Karasi su naučili fermentirati šećer u alkohol!

Karasi su naučili fermentirati šećer u alkohol.

Pomaže im da se nose s nedostatkom kisika!

Znanstvenici sa Sveučilišta u Oslu otkrili su koje molekularne prilagodbe omogućuju karašima i njihovim najbližim rođacima, zlatnim ribicama, da dulje vrijeme rade bez kisika. Pokazalo se da su im zbog udvostručenja genoma u karaša na raspolaganju bile dodatne kopije enzima oksidativnog metabolizma glukoze koje su pretvorili u enzime alkoholnog vrenja. Umjesto da oksidiraju glukozu u ugljični dioksid uz sudjelovanje kisika, karasi su je naučili pretvarati u alkohol na isti način kao što to čini kvasac. Članak objavljen u Znanstvenim izvješćima.

Velika većina kralježnjaka ne može dugo bez kisika, ali karasi (ribe iz roda Carassius) poznati su po svojoj sposobnosti da održavaju vitalnu aktivnost satima, pa čak i mjesecima u takvim uvjetima. U potrazi za objašnjenjem za ovaj fenomen, znanstvenici su otkrili da karas i njihovi rođaci zlatne ribice nakupljaju prilično veliku količinu etilnog alkohola u tijelu.

Etanol je proizvod oksidacije glukoze bez kisika, procesa poznatog kao alkoholna fermentacija. U prvoj fazi, glukoza se u reakcijama glikolize raspada na dvije molekule piruvata uz stvaranje male količine energije u obliku ATP-a. Nadalje, enzim piruvat dekarboksilaza pretvara piruvat u acetaldehid, koji se pretvara u etanol uz sudjelovanje alkoholne dehidrogenaze.

Na taj način kvasac dobiva energiju, praktički ne koristeći mitohondrije za to i oksidacijske reakcije piruvata, poput oksidativne fosforilacije, koje se u njima odvijaju. Upravo taj proces zahtijeva prisutnost kisika. Omogućuje vam oksidaciju molekule glukoze s maksimalnim prinosom ATP-a. U tom slučaju treba koristiti piruvat uz sudjelovanje enzima piruvat dehidrogenaze.

Velika većina kralježnjaka koristi oksidativnu fosforilaciju za proizvodnju energije. Ako u tkivima nema dovoljno kisika, oksidacija glukoze se zaustavlja glikolizom, a nastali piruvat se pretvara u mliječnu kiselinu. Međutim, u visokoj koncentraciji, prilično je toksičan za tkiva, pa ne možemo beskrajno oksidirati glukozu bez sudjelovanja kisika.

Norveški znanstvenici su otkrili da u nedostatku kisika, umjesto pretvaranja piruvata u laktat, karas ga pretvara u etanol pomoću reakcija alkoholne fermentacije. Ova činjenica je iznenađujuća jer zahtijeva piruvat dekarboksilazu, koju kralježnjaci nemaju.Čini se da kod karaša dodatni oblik piruvat dehidrogenaze ima sličnu aktivnost. Prije osam milijuna godina, preci modernih karaša i šarana imali su udvostručenje genoma, zbog čega su dobili dodatne kopije enzima.

Autori rada istraživali su promjenu ekspresije gena koji kodiraju različite varijante podjedinica kompleksa piruvat dehidrogenaze kada su karasi držani u akvariju bez kisika. Pokazalo se da je u karasa, koji nije smio disati, sadržaj mRNA "dodatnih" oblika enzima povećan za jedan do dva reda veličine u mišićima u odnosu na druge organe. Istodobno, kod dalekih rođaka karaša - šarana, takav porast nije primijećen (treba napomenuti da šarani također mogu dugo bez kisika, iako su daleko od šarana).

Ekspresija izoforma podjedinice piruvat dehidrogenaze u tkivima šarana, zlatne ribice i karasa. E1a3 - izoforma uključena u fermentaciju

Znanstvenici su zaključili da su dodatni izoformi enzima, koji u svih ostalih kralježnjaka, uključujući ribe, funkcioniraju kao piruvat dehidrogenaza, stekli sposobnost pretvaranja piruvata u acetaldehid kod predstavnika roda Carassius. Međutim, za dovršetak reakcije fermentacije potrebna je i alkoholna dehidrogenaza. U genomu karasa znanstvenici su pronašli tri varijante odgovarajućeg gena, koji su se, očito, također pojavili kao rezultat umnožavanja. Jedna od tih varijanti zapravo je bila izražena u mišićima ribe.

Nastali alkohol ribe, očito, jednostavno se izbacuje kroz škrge. Međutim, još uvijek se znatna količina nakuplja u tkivima, što čini karasa i zlatne ribice privlačnim objektom za proučavanje mehanizama tolerancije na etanol. Velika zaliha glikogena u jetri omogućuje ribama da održe minimalnu razinu vitalne aktivnosti dugo vremena.

Tako su u procesu evolucije karasi i zlatne ribice stekli sposobnost, jedinstvenu za kralježnjake, da iskoriste glukozu za stvaranje alkohola i tako bez oksidativne fosforilacije, a time i bez kisika. To je omogućilo karašima da nasele ekološke niše neprikladne za druge vrste, na primjer, male ribnjake, koji se zimi potpuno smrzavaju, a ljeti prerastaju.

Znanstvenici su nedavno otkrili da goli štakori krtica mogu neko vrijeme i bez kisika. U tome im je pomogla metabolička osobina karakteristična za biljke.

Video priča o zlatnoj ribici i šaranu

+