Metabolic Tug-of-War between Glycolysis and Translation Revealed by Biochemical Reconstitution

糖酵解 翻译(生物学) 联轴节(管道) 生物化学 生物 ATP酶 新陈代谢 化学渗透 细胞生物学 厌氧糖酵解 生物物理学 化学 ATP合酶 基因 材料科学 信使核糖核酸 冶金
作者
G. Takeshi Sato,Saki Kinoshita,Takahiro Yamada,Satoshi Arai,Tetsuya Kitaguchi,Akira Funahashi,Nobuhide Doi,Kei Fujiwara
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:13 (5): 1572-1581 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acssynbio.4c00209
摘要

Inside cells, various biological systems work cooperatively for homeostasis and self-replication. These systems do not work independently as they compete for shared elements like ATP and NADH. However, it has been believed that such competition is not a problem in codependent biological systems such as the energy-supplying glycolysis and the energy-consuming translation system. In this study, we biochemically reconstituted the coupling system of glycolysis and translation using purified elements and found that the competition for ATP between glycolysis and protein synthesis interferes with their coupling. Both experiments and simulations revealed that this interference is derived from a metabolic tug-of-war between glycolysis and translation based on their reaction rates, which changes the threshold of the initial substrate concentration for the success coupling. By the metabolic tug-of-war, translation energized by strong glycolysis is facilitated by an exogenous ATPase, which normally inhibits translation. These findings provide chemical insights into the mechanism of competition among biological systems in living cells and provide a framework for the construction of synthetic metabolism in vitro.
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