Karasi su naučili da fermentiraju šećer u alkohol!

Karasi su naučili da fermentiraju šećer u alkohol.

Pomaže im da se nose s nedostatkom kisika!

Naučnici sa Univerziteta u Oslu otkrili su koje molekularne adaptacije omogućavaju karasu i njihovim najbližim rođacima, zlatnim ribicama, da duže vrijeme rade bez kisika. Ispostavilo se da su im zbog udvostručenja genoma kod karaša na raspolaganju bile dodatne kopije enzima oksidativnog metabolizma glukoze koje su pretvorili u enzime alkoholne fermentacije. Umjesto da oksidiraju glukozu u ugljični dioksid uz sudjelovanje kisika, karasi su naučili da je pretvaraju u alkohol na isti način kao kvasac. Članak objavljen u Scientific Reports.

Ogromna 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, naučnici su otkrili da karas i njihovi srodnici zlatne ribice akumuliraju prilično veliku količinu etil 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 alkohol dehidrogenaze.

Na taj način kvasac dobija energiju, praktično bez upotrebe mitohondrija za to i reakcija oksidacije piruvata, kao što je oksidativna fosforilacija, koje se u njima odvijaju. To je proces koji zahtijeva prisustvo kisika. Omogućava vam da oksidirate molekul glukoze s maksimalnim prinosom ATP-a. U tom slučaju piruvat treba koristiti uz učešće enzima piruvat dehidrogenaze.

Velika većina kralježnjaka koristi oksidativnu fosforilaciju za stvaranje 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, tako da ne možemo beskrajno oksidirati glukozu bez sudjelovanja kisika.

Norveški naučnici su otkrili da u nedostatku kiseonika, umesto pretvaranja piruvata u laktat, karas ga pretvara u etanol pomoću reakcija alkoholne fermentacije. Ova činjenica je iznenađujuća jer je potrebna piruvat dekarboksilaza, koju kralježnjaci nemaju.Kod karasa, čini se da dodatni oblik piruvat dehidrogenaze ima sličnu aktivnost. Prije osam miliona godina, preci modernih karaša i šarana imali su udvostručenje genoma, zbog čega su dobili dodatne kopije enzima.

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

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

Naučnici su zaključili da su dodatni izoformi enzima, koji kod svih ostalih kralježnjaka, uključujući i ribe, funkcioniraju kao piruvat dehidrogenaza, stekli sposobnost pretvaranja piruvata u acetaldehid kod predstavnika roda Carassius. Međutim, da bi se završila reakcija fermentacije potrebna je i alkoholna dehidrogenaza. U genomu karasa, istraživači su pronašli tri varijante odgovarajućeg gena, koji su se, očigledno, pojavili i kao rezultat umnožavanja. Jedna od ovih varijanti zapravo je bila izražena u mišićima ribe.

Nastali alkohol ribe, očigledno, jednostavno se izbacuje kroz škrge. Međutim, znatna količina se još uvijek nakuplja u tkivima, što čini karasa i zlatnu ribicu atraktivnim objektom za proučavanje mehanizama tolerancije na etanol. Velika zaliha glikogena u jetri omogućava ribama da održe minimalni nivo vitalne aktivnosti dugo vremena.

Tako su u procesu evolucije, karasi i zlatne ribice stekli sposobnost, jedinstvenu za kičmenjake, da iskoriste glukozu za formiranje alkohola i tako bez oksidativne fosforilacije, a samim tim i bez kisika. To je omogućilo karašima da nasele ekološke niše neprikladne za druge vrste, na primjer, male bare, koje se zimi potpuno smrzavaju, a ljeti prerastu.

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

Video priča o zlatnoj ribici i šaranu

+