Карасі навчилися зброджувати цукор у спирт!

Карасі навчилися зброджувати цукор у спирт.

Це допомагає їм пережити дефіцит кисню!

Вчені з Університету Осло з`ясували, які молекулярні адаптації дозволяють карасям та їхнім найближчим родичам золотим рибкам довго обходитися без кисню. Виявилося, що завдяки подвоєнню геному у карасів у розпорядженні виявилися зайві копії ферментів окисного метаболізму глюкози, які вони перетворили на ферменти спиртового бродіння. Замість того, щоб окислювати глюкозу до вуглекислого газу за участю кисню, карасі навчилися перетворювати її на спирт приблизно так, як це роблять дріжджі. Стаття опублікована у журналі Scientific Reports.

Переважна більшість хребетних тварин не можуть довго обходитися без кисню, проте карасі (риби з роду Carassius) відомі здатністю за таких умов підтримувати життєдіяльність протягом годин і навіть місяців. У пошуках пояснення цьому феномену вчені виявили, що карасі та їхні родичі золоті рибки накопичують в організмі досить велику кількість етилового спирту.

Етанол є продуктом безкисневого окислення глюкози - процесу, який відомий як спиртове бродіння. На першій стадії глюкоза в реакціях гліколізу розпадається на дві молекули пірувату з утворенням невеликої кількості енергії у формі АТФ. Далі фермент піруватдекарбоксилаза перетворює піруват на ацетальдегід, який перетворюється на етанол за участю алкогольдегідрогенази.

Таким способом одержують енергію дріжджі, практично не використовуючи для цього мітохондрії і реакції окислення пірувату, що проходять в них, такі як окисне фосфорилювання. Саме цей процес вимагає присутності кисню. Він дає змогу окислити молекулу глюкози з максимальним виходом АТФ. Піруват у цьому випадку має утилізуватися за участю ферменту піруватдегідрогенази.

Переважна більшість хребетних тварин використовує для генерації енергії окисне фосфорилювання. Якщо кисню в тканинах недостатньо, окислення глюкози зупиняється на гліколізі, а піруват, що утворився, перетворюється на молочну кислоту. Однак у високій концентрації вона досить токсична для тканин, тому ми не можемо нескінченно окислювати глюкозу без кисню.

Норвезькі вчені виявили, що карасі без кисню, замість того щоб перетворювати піруват на лактат, перетворюють його на етанол, використовуючи реакції спиртового бродіння. Цей факт дивовижний тим, що для цього потрібна піруватдекарбоксилаза, якої у хребетних немає.У карасів ж подібною активністю, судячи з усього, має додаткова форма піруватдегідрогенази. Вісім мільйонів років тому у предків сучасних карасів та коропів відбулося подвоєння геному, внаслідок чого вони придбали і додаткові копії ферментів.

Автори роботи досліджували зміну експресії генів, що кодують різні варіанти субодиниць піруватдегідрогеназного комплексу, при вмісті карасів в акваріумі без кисню. Виявилося, що у карасів, яким не давали дихати, вміст мРНК «додаткових» форм ферменту збільшувався на один-два порядки у м`язах у порівнянні з іншими органами. При цьому у далеких родичів карасів