Karasi nauczył się fermentować cukier w alkohol!
Karasi nauczył się fermentować cukier w alkohol.
Pomaga im przetrwać niedobór tlenu.!
Naukowcy z Uniwersytetu w Oslo dowiedzieli się, jakie adaptacje molekularne pozwalają złotej rybce i ich bliskim krewnym na długo bez tlenu. Okazało się, że ze względu na podwojenie genomu karpia, dostępne były dodatkowe kopie enzymów metabolizmu oksydacyjnego glukozy, które zamieniono w enzymy fermentacji alkoholowej. Zamiast utleniania glukozy do dwutlenku węgla z udziałem tlenu, krucjanie nauczyli się przekształcać go w alkohol w podobny sposób jak drożdże. Artykuł opublikowany w raportach naukowych.
Ogromna większość kręgowców nie może się obejść bez tlenu przez długi czas, ale karasi (ryby z rodzaju Carassius) są znani ze swojej zdolności do utrzymania żywotnej aktywności w takich warunkach przez wiele godzin, a nawet miesięcy. W poszukiwaniu wyjaśnienia tego zjawiska naukowcy odkryli, że krucjanie i ich krewni, złota rybka, gromadzą w organizmie dość dużą ilość alkoholu etylowego..
Etanol jest produktem beztlenowego utleniania glukozy, procesu znanego jako fermentacja alkoholowa. W pierwszym etapie glukoza w reakcjach glikolizy rozkłada się na dwie cząsteczki pirogronianu, tworząc niewielką ilość energii w postaci ATP. Następnie enzym dekarboksylazy pirogronianowej przekształca pirogronian w acetaldehyd, który przekształca się w etanol z udziałem dehydrogenazy alkoholowej.
W ten sposób uzyskuje się energię drożdży, praktycznie bez użycia mitochondriów i zachodzących w nich reakcji utleniania pirogronianu, takich jak fosforylacja oksydacyjna. To ten proces wymaga obecności tlenu. Pozwala utlenić cząsteczkę glukozy z maksymalną wydajnością ATP. W tym przypadku pirogronian należy usunąć wraz z enzymem dehydrogenazy pirogronianowej..
Zdecydowana większość kręgowców wykorzystuje fosforylację oksydacyjną do generowania energii. Jeśli w tkankach nie ma wystarczającej ilości tlenu, utlenianie glukozy zatrzymuje się przy glikolizie, a utworzony pirogronian zamienia się w kwas mlekowy. Jednak w wysokich stężeniach jest wystarczająco toksyczny dla tkanek, dlatego nie możemy bez końca utlenić glukozy bez tlenu.
Norwescy naukowcy odkryli, że krucjanie bez tlenu, zamiast przekształcać pirogronian w mleczan, przekształcają go w etanol za pomocą reakcji fermentacji alkoholowej. Fakt ten jest zaskakujący, ponieważ wymaga dekarboksylazy pirogronianowej, której nie mają kręgowce. Wydaje się, że u karpia dodatkowa aktywność dehydrogenazy pirogronianowej ma podobną aktywność. Osiem milionów lat temu przodkowie współczesnych krucjan i karpi doświadczyli podwojenia genomu, w wyniku czego uzyskali dodatkowe kopie enzymów.
Autorzy badali zmianę w ekspresji genów kodujących różne warianty podjednostek kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej, gdy zawartość karpia karaibskiego w akwarium bez tlenu. Okazało się, że u krucjan, którym nie pozwolono oddychać, zawartość mRNA „dodatkowych” form enzymu wzrosła w mięśniach o jeden lub dwa rzędy wielkości w porównaniu z innymi narządami. Jednocześnie odlegli krewniacy karpia - karp, nie zaobserwowali takiego wzrostu (należy zauważyć, że karp może również obyć się bez tlenu przez dość długi czas, chociaż daleko mu do karpia).
Ekspresja podjednostek dehydrogenazy pirogronianowej w tkankach karpiowych, złotych rybek i karaśów. E1a3 - izoforma biorąca udział w fermentacji
Naukowcy doszli do wniosku, że dodatkowe izoformy enzymu, które u wszystkich innych kręgowców, w tym ryb, działają jako dehydrogenazy pirogronianowe, nabyły zdolność Carassiusa do przekształcania pirogronianu w aldehyd octowy. Jednak w celu zakończenia reakcji fermentacji konieczna jest również dehydrogenaza alkoholowa. W genomie crucian badacze znaleźli trzy warianty odpowiedniego genu, które najwyraźniej pojawiły się również w wyniku duplikacji. Jeden z tych wariantów rzeczywiście został wyrażony w mięśniach ryby..
Powstały alkohol rybny najwyraźniej jest po prostu wydalany przez skrzela. Jednak znaczna jej część wciąż gromadzi się w tkankach, co czyni karpia i złotą rybkę atrakcyjnym przedmiotem do badania mechanizmów tolerancji etanolu. Duża podaż glikogenu w wątrobie pozwala rybom utrzymać minimalny poziom aktywności życiowej przez dość długi czas..
Tak więc, w procesie ewolucji, krukany i złote rybki nabyły wyjątkową zdolność kręgowców do wykorzystywania glukozy przy tworzeniu alkoholu, a tym samym bez fosforylacji oksydacyjnej, a zatem bez tlenu. Umożliwiło to karcianom zasiedlenie nisz ekologicznych nieodpowiednich dla innych gatunków, na przykład małych stawów, które całkowicie zamarzają zimą i zarastają latem.
Ostatnio naukowcy odkryli, że nagie kretowate szczury są również w stanie przez pewien czas obchodzić się bez tlenu. W tym pomogła im cecha metabolizmu charakterystyczna dla roślin..
Opowiadanie wideo o złotych rybkach i karpiach
