Почему бактерии и опухоли отказываются от кислорода

Дабы обеспечить себе высокую скорость размножения, бактерии до сих пор живутна неэффективном бескислородном методе добычи энергии.

Чтобы получить энергию из питательных веществ, живые существа проделывают с ними огромное количество химических реакций. Реакции эти возможно распределить по группам: в случае если забрать, например, молекулы глюкозы, то сперва в отечественных клетках с ней случится последовательность превращений, не требующих кислорода (так называемый гликолиз), а позже начнётся этап окислительного фосфорилирования, где кислород уже нужен.

В следствии получаются молекулы АТФ, в которых энергия заключена в удобной для клетки форме. Причём при расщеплении одной молекулы глюкозы на протяжении кислородного этапа – окислительного фосфорилирования – получается от 30 до 36 молекул АТФ, а на протяжении предварительных бескислородных превращений – всего две.

Бактерии сохраняют верность старому методу добычи энергии путём бескислородного расщепления питательных веществ. (Фото Lester V. Bergman / CORBIS.) Делящиеся раковые клетки. (Фото Dr. David Phillips / Visuals Unlimited / Corbis.) В отечественных клетках кислородный этап получения энергии происходит в митохондриях. На фото – человеческий лимфоцит, синим окрашено ядро, оранжевым – митохондрии. (Фото Visuals Unlimited / Corbis.)‹ ›

Казалось бы, на данный момент, в то время, когда на Земле уже давно установилась кислородная воздух, всем живым существам резонно было бы обзавестись механизмом кислородного расщепления питательной органики – энергии-то так добывается больше. Но бактерии, например, применяют чтобы получить энергию лишь гликолиз (не считая него, имеется и другие пути бескислородного расщепления, но о них мы на данный момент сказать не будем). Не считая них, его деятельно применяют многие грибы (к примеру, дрожжи).

Ясно, в то время, когда так поступают анаэробы, другими словами те, кто живёт в бескислородных условиях, но так как очень много бактерий, для которых кислород по образу судьбы в полной мере дешёв, всё равняется живут на гликолизе.

В один момент появляется неприятность с тем, что, во-первых, необходимо что-то сделать с химическими отходами гликолиза, а во-вторых, необходимо вернуть вспомогательные молекулы-инструменты, помогающие добывать энергию из глюкозы. Тут именно может употребляться O2, но необязательно.

В случае если по большому счету всё – и гликолиз, и последующая «уборка мусора» – происходит без кислорода, то говорят, что идёт брожение, в следствии чего получается молочная кислота, либо спирт, либо уксусная кислота, либо ещё какие-то молекулы, в зависимости от конкретного типа брожения. Энергии наряду с этим уже не добывается.

Само собой разумеется, прекрасно, что микробы так до сих пор и пользуются только гликолизом – без них мы бы не знали ни вина, ни сыра, ни хлеба, ни квашеной капусты, но всё-таки – из-за чего таковой тип энергетического обмена не ушёл на периферию судьбы? Более того, кое-какие эукариотические клетки, каковые в далеком прошлом обучились окислительному фосфорилированию и применяют гликолиз лишь как подготовительный этап к нему, также иногда отказываются от действенного кислородного этапа добычи энергии.

Речь заходит о раке: ещё в 20-е годы Отто Варбург, лауреат и выдающийся биохимик Нобелевской премии, увидел, что клетки злокачественных опухолей всецело переходят на гликолиз, поглощая огромное количество углеводов. Именно поэтому, кстати, опухоль возможно подметить посредством позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ): в организм больного вводят модифицированную глюкозу со особым изотопом фтора, и остаётся лишь посредством ПЭТ следить, куда отправится меченая глюкоза. Но вопрос всё равняется остаётся – из-за чего опухолевые клетки, за бактериями, отдают предпочтение неэффективному гликолитическому методу добычи энергии, что к тому же захламляет клетку огромным числом отходов?

