Crabtree efekt - Crabtree effect

Viz také: Vývoj aerobní fermentace

The Crabtree efekt, pojmenovaná po anglickém biochemikovi Herbertovi Grace Crabtreeovi,[1] popisuje jev, kdy kvasinky, Saccharomyces cerevisiae, vyrábí ethanol (alkohol) v aerobních podmínkách a při vysokých vnějších podmínkách glukóza spíše než produkci biomasy prostřednictvím internetu cyklus trikarboxylové kyseliny (TCA), obvyklý proces, který se ve většině kvasinek vyskytuje aerobně, např. Kluyveromyces spp.[2] Tento jev je pozorován u většiny druhů Saccharomyces, Schizosaccharomyces, Debaryomyces, Brettanomyces, Torulopsis, Nematospora, a Nadsonia rody.[3] Zvyšující se koncentrace glukózy se zrychluje glykolýza (rozklad glukózy), což vede k produkci znatelného množství ATP přes úroveň substrátu fosforylace. To snižuje potřebu oxidační fosforylace provedeno cyklem TCA prostřednictvím elektronový transportní řetězec a proto snižuje spotřebu kyslíku. Předpokládá se, že tento fenomén se vyvinul jako soutěžní mechanismus (kvůli antiseptické povaze ethanolu) v době, kdy ze stromů spadly první plody Země.[2] Crabtree efekt funguje potlačováním dýchání podle kvašení cesta, v závislosti na substrátu.[4]

Nejprve se předpokládalo, že tvorba ethanolu v kvasinkách pozitivních na Crabtree za přísně aerobních podmínek je způsobena neschopností těchto organismů zvýšit rychlost dýchání nad určitou hodnotu. Tato kritická hodnota, nad kterou probíhá alkoholová fermentace, závisí na kmeni a podmínkách kultivace.[5] Novější důkazy prokázaly, že výskyt alkoholové fermentace není primárně způsoben omezenou respirační kapacitou,[6] ale mohlo by to být způsobeno omezením v buňce Gibbsova energie míra rozptýlení.[7]

Pro S. cerevisiae v aerobních podmínkách,[8] koncentrace glukózy pod 150 mg / l nevedly k produkci ethanolu. Nad touto hodnotou se tvořil ethanol s rychlostí zvyšující se až na koncentraci glukózy 1 000 mg / l. Organismus tedy nad 150 mg / l glukózy vykazoval Krabí efekt.[9]

Bylo to studium nádorových buněk, které vedlo k objevení Crabtreeova efektu.[10] Nádorové buňky mají podobný metabolismus, Warburgův efekt, ve kterém upřednostňují glykolýzu před oxidační fosforylace cesta.[11]

Reference

  1. ^ Crabtree, HG (1929). „Pozorování metabolismu sacharidů v nádorech“. The Biochemical Journal. 23 (3): 536–45. doi:10.1042 / bj0230536. PMC  1254097. PMID  16744238.
  2. ^ A b Thomson JM, Gaucher EA, Burgan MF, De Kee DW, Li T, Aris JP, Benner SA (2005). „Vzkříšení alkoholových dehydrogenáz předků z kvasinek“. Nat. Genet. 37 (6): 630–635. doi:10.1038 / ng1553. PMC  3618678. PMID  15864308.
  3. ^ De Deken, R. H. (1966). „The Crabtree Effect: A Regulatory System in Yeast“. J. Gen. Microbiol. 44 (2): 149–56. doi:10.1099/00221287-44-2-149. PMID  5969497.
  4. ^ De Deken, R. H. (1. srpna 1966). „Efekt Crabtree a jeho vztah k drobné mutaci“. Journal of General Microbiology. 44 (2): 157–165. doi:10.1099/00221287-44-2-157. PMID  5969498.
  5. ^ van Dijken a Scheffers, 1986 J.P. van Dijken, W.A. Scheffers; Redoxní rovnováhy v metabolismu cukrů kvasinkami; FEMS Microbiol. Lett., 32 (3) (1986), str. 199-224; https://doi.org/10.1016/0378-1097(86)90291-0
  6. ^ Postma, E; Verduyn, C; Scheffers, WA; Van Dijken, JP (únor 1989). „Enzymatická analýza krabího účinku v glukózově omezených chemostatických kulturách Saccharomyces cerevisiae“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 55 (2): 468–77. doi:10.1128 / AEM.55.2.468-477.1989. PMC  184133. PMID  2566299.
  7. ^ Heinemann, Matthias; Leupold, Simeon; Niebel, Bastian (leden 2019). „Horní hranice pro rozptyl Gibbsovy energie řídí buněčný metabolismus“ (PDF). Přírodní metabolismus. 1 (1): 125–132. doi:10.1038 / s42255-018-0006-7. ISSN  2522-5812.
  8. ^ Verduyn, C., Zomerdijk, T.P.L., van Dijken, J.P. a kol. Kontinuální měření produkce ethanolu aerobními suspenzemi kvasinek pomocí enzymové elektrody. Appl Microbiol Biotechnol 19, 181–185 (1984). https://doi.org/10.1007/BF00256451
  9. ^ Verduyn, C., Zomerdijk, T.P.L., van Dijken, J.P. a kol. Kontinuální měření produkce ethanolu aerobními suspenzemi kvasinek pomocí enzymové elektrody. Appl Microbiol Biotechnol 19, 181–185 (1984). https://doi.org/10.1007/BF00256451
  10. ^ Pfeiffer, T; Morley, A (2014). „Evoluční pohled na Crabtreeův efekt“. Frontiers in Molecular Biosciences. 1: 17. doi:10.3389 / fmolb.2014.00017. PMC  4429655. PMID  25988158.
  11. ^ Diaz-Ruiz, Rodrigo; Rigoulet, Michel; Devin, Anne (červen 2011). „Účinky Warburg a Crabtree: Na původ energetického metabolismu rakovinných buněk a na represi glukózy z kvasinek“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - bioenergetika. 1807 (6): 568–576. doi:10.1016 / j.bbabio.2010.08.010. PMID  20804724.

Další čtení