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Outcomes of Glycolysis01:13

Outcomes of Glycolysis

Nearly all the energy used by cells comes from the bonds that make up complex organic compounds. These organic compounds are broken down into simpler molecules, such as glucose. As a result, cells extract energy from glucose over many chemical reactions—a process called cellular respiration.
Cellular respiration can occur aerobically (with oxygen) or anaerobically (without oxygen). In the presence of oxygen, cellular respiration starts with glycolysis and continues with pyruvate oxidation, the...
Other Glycolytic Pathways01:24

Other Glycolytic Pathways

The pentose phosphate pathway (PPP) operates in parallel with glycolysis, facilitating the metabolism of both pentoses and glucose. This pathway consists of two distinct phases: the oxidative and non-oxidative phases. While it does not directly generate ATP, the intermediates formed during the process can integrate into glycolysis, contributing to cellular energy metabolism when required.Oxidative Phase: NADPH ProductionThe oxidative phase of the pentose phosphate pathway is primarily...
Efficiency of The Carnot Cycle01:16

Efficiency of The Carnot Cycle

The hypothetical Carnot cycle consists of an ideal gas subjected to two isothermal and two adiabatic processes. Since the internal energy of an ideal gas depends only on its temperature, which is the same before and after the completion of the Carnot cycle, there is no change in its internal energy. Hence, using the first law of thermodynamics, the total heat exchanged by the ideal gas equals the total work done. Thus, we can quantify the efficiency of the Carnot cycle via the heat exchanged...
What is Glycolysis?00:56

What is Glycolysis?

Overview
Cells make energy by breaking down macromolecules. Cellular respiration is the biochemical process that converts "food energy" (from the chemical bonds of macromolecules) into chemical energy in the form of adenosine triphosphate (ATP). The first step of this tightly regulated and intricate process is glycolysis. The word glycolysis originates from the Latin glyco (sugar) and lysis (breakdown). Glycolysis serves two main intracellular functions: generating ATP and generating...
Carnot Cycle and Efficiency01:26

Carnot Cycle and Efficiency

The Second Law of Thermodynamics asserts that it's impossible for any heat engine to achieve 100% efficiency. While contemplating the maximum possible efficiency, Nicolas Sadi Carnot conceptualized an ideal heat engine. This engine gets its energy from a high-temperature reservoir. It then performs some work and releases the remaining energy into a low-temperature reservoir.The Carnot cycle, named after Sadi Carnot, is fully reversible. The cycle consists of four distinct stages. In the first...
Energy-requiring Steps of Glycolysis01:20

Energy-requiring Steps of Glycolysis

Glucose is the source of nearly all energy used by organisms. The first step of converting glucose into usable energy is called glycolysis. Glycolysis occurs in the cytosol of the cell over two phases: an energy-requiring phase and an energy-releasing phase. Over the first three steps, glucose is converted into different forms and attached to two phosphate groups donated by two ATP molecules, resulting in an unstable sugar. In the next two stages, the unstable sugar splits into two sugar...

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Las oscilaciones glicolíticas y los límites de la eficiencia robusta.

Fiona A Chandra1, Gentian Buzi, John C Doyle

  • 1Department of Bioengineering, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USA. fiona@caltech.edu

Science (New York, N.Y.)
|July 9, 2011
PubMed
Resumen

La ingeniería y la evolución se enfrentan a compensaciones de eficiencia y robustez. Este estudio deriva ecuaciones analíticas para estas compensaciones en redes autocatalíticas, revelando oscilaciones como una consecuencia inevitable.

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Published on: November 21, 2016

Área de la Ciencia:

  • La bioquímica es la bioquímica.
  • Biología de Sistemas Biología de Sistemas.
  • Teoría de control de la teoría de control.

Sus antecedentes:

  • Los sistemas biológicos y de ingeniería se enfrentan a compromisos inherentes entre eficiencia y robustez.
  • Los marcos teóricos formales para estas compensaciones, particularmente en redes biológicas dinámicas, son limitados.

Objetivo del estudio:

  • Para derivar ecuaciones analíticas para compensaciones difíciles entre la robustez y la eficiencia en un modelo de glucólisis.
  • Demostrar la universalidad de estas leyes de compensación en redes autocatalíticas utilizando la teoría del control.
  • Para identificar las condiciones que conducen a las oscilaciones como un efecto secundario de estas compensaciones.

Principales métodos:

  • Desarrolló un modelo simple de dos estados de la glucólisis.
  • Equaciones analíticas derivadas para cuantificar las compensaciones entre la robustez y la eficiencia.
  • Teoría de control aplicada para establecer la universalidad de los principios de compensación derivados.
  • Investigó el papel del control de retroalimentación y la autocatálisis en las compensaciones dependientes de parámetros.

Principales resultados:

  • Se derivaron ecuaciones analíticas explícitas para compensaciones difíciles entre la robustez y la eficiencia.
  • Se identificaron oscilaciones como una consecuencia inevitable de estas compensaciones.
  • Se demostró que la naturaleza fundamental de estas leyes de compensación es universal en todas las redes autocatalíticas.
  • La teoría se alinea con las observaciones experimentales y sugiere las peores condiciones posibles.

Conclusiones:

  • Las duras compensaciones entre eficiencia y robustez son fundamentales en las redes autocatalíticas.
  • Las oscilaciones son un subproducto inherente de la optimización de la eficiencia y la robustez.
  • La teoría de control derivada proporciona un marco generalizable para comprender estas restricciones en los sistemas biológicos y de ingeniería.