stringtranslate.com

Эффект Крэбтри

Эффект Крэбтри , названный в честь английского биохимика Герберта Грейса Крэбтри, [1] описывает явление, при котором дрожжи Saccharomyces cerevisiae производят этанол (спирт) в аэробных условиях при высоких внешних концентрациях глюкозы , а не производят биомассу через цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) , обычный процесс, происходящий аэробно у большинства дрожжей, например Kluyveromyces spp. [2] Это явление наблюдается у большинства видов родов Saccharomyces , Schizosaccharomyces , Debaryomyces, Brettanomyces , Torulopsis, Nematospora и Nadsonia . [3] Повышение концентрации глюкозы ускоряет гликолиз (распад глюкозы), что приводит к образованию значительных количеств АТФ посредством фосфорилирования на уровне субстрата . Это снижает необходимость окислительного фосфорилирования, выполняемого циклом ЦТК через электронно-транспортную цепь , и, следовательно, снижает потребление кислорода. Считается, что это явление развилось как механизм конкуренции (из-за антисептической природы этанола) примерно в то время, когда первые фрукты на Земле упали с деревьев. [2] Эффект Крэбтри работает путем подавления дыхания путем ферментации , зависящего от субстрата. [4]

Образование этанола в дрожжах, положительных по Крэбтри, в строго аэробных условиях сначала считалось вызванным неспособностью этих организмов увеличить скорость дыхания выше определенного значения. Это критическое значение, выше которого происходит спиртовое брожение, зависит от штамма и условий культивирования. [5] Более поздние доказательства показали, что возникновение спиртового брожения может быть вызвано не в первую очередь ограниченной дыхательной способностью, [6] , а может быть вызвано ограничением скорости диссипации клеточной энергии Гиббса . [7]

Для S. cerevisiae в аэробных условиях [8] концентрации глюкозы ниже 150 мг/л не приводили к образованию этанола. Выше этого значения этанол образовывался со скоростью, увеличивающейся до концентрации глюкозы 1000 мг/л. Таким образом, выше 150 мг/л глюкозы организм проявлял эффект Крэбтри. [9]

Именно изучение опухолевых клеток привело к открытию эффекта Крэбтри. [10] Опухолевые клетки имеют схожий метаболизм, эффект Варбурга , при котором они отдают предпочтение гликолизу, а не окислительному фосфорилированию . [11]

Ссылки

  1. ^ Crabtree, HG (1929). «Наблюдения за углеводным метаболизмом опухолей». The Biochemical Journal . 23 (3): 536–45. doi :10.1042/bj0230536. PMC  1254097. PMID  16744238 .
  2. ^ ab Thomson JM, Gaucher EA, Burgan MF, De Kee DW, Li T, Aris JP, Benner SA (2005). «Воскрешение предковых алкогольдегидрогеназ из дрожжей». Nat. Genet . 37 (6): 630–635. doi :10.1038/ng1553. PMC 3618678. PMID  15864308 . 
  3. ^ Де Декен, Р. Х. (1966). «Эффект Крэбтри: регуляторная система у дрожжей». J. Gen. Microbiol . 44 (2): 149–56. doi : 10.1099/00221287-44-2-149 . PMID  5969497.
  4. ^ De Deken, RH (1 августа 1966 г.). «Эффект Крэбтри и его связь с мутацией Petite». Журнал общей микробиологии . 44 (2): 157–165. doi : 10.1099/00221287-44-2-157 . PMID  5969498.
  5. ^ ван Дейкен и Шефферс, 1986 Дж. П. ван Дейкен, В. А. Шефферс; Редокс-балансы в метаболизме сахаров дрожжами; ФЭМС Микробиол. Lett., 32 (3) (1986), стр. 199–224; https://doi.org/10.1016/0378-1097(86)90291-0
  6. ^ Postma, E; Verduyn, C; Scheffers, WA; Van Dijken, JP (февраль 1989). "Ферментативный анализ эффекта крабтри в хемостатных культурах Saccharomyces cerevisiae с ограничением глюкозы". Applied and Environmental Microbiology . 55 (2): 468–77. Bibcode :1989ApEnM..55..468P. doi :10.1128/AEM.55.2.468-477.1989. PMC 184133 . PMID  2566299. 
  7. ^ Хайнеманн, Маттиас; Леупольд, Симеон; Нибель, Бастиан (январь 2019 г.). «Верхний предел рассеивания энергии Гиббса управляет клеточным метаболизмом» (PDF) . Nature Metabolism . 1 (1): 125–132. doi :10.1038/s42255-018-0006-7. ISSN  2522-5812. PMID  32694810. S2CID  104433703.
  8. ^ Verduyn, C., Zomerdijk, TPL, van Dijken, JP и др. Непрерывное измерение производства этанола аэробными дрожжевыми суспензиями с помощью ферментного электрода. Appl Microbiol Biotechnol 19, 181–185 (1984). https://doi.org/10.1007/BF00256451
  9. ^ Verduyn, C., Zomerdijk, TPL, van Dijken, JP и др. Непрерывное измерение производства этанола аэробными дрожжевыми суспензиями с помощью ферментного электрода. Appl Microbiol Biotechnol 19, 181–185 (1984). https://doi.org/10.1007/BF00256451
  10. ^ Пфайффер, Т.; Морли, А. (2014 ) . «Эволюционная перспектива эффекта Крэбтри». Frontiers in Molecular Biosciences . 1 : 17. doi : 10.3389/fmolb.2014.00017 . PMC 4429655. PMID  25988158. 
  11. ^ Диас-Руис, Родриго; Ригуле, Мишель; Девин, Энн (июнь 2011 г.). «Эффекты Варбурга и Крэбтри: о происхождении энергетического метаболизма раковых клеток и репрессии глюкозы у дрожжей». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1807 (6): 568–576. doi : 10.1016/j.bbabio.2010.08.010 . PMID  20804724.

Дальнейшее чтение