Эффект Пастера и эффект Кребтри

Демонстрация совместного эффекта Пастера и эффекта Кребтри в непрерывной хемостатной культуре дрожжей: изменения в концентрации клеток, глюкозы и этанола в зависимости от скорости разбавления. Скорость разбавления отражает скорость поступления в среду глюкозы и приблизительно равна скорости роста дрожжей. При низкой скорости разбавления вся глюкоза утилизируется за счет дыхания и этанол не образуется. При более высокой скорости разбавления в культуре начинает накапливаться этанол, а концентрация клеток уменьшается. При еще более высокой скорости разбавления в ферментере начинает повышаться концентрация глюкозы, так как скорость ее поступления превышает скорость утилизации.

Сахаромицетовые дрожжи могут расти в условиях брожения с очень высокой скоростью (время удвоения около 1.6 ч), однако конечный выход клеток при этом оказывается незначительным. В условиях, благоприятствующих аэробному метаболизму, рост дрожжей протекает с такой же скоростью, но достигается значительно больший прирост биомассы. То, что при данном количестве сахара в аэробных условиях получается больше дрожжевых клеток, чем в анаэробных, впервые заметил Пастер, и поэтому это явление носит название эффекта Пастера. Причина этого эффекта стала ясна после расшифровки биохимических путей брожения и дыхания: при анаэробном превращении одной молекулы глюкозы в ходегликолизеобразуется 4 молекулы АТФ, а при полном ее распаде вцикле Кребса- 36.

Спиртовое брожение у дрожжей происходит не только в анаэробных условиях. Дрожжи, растущие в присутствии кислорода, но при высоком уровне глюкозы в среде, также сбраживают глюкозу в этанол. Подавление аэробного дыхания высоким содержанием глюкозы (точнее, высокой скоростью усвоения глюкозы) называется эффектом Крэбтри, или катаболитной репрессией. Этот эффект не наблюдается при выращивании Saccharomyces cerevisiaeна среде с менее легко усвояемым сахаром, таким как галактоза. Эффект Крэбтри обнаружен у дрожжей, а также в раковых и эмбриональных клетках. Детально механизм этого явления остается не выясненным.

Цикл Кребса

Пентозофосфатный цикл

 

Цикл β-окисления

Катаболитические процессы, происходящие в дрожжевой клетке, растущей на н-алканах, включают несколько стадий. Молекула н-алкана окисляется до жирной кислоты, а затем в пероксисомахвступает в цикл β-окисления (на схеме слева), распадаясь на двууглеродные остатки ацетил-КоА. Последний окончательно окисляятся доCO₂вмитохондрияхвцикле трикарбоновых кислот.

Цепь переноса электронов

Окислительное фосфорилирование - процесс синтеза АТФ, при котором электроны и протоны с окисляемого субстрата переносятся с помощью системы ферментов, локализованных во внутренней мембране митохондрийк кислороду. В результате переноса протонов через мембрану возникает электрохимический градиент протонов в мембране. Энергия этого градиента является движущей силой процессасинтеза АТФ, в ходе которого происходит обратное перемещение протонов по направлению градиента.

Дыхательная цепь начинается с НАД·H, образовавшимся в цикле Кребса.Два электрона и один протон переходят от НАД·H к флавинмононуклеотиду (ФМН), который восстанавливается до ФМН·H₂. Далее ФМН·H₂осуществляет перенос двух атомов водорода от внутренней поверхности мембраны к внешней. При этом протоны выделяются в среду, примыкающую к внешней поверхности мембраны, а электроны переносятся от ФМН·H₂к связанному с ним железосодержащему белку (FeS). Этот FeS-белок передает затем свои свои электроны небольшой молекуле-убихинону (кофермент Q). В результате кофермент Q претерпевает серию превращений, в результате чего еще четыре протона переносятся с внутренней стороны мембраны на внешнюю, а электроны передаются следующему переносчику - цитохрому c₁. Далее электроны по компонентам дыхательной цепи (цитохромы c, a) передается терминальному цитохрому a₃, который окисляется молекулой кислорода. Каждый атом кислорода принимает два электрона и принимает два протона, образуя молекулу воды. Таким образом, каждая пара электронов, переносимая от НАД·H к кислороду, приводит к перемещению шести протонов от внутренней к внешней поверхности мембраны. Этот процесс затем завершается на стадииАТФ-синтазы, где каждые два перенесенных протона осуществляют синтез одной молекулы АТФ.