溢出代谢

溢出代谢是指看似浪费的策略，其中细胞不完全氧化其生长底物（例如葡萄糖）而不是使用呼吸途径，即使在有氧的情况下。由于采用了这种代谢策略，细胞会排泄（或“溢出”）代谢物，如乳酸、乙酸和乙醇。生长底物的不完全氧化产生的能量（例如ATP）比通过呼吸完全氧化产生的能量少，但代谢溢出-在癌症的背景下被称为Warburg效应-普遍存在于快速生长的细胞中，包括细菌、真菌和哺乳动物细胞。

基于对大肠杆菌中醋酸盐溢出的实验研究，最近的研究为溢出代谢与快速生长的关联提供了一般性解释。根据这个理论，呼吸所需的酶比葡萄糖部分氧化所需的酶更昂贵。也就是说，如果细胞产生足够的这些酶来支持呼吸代谢的快速生长，它会消耗更多的能量、碳和氮（每单位时间），而不是支持不完全氧化的快速生长。代谢（例如发酵）。鉴于细胞的能量资源有限且蛋白质的物理体积固定，因此人们认为需要权衡在通过中央代谢（即呼吸）有效捕获能量和通过高中央代谢通量（例如通过酵母发酵）实现的快速生长之间。

作为另一种解释，有人建议细胞可能会受到它们将吉布斯能量消散到环境中的速度的限制。在通量平衡分析中使用组合的热力学和化学计量代谢模型，其中(i)生长最大化作为目标函数和(ii)细胞吉布斯能量耗散率的确定限制，正确预测生理参数、细胞内代谢通量和代谢物浓度达到了。