate models.
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影响因子：
3.2
作者：
INGRAHAM, JL
通讯作者：
INGRAHAM, JL
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通讯作者：
Brown, JH
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作者：
Mitragotri, Samir;Anissimov, Yuri G.;Roberts, Michael S.
通讯作者：
Roberts, Michael S.
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作者：
Isaac, Nick J. B.;Carbone, Chris
通讯作者：
Carbone, Chris
DOI：
10.1086/653662
发表时间：
2010-08
期刊：
The American naturalist
影响因子：
--
作者：
Knies JL;Kingsolver JG
通讯作者：
Kingsolver JG