ATP requerido para procesos celulares [cerrado]

No he podido encontrar nada que me diga cuánto ATP se necesita para la replicación, transcripción y traducción del ADN en humanos, solo documentos que mencionan el uso de ATP en esos procesos.

Necesito saber cuánto ATP se necesita para estos procesos porque una vez que mi célula desde cero está viva, alimento a cada célula con 50 nanogramos de glucosa que producen 5 billones de ATP. Si uso estos números más los números de otros procesos metabólicos, obtengo aproximadamente la cantidad de ATP necesaria por célula antes de la mitosis. Si sé esto, sabré si necesito alimentar a mis células con más glucosa o si 50 nanogramos son suficientes.

Entonces, ¿cuánto ATP se necesita para la replicación, transcripción y traducción del ADN? Lo quiero en términos de nucleótido y aminoácido para poder multiplicarlo por la cantidad total de ADN, la cantidad de ADN en cualquier gen dado y la cantidad de aminoácidos en cualquier proteína dada.

Esto es difícil de contestar. ¿Desea incluir el ATP necesario para sintetizar nucleobases, nucleósidos trifosfatos, aminoácidos, ARNt cargado, etc.?
He dado una respuesta aproximada y puede entrar en detalles más finos (como la contabilidad de NAD). No ha investigado la pregunta y me inclino a cerrar la pregunta.
La información que proporciona no es suficiente para determinar las necesidades energéticas de una célula antes de la mitosis. Debe medir al menos la captación de glucosa, la liberación de lactato y el consumo de oxígeno, y hacer curvas de crecimiento. Cada línea celular es diferente, por lo que necesita datos sobre sus células. Consulte ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14697210 y ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/5817088 . Pero no necesita saber esto solo para cultivar células, siempre que crezcan y se vean saludables, y el pH medio no sea demasiado bajo, tienen suficiente glucosa.
Los medios de cultivo para células de mamíferos suelen contener de 1 a 4 gramos/l. Por ejemplo, cuando se siembran 10 ^ 6 células en un plato de 10 cm, puede cultivarlas hasta aproximadamente 10 ^ 7 durante varios días usando 10 ml de medio de cultivo. Para algunas celdas, es posible que deba reemplazar el medio por uno nuevo una vez antes de que alcancen las 10 ^ 7 celdas. Podrías saber cuánta glucosa necesitan las células prácticamente. Cuando tiene piruvato en los medios, entra en el ciclo TCA para que la glucosa no sea solo la fuente de ATP.
Además, el ATP es necesario para la modificación de proteínas con azúcar, la fosforilación de proteínas y, probablemente, la síntesis de lípidos y aminoácidos, así como el movimiento celular mecánico, el transporte de vesículas, la segregación cromosómica y... qué más...
Yo mismo he investigado tratando de averiguar cuánto ATP se necesita para la replicación, transcripción y traducción del ADN y descubriendo que el ATP está involucrado en todos estos procesos.
Bueno, estoy cultivando células madre totipotentes que planeo diferenciar en todo tipo de células y luego construir órganos célula por célula al tamaño de un recién nacido. Supongo que las células madre totipotentes tomarían la cantidad promedio de energía de todas las células humanas, incluidos los trofoblastos y las células madre embrionarias.

Respuestas (1)

Para la replicación y transcripción del ADN necesita NTP. En un dsDNA, el contenido de purina será el mismo que el contenido de pirimidina. Estoy considerando que todos los nucleótidos se sintetizan de novo , lo que consumiría más ATP que obtener nucleótidos de la vía de recuperación.

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Fig. 1: Síntesis de pirimidina. Tomado de Wikipedia.

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Fig. 2: Síntesis de purina. Tomado de Wikipedia.

La síntesis de CTP requiere un ATP extra:

UTP + Glutamina + ATP + H 2 O → CTP + ADP + P i

La síntesis de UTP requiere 2 (Paso 1; Fig. 1) + 1 (Paso 5; Fig. 1: PRPP requiere 1 ATP para formarse) +
2 (UMP → UTP) = 5 ATP

CTP requiere 6 ATP

GTP requiere 8 ATP (Fig. 2) (la síntesis de ATP también requeriría 8 ATP, pero por simplicidad supongamos que ATP ya está presente).

La conversión de dNTP de NTP requiere tiorredoxina, que a su vez requiere NADP, pero olvidemos eso.

Suponiendo un contenido de GC del 50%, un par de bases de ADN requeriría un promedio de 10 ATP (suponga un tramo de 4 nt — ACTG, esto requeriría 1+6+5+8 ATP; es decir, 5 ATP por nt; 10 ATP por pb)

Para el ARN, el consumo de ATP sería de 5 ATP por nt.

Para la síntesis de proteínas, por cada codón, el factor de elongación requiere una molécula de GTP y la aminoacil-tRNA sintetasa requiere 1 molécula de ATP. Entonces el consumo neto por aminoácido sería de 9 ATP.

Estoy ignorando la reacción de iniciación que también requiere ATP para fosforilar el factor de iniciación. Además, supongo que los aminoácidos se obtienen de la dieta y no son sintetizados por el organismo.

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