Forscher haben einige der Geheimnisse der Energieerzeugung und -nutzung von Zellen aufgedeckt. Eine neue Studie hat enthüllt es ist möglich, eine Verschiebung des Stoffwechsels von der Fermentation zur Atmung von hervorzurufen E. coli und Bäckerhefe durch Spielen mit Fermentationsbedingungen.
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Weitere ATPs
Dies bedeutet, dass die Zellen dazu gebracht werden können, mehr interne Energie zu produzieren, was zu besseren Zellfabriken führt. "Diese Informationen können verwendet werden, um neue, verbesserte Zellfabriken zu entwerfen", sagte der entsprechende Autor Professor an der Chalmers University of Technology, Schweden.und wissenschaftlicher Direktor am Novo Nordisk Foundation Center für biologische Nachhaltigkeit an der DTU in Dänemark Jens Nielsen.
Zellen verwenden Zuckerglukose, um ständig hochenergetische Moleküle namens ATP zu produzieren. ATPs dienen als zelluläre "Nahrung", die von den Enzymen in Zellen verbraucht wird, um Biomasse aufzubauen oder andere zelluläre Arbeiten auszuführen.
Je mehr ATP erzeugt werden kann, desto besser können die Enzyme arbeiten. Die Forscher entdeckten, dass ATP auf zwei Wegen erzeugt werden kann.
Der erste ist ein Atemweg mit hoher Ausbeute, der zu 23,5 ATPs pro Glucosemolekül führt. Der zweite ist ein fermentativer Weg mit niedriger Ausbeute von nur 11 ATPs pro Glucosemolekül.
Die Forscher fanden weitere Hinweise darauf, dass sich die beiden Wege gegenseitig ergänzen. Sie konnten jedoch das natürliche Gleichgewicht zwischen beiden verschieben, indem sie die Fermentationsbedingungen und die Menge an verfügbarem Zucker und Protein änderten.
Die Forscher zeigten ferner, dass die Verbesserung der Leistung einiger Schlüsselenzyme dazu führte, dass sich die Zellen von einem fermentativen Metabolismus mit geringer Ausbeute zu einer Atmung durch den Atemstoffwechsel mit hoher Ausbeute änderten.
Umgehen des Aufbaus fermentativer Nebenprodukte
Es wurde festgestellt, dass diese Verschiebung sowohl mehr intrazelluläres ATP produziert als auch den Aufbau fermentativer Nebenprodukte umgeht; Acetat in E. coli und Ethanol in Bäckerhefe. "Diese Nebenprodukte sind unerwünscht und verringern die Ausbeute der gesuchten Moleküle, die Sie in Ihrer Zellfabrik produzieren möchten", sagte Nielsen.
Letztendlich stellten die Forscher fest, dass die Zellen, die ihr Bestes gaben, tatsächlich beide Wege nutzten. Außerdem zeigten sie, dass ein Weg umso effizienter war, je mehr Proteine verfügbar waren.
Um bei Fermentationen leistungsfähigere Zellen zu erhalten, ist es am besten, dem Weg mit hoher Ausbeute mehr Protein zuzuweisen.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften PNAS .