زیست توده

اتلاف انرژی مواد در اثر مصرف اضافی توسط سلول

سلول‌ها برای تولید سلول‌ جدید از مواد مغذی مانند گلوکز استفاده می‌کنند، اما گاهی برخی از این مواد مغذی هدر می‌رود. به عنوان مثال مخمر Saccharomyces cerevisiae، که برای تولید آبجو استفاده می‌شود، به جای تبدیل کردن گلوکز به کربن‌دی‌اکسید، آن را به اتانول تبدیل می‌کند. پروفسور ماتیاس هاینمن در دانشگاه گرونینگن می‌گوید: “متابولیزه کردن مولکول شش کربنه گلوکز به دو مولکول دو کربنه اتانول به جای تولید کربن‌دی‌اکسید، به معنای هدر رفتن مواد و انرژی ذخیره شده در گلوکز است.”


پیشرفت و تکامل علم باید این اتلاف انرژی را کاهش دهد، بنابراین زیست‌شناسان سعی کرده‌اند دلیلی برای آن پیدا کنند. پروفسور ماتیاس هاینمن می‌گوید: “این اتلاف انرژی در سلول‌های دیگر نیز مشاهده می‌شود. یک نمونه شناخته شده در اتلاف انرژی سلول‌های سرطانی هستند. این سلول‌ها به سرعت رشد می‌کنند و لاکتات را تخریب می‌کنند که باعث اتلاف انرژی می‌شود. هم‌چنین بسیاری از باکتری‌ها باعث اتلاف انرژی می‌شوند. این شباهت بین ارگانیسم‌های مختلف باعث شد که ما تعجب کنیم که آیا یک مخرب مشترک وجود دارد.”

زمینه تحقیق پروفسور ماتیاس هاینمن متابولیسم است، شبکه‌ای از واکنش‌های شیمیایی که بلوک‌های شیمیایی را برای سلول‌های جدید تولید می‌کند. او فرض کرد که سلول‌ها متابولیسم خود را با محدودیت بالایی انجام می‌دهند. هم‌چنین انرژی آزاد گیبس را در سلول مدل کرد؛ این انرژی آزاد شده توسط تمام واکنش‌های شیمیایی است که در سلول رخ می‌دهند.

با افزودن ترمودینامیک به یک مدل دارای 1000 واکنش شیمیایی و ترکیب آن با داده‌های تجربی، پروفسور ماتیاس هاینمن قادر به تعیین میزان انحلال انرژی گیبس به عنوان عملکرد جذب گلوکز شد. در ابتدا، انحلال انرژی گیبس با افزایش میزان گلوکز افزایش می‌یابد، اما پس از یک نقطه غنی شده تولید اتانول آغاز می‌شود. پروفسور ماتیاس هاینمن می‌گوید: “این نقطه‌ای است که سلول‌ها از تنفس تا تخمیر عبور می‌کنند.”

پروفسور ماتیاس هاینمن و تیم او نتایج مشابهی را برای باکتری E.coli به دست آوردند. پروفسور ماتیاس هاینمن می‌گوید: “مخمر و E.coli در محیط‌های کاملاً متفاوت زندگی می‌کنند، اما میزان اتلاف آن‌ها در یک حدود یکسان است. این نشان می‌دهد که این حد از اتلاف عمومی است.” هنوز دلیلی دقیق برای این حد از اتلاف معلوم نیست، اما دانشمندان این فرضیه که سلول‌ها دارای حداکثر سرعت هستند و هنگامی که این اتفاق می‌افتد یک دریچه ایمنی باز می‌شود که گلوکز به اتانول، استات یا لاکتات شکسته می‌شود و بخشی از انرژی آن مصرف می‌شود، را مطرح کرده‌اند.

بخشی از انرژی به عنوان گرما از بین رفته است، اما به قدری کم است که قادر به تحریک سلول نیست. هنگامی که آنزیم‌ها یک واکنش را کاتالیز می‌کنند، فشار کمی ایجاد می‌کنند که باعث حرکت آن‌ها می‌شود. این بدان معنی است که حرکت داخل سلول‌ها زیاد است و می‌تواند به ساختارهای خاص سلولی آسیب برساند. مطالعات در مورد حرکت آنزیم‌های داخل سلول در متابولیسم‌های مختلف این را تأیید می‌کند. پروفسور ماتیاس هاینمن می‌گوید: “برخی از رشته‌های مخمر گلوکز را به آهستگی جذب می‌کنند، بنابراین هرگز آن‌ها در معرض خطر اضافه‌بار متابولیکی نیستند و به سمت تولید اتانول نمی‌روند.”

منبع خبر
لینک مقاله

برچسب‌ها
نمایش بیشتر

مژگان محبی

اهل اصفهان | دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی - بیوتکنولوژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

نوشته‌های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

60 + = شصـت سـه

دکمه بازگشت به بالا
بستن