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    研究追蹤代謝網絡的進化歷史

    香檳-通過分析代謝酶的構建和組織方式,研究人員重建了代謝的進化史。研究人員說,他們的研究表明,代謝網絡(從蛋白質構建到DNA修復的每個細胞過程都受到驅動)隨著時間的流逝變得越來越不隨機,越來越模塊化并且越來越有層次。

    研究人員報告說,他們的研究發表在《PLOS ONE》雜志上,闡明了拼湊過程,該過程使細胞能夠將代謝途徑塑造成今天的樣子。

    “如果你要選擇在生物網絡,代謝是最重要的一個,”伊利諾伊大學作物科學教授說古斯塔沃·卡塔諾·阿諾萊斯,誰領導與研究生學習Fizza莫臥兒。“這個網絡不僅負責物質的談判,還負責能源的談判-這是有機體工作最基本的兩個要素。”Caetano-Anollés是生物信息學家,也是伊利諾伊州卡爾·R·沃斯基因組生物學研究所的附屬機構。

    為了了解細胞是如何組裝其代謝網絡的,研究人員專注于位于這些網絡核心的酶促機制。這些酶促進特定的化學反應,以幫助構建蛋白質,DNA,RNA,色素,維生素,脂肪,糖和其他生命必需的分子。它們還支持細胞中的能量產生。

    科學家分析了影響酶如何工作的基本物理和功能成分。這些被稱為“折疊”的成分使蛋白質具有使其能夠發揮作用的物理特性。折疊就像皮帶,活塞,齒輪和其他機械零件一樣,可以一次又一次地用于制造功能完全不同的機器。

    “折疊代表了細胞在不同環境中重復使用的分子創新,”穆格哈爾說。“通過觀察生命樹上的褶皺,我們能夠重建褶皺家族的歷史,以顯示各個褶皺的親緣關系。與家族樹一樣,該歷史告訴我們哪些褶皺家族是最古老的,并且最近才出現。”

    莫臥兒(Mughal)使用此信息根據已知的年齡對來自已知代謝網絡的酶進行顏色編碼。當她將顏色編碼的酶插入各自的網絡中以構建稱為MANET的代謝數據庫時,她發現每個網絡都是由不同年齡的酶拼湊而成的。

    穆格哈爾說:“這告訴我們,這些網絡隨著時間而改變。”“某些酶被招募到細胞中做新的事情,而舊的酶有時會掉落并消失,因為它們被替換了。”

    當研究人員檢查代謝途徑的演變過程時,他們發現早期的代謝網絡比當今的網絡更具隨機性,而且效率可能更低,后者比當今的網絡更具模塊化和層次結構。出現了酶的群落,組織成途徑,子網和子網組。

    Caetano-Anollés說,這種模塊化的層次結構是其他高級網絡的功能,例如互聯網或大腦的神經網絡。

    他說,在新陳代謝中,網絡的模塊性和層次性在酶水平上最為普遍。

    Caetano-Anollés說:“當您查看更高級別的網絡組織時,結構會變得更加隨機。”“這些聯系較弱。這使整個網絡更加靈活。”

    他說:“在這項研究中,我們逐步跟蹤了新陳代謝的歷史。”“這是對細胞越來越有用的事物的逐漸添加。這使我們能夠洞悉生命的機制如何變得復雜。”

    莫臥兒說:“生物系統需要全面研究,因為它們反映了自然的運作方式。”“從大分子到細胞再到有機體的任何生物制劑都不會孤立地起作用。”

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