Karasi se naučila fermentovat cukr na alkohol!
Karasi se naučila fermentovat cukr na alkohol.
Pomáhá jim přežít nedostatek kyslíku.!
Vědci z University of Oslo zjistili, jaké molekulární adaptace umožňují zlaté rybce a jejich blízkým příbuzným jít bez kyslíku po dlouhou dobu. Ukázalo se, že v důsledku zdvojnásobení genomu křižáka jsou k dispozici další kopie enzymů oxidačního metabolismu glukózy, které se proměnily v enzymy alkoholové fermentace. Namísto oxidace glukózy na oxid uhličitý za účasti kyslíku se křižáci naučili přeměnit ji na alkohol stejným způsobem jako v kvasnicích. Článek publikovaný ve vědeckých zprávách.
Drtivá většina obratlovců se neobejde bez kyslíku po dlouhou dobu, ale kapři (ryby z rodu Carassius) jsou známí svou schopností udržovat životně důležitou činnost za takových podmínek po dobu několika hodin, dokonce i měsíců. Při hledání vysvětlení tohoto jevu vědci zjistili, že křižáci a jejich příbuzní, zlatá rybka, hromadí v těle poměrně velké množství ethylalkoholu..
Ethanol je produktem oxidace glukózy bez kyslíku, což je proces známý jako alkoholová fermentace. V první fázi se glukóza při glykolýze rozpadá na dvě molekuly pyruvátů s tvorbou malého množství energie ve formě ATP. Pak enzym pyruvát dekarboxylázy přeměňuje pyruvát na acetaldehyd, který se za účasti alkoholdehydrogenázy převádí na ethanol.
Tímto způsobem se získá energie kvasinek, prakticky bez použití mitochondrie a oxidačních reakcí pyruvátů, které v nich probíhají, jako je oxidační fosforylace. Právě tento proces vyžaduje přítomnost kyslíku. Umožňuje oxidovat molekulu glukózy s maximálním výtěžkem ATP. Pyruvát v tomto případě musí být zlikvidován enzymem pyruvát dehydrogenázy..
Převážná většina obratlovců používá k produkci energie oxidační fosforylaci. Pokud v tkáních není dostatek kyslíku, oxidace glukózy se zastaví při glykolýze a vzniklý pyruvát se změní na kyselinu mléčnou. Ve vysokých koncentracích je však pro tkáně dostatečně toxický, takže nemůžeme nekonečně oxidovat glukózu bez kyslíku.
Norští vědci zjistili, že křižáci v nepřítomnosti kyslíku namísto přeměny pyruvátu na laktát převádějí alkohol na fermentaci pomocí ethanolu. Tato skutečnost je překvapivá v tom, že vyžaduje pyruvát dekarboxylázu, kterou obratlovci nemají. Zdá se, že u crucianského kapra má podobnou aktivitu další forma pyruvátdehydrogenázy. Před osmi miliony let zažili předci moderních křižáků a kaprů zdvojnásobení genomu, díky čemuž získali další kopie enzymů..
Autoři zkoumali změnu v expresi genů kódujících různé varianty podjednotek komplexu pyruvátdehydrogenázy, když byl obsah kapraňského v akváriu bez kyslíku. Ukázalo se, že u křižáků, kteří nemohli dýchat, se obsah mRNA v „dalších“ formách enzymu ve svalech zvýšil o jeden nebo dva řády ve srovnání s jinými orgány. Současně, vzdálení příbuzní kapra obecného - kapra, takové zvýšení nezaznamenali (je třeba si uvědomit, že kapr se může na nějakou dobu bez kyslíku obejít, i když není daleko od kapra obecného)..
Exprese izoforem podjednotky pyruvát dehydrogenázy v kapřích, zlatých rybkách a v kruciánových tkáních. E1a3 - izoforma zapojená do fermentace
Vědci dospěli k závěru, že další izoformy enzymu, které ve všech ostatních obratlovcích, včetně ryb, fungují jako pyruvátdehydrogenáza, získaly schopnost Carassia převést pyruvát na acetaldehyd. K dokončení fermentační reakce je však také nezbytná alkoholdehydrogenáza. V křížovém genomu vědci našli tři varianty odpovídajícího genu, které se zjevně objevily také v důsledku duplikace. Jedna z těchto variant byla skutečně vyjádřena ve svalech ryb..
Výsledný rybí alkohol se zjevně jednoduše vylučuje žábry. Značná část z nich se však stále hromadí v tkáních, díky čemuž je kapr a zlatá rybka atraktivním objektem pro studium mechanismů tolerance vůči ethanolu. Velká zásoba glykogenu v játrech umožňuje rybám udržet minimální úroveň vitální aktivity po poměrně dlouhou dobu..
V průběhu evoluce tak získal kapr a zlatá rybka jedinečnou schopnost obratlovců využívat glukózu s tvorbou alkoholu, a tak se obejít bez oxidační fosforylace, a tedy bez kyslíku. To umožnilo okrasnému kapři osídlit ekologické výklenky nevhodné pro jiné druhy, například malé rybníky, které v zimě úplně zamrznou a v létě přerostou..
Vědci nedávno zjistili, že holé krysy jsou také schopné po určitou dobu obejít bez kyslíku. V tom jim pomohla vlastnost metabolismu rostlin..
Video příběh o zlaté rybce a kaprech
