Už víme, proč kvasinky a plísně fermentují

Biologie |

Proč provádět fermentaci místo normálního aerobního dýchání i v přítomnosti kyslíku? Co mají kvasinky společného s rakovinnými buňkami? Přirozený výběr v akci.

Už víme, proč kvasinky a plísně fermentují



Pivo, víno, ocet i jogurty máme k dispozici díky mikroorganismům (bakteriím, kvasinkám a plísním), které provádějí fermentaci.

Při kvasných procesech se cukry mění na oxid uhličitý a vlastní kvasný produkt. Mikroorganismus díky této reakci získává energii, ovšem podstatně méně, než kdyby se uhlík prostě zoxidoval na oxid uhličitý; proč tedy provádět fermentaci místo normálního aerobního dýchání? Někdy samozřejmě kyslík není dostupný, jenže to představuje pouze částečnou odpověď. Mikroorganismy totiž realizují „anaerobní“ proces někdy i v přítomnosti kyslíku.

Výzkumníci z University of California v San Diegu nyní v Nature tvrdí, že otázku vyřešili.

Nositel Nobelovy ceny za biologii Otto Warburg si už v roce 1920 všiml, že rakovinné buňky často namísto dýchání získávají energii fermentací glukózy na kyselinu mléčnou. Některé skenovací metody identifikují nádor právě na základě tohoto metabolického posunu. Co mají společného např. kvasinky a rakovina? Vědci nyní provedli komplexní model energetických přeměn u bakterie Escherichia coli. Vyšlo jim, že pro dýchání jsou potřebné jiné enzymy, které je energeticky náročnější syntetizovat (do detailu: vyžaduje to tedy mj. investovat více do tvorby ribozomů, na nichž probíhá proteosyntéza). Fermentace je v tomto ohledu náročná méně. Když se srovnají náklady a výnosy obou procesů, závěrem má být, že pro rychle rostoucí buňky je výhodnější fermentace.

Chtějí-li buňky rychle růst a rychle se dělit a je-li současně k dispozici dost živin, pak se nevyplatí využívat je efektivně. Znamenalo by to totiž na ribozomech syntetizovat složitější enzymy. Efektivnější je ribozomy využít přímo k syntéze strukturních buněčných bílkovin, čímž se zkrátí cyklus od jednoho dělení k druhému. Přirozený výběr (respektive tragédie obecní pastviny) v malém: Buňky, které rostou rychleji, jsou ve výhodě oproti těm, které hospodárně nakládají se zdroji.

Je-li naopak živin málo, pak se stejně nedá rychle růst (ribozomy jsou tedy „volné“ a použitelné k syntéze i složitých enzymů) a vyplatí se zásobami šetřit a přejít na úspornější aerobní metabolismus.

Matematický model popisuje buňky Escherichia coli a nejspíš platí i pro další mikroorganismy. Zda se tím vysvětluje i odlišný metabolismus nádorových buněk, není úplně jasné, je ale minimálně zajímavé o tom takto přemýšlet a leccos rozhodně sedí; vždyť podstatou rakovinných buněk je právě to, že přistoupily k rychlému, nekontrolovanému dělení. Nemusí jít o důsledek nějaké poruchy, ale součást strategie.

Zjištění by podle autorů výzkumu mohlo mít dopad i pro biotechnologie. Nové organismy a procesy se snažíme navrhovat tak, aby byly efektivní, hospodárně využívaly energii a produkovaly minimum odpadu. Je možné, že to s rychlostí růstu prostě moc nejde dohromady a chceme-li vynutit metabolickou úspornost, musíme buňky současně držet o hladu.

Zdroj: ScienceDaily



Úvodní foto: Wikipedia/U.S. government, licence public doiman




Související články




Komentáře

Napsat vlastní komentář

Pro přidání příspěvku do diskuze se prosím přihlašte v pravém horním rohu, nebo se prosím nejprve registrujte.