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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2022-09-02
摘要
生物學中最重要的經典和當代興趣之一是細胞組成與生理功能之間的聯繫。數十年的研究使我們能夠了解各個物種的各種細胞成分和過程之間的詳細關係，並發現了不同物種之間的共同功能。然而，仍需要能夠機械地預測細胞功能之間的權衡並闡明和解釋跨物種平均趨勢的框架。在這裡，我們對不同細菌的細胞組成如何變化與生理功能和代謝相關的變化進行了全面分析，其體型大小跨越了五個數量級。我們對細胞體積的趨勢進行了分析，涵蓋基因組、蛋白質、細胞包膜、RNA 和核醣體含量的變化。我們表明，蛋白質含量的趨勢比與整體基因組大小的簡單比例更為複雜，並且核醣體的數量可以簡單地透過生物合成需求的跨物種變化來解釋。此外，我們表明最大和最小的細菌受到物理空間要求的限制。在尺寸的下限，細胞體積主要由 DNA 和蛋白質含量決定，其要求預測了細胞尺寸的下限，這與觀察到的最小細菌非常一致。在細菌大小的上限，我們已經確定了生物合成所需核醣體數量超過可用細胞體積的點。在這些限制之間，我們能夠討論細胞組成的系統性和戲劇性的變化。我們的大部分分析都與細胞的基本能量學有關，我們表明代謝率的縮放與所有細胞成分驚人地呈現超線性關係。