Sử dụng năng lượng tế bào và nguồn gốc phân tử của tỷ lệ trao đổi chất cơ bản ở động vật có vú

Nguồn gốc phân tử của tỷ lệ trao đổi chất cơ bản và nhiệt sinh trong động vật có vú được xem xét. Nghiên cứu chỉ ra rằng có những khác biệt quan trọng và sự phân biệt giữa các phản ứng tế bào 1) liên kết với tiêu thụ oxy, 2) tách rời quá trình trao đổi chất, 3) thủy phân ATP, 4) điều khiển tỷ lệ trao đổi chất, 5) điều hòa tỷ lệ trao đổi chất, 6) sản sinh nhiệt, và 7) tiêu tán năng lượng tự do. Sự đóng góp định lượng của các phản ứng tế bào khác nhau cho những quá trình này được đánh giá ở động vật có vú. Chúng tôi ước tính rằng khoảng 90% tiêu thụ oxy ở trạng thái cơ bản là mitochondrial, trong đó khoảng 20% bị tách rời bởi sự rò rỉ proton của màng trong mitochondrial và 80% được liên kết với tổng hợp ATP. Các hệ quả từ sự đóng góp đáng kể của sự rò rỉ proton đến tỷ lệ trao đổi chất cơ bản cho tỷ lệ P-to-O trong mô, sản xuất nhiệt, và tiêu tán năng lượng tự do qua phosphory hóa oxy hóa cũng như đóng góp ước tính của các quá trình tiêu thụ ATP cho tỷ lệ tiêu thụ oxy mô được thảo luận. Trong số 80% tiêu thụ oxy được liên kết với tổng hợp ATP, khoảng 25-30% được sử dụng cho tổng hợp protein, 19-28% cho Na(+)-K(+)-ATPase, 4-8% cho Ca2(+)-ATPase, 2-8% cho actinomyosin ATPase, 7-10% cho gluconeogenesis, và 3% cho ureagenesis, với tổng hợp mRNA và chu trình chất nền cũng đóng góp đáng kể. Các phản ứng tế bào chính tách rời quá trình trao đổi chất năng lượng tiêu chuẩn là các kênh và rò rỉ Na+, K+, H+, và Ca2+ của màng tế bào và phân hủy protein. Tỷ lệ trao đổi chất tế bào được điều khiển bởi một số quá trình bao gồm nhu cầu trao đổi chất và cung cấp chất nền. Những khác biệt trong tỷ lệ trao đổi chất cơ bản giữa các động vật có khối lượng cơ thể và phát sinh sinh học khác nhau dường như là do sự thay đổi tỉ lệ trong toàn bộ quá trình trao đổi năng lượng. Nhiệt được sản sinh bởi một số phản ứng và được hấp thu bởi các phản ứng khác nhưng chủ yếu được sản sinh bởi các phản ứng hô hấp mitochondrial, phosphory hóa oxy hóa, và sự rò rỉ proton trên màng trong mitochondrial. Năng lượng tự do được tiêu tán bởi tất cả các phản ứng tế bào, nhưng các đóng góp chính là từ các phản ứng sử dụng ATP và các phản ứng tách rời. Các chức năng và ý nghĩa tiến hóa của tỷ lệ trao đổi chất cơ bản được thảo luận.