Пара лет назад было выдвинуто предположение, что всё дело в клеточной экономике, в стоимости ферментов, каковые должны заниматься тем либо вторым процессом. Исследователям из Калифорнийского университета в Сан-Диего удалось проверить догадку расчётами.

Ясно, что все реакции как бескислородного, так и кислородного расщепления питательных веществ осуществляются ферментами, другими словами белками, каковые необходимо насинтезировать – другими словами сперва снять копию мРНК с соответствующих генов в ДНК, а позже на мРНК направить рибосомы, собирающие полипептидные цепи белков. В случае если клетка живёт лишь бескислородной добычей энергии, ей нужен набор ферментов гликолиза, в случае если же она обзаводится ещё и окислительным фосфорилированием, то к гликолитическим ферментам (отметим, что при кислородной добыче энергии гликолиз никуда не девается, он просто становится предварительным её этапом) добавляется куча белков, обслуживающих новую стадию. Дабы их синтезировать, необходимо больше рибосом, другими словами больше рибосомных белков и рибосомных РНК.

Сейчас представим, что клетка весьма скоро делится (к примеру, у кишечной палочки от деления до деления проходит 20-25 мин.). Ей, следовательно, необходимы белки, снабжающие и осуществляющие контроль размножение, да и по большому счету при делении необходимо насинтезировать материал для дочерней клетки. И вот при таких условиях, в то время, когда у клетки в распоряжении большое количество питательных веществ, что разрешает ей скоро размножаться, кислородная добыча энергии оказывается невыгодной.

В статье в Nature Маркус Басан (Markus Basan) и его сотрудники пишут, что быстрорастущим микробам удачнее оставаться на гликолизе и деятельно делиться.

Тут ещё играют роль и структурные свойства самих «кислородных» ферментов: если бы бактерии задумали делать белки окислительного фосфорилирования, каковые достаточно громадны и на синтез которых уходит большое количество времени, то им бы бы хватать рибосом на размножение. А что до неэффективности гликолиза, так так как в то время, когда около большое количество питательных веществ, данной неэффективностью возможно и пренебречь.

А вдруг питательных веществ станет мало, возможно впасть в неактивное состояние и переждать. Иначе, кислородный, высокоэффективный метод получения энергии оправдывает себя как раз при хронического недостатка «еды». Тогда делается выгодно умерить темпы размножения и вложиться в создание сложной совокупности ферментов окислительного фосфорилирования.

Иными словами, длящаяся «популярность» гликолиза – не эволюционное недоразумение, а следствие стратегического выбора тех организмов, каковые делают ставку на доступность питательных веществ и производительность. Так поступают не только бактерии, но и многие грибы и, как было сообщено, раковые клетки, про каковые все знают, что они делятся весьма, весьма скоро. Но, сами авторы работы говорят, что при с раком смогут быть и другие обстоятельства, побуждающие опухоль перейти на бескислородный путь метаболизма (к примеру, клеткам в глубине опухоли может просто не хватать кислорода из-за отсутствия кровеносных сосудов).

Создатель: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru

Случайные записи:

• Древняя днк приподняла завесу над заселением южной америки
• Тест, способный предсказать болезнь альцгеймера

Разведопрос: Константин Анисимов про Таиланд

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Почему анорексики отказываются есть

  Сообщается, что ученые узнали обстоятельство, по которой у дам, страдающих от анорексии (патологическое отвращение к пище и отсутствие аппетита),…

• Как кишечные бактерии помогают лечить рак

  Эффективность противораковой иммунотерапии зависит от присутствия в кишечнике двух групп бактерий. Важность кишечной микрофлоры для отечественного…

• Сколько мутаций в раковой опухоли

  Генетическое разнообразие раковой опухоли выяснилось значительно громадным, чем выходило по самым храбрым расчётам – в трёхсантиметровой опухоли возможно…

• Помнят ли бактерии своих предков

  Умение отличать собственных родственников от чужих имело возможность появитьсяв эволюции различными дорогами. Мы скорее отзовёмся на просьбу о помощи, в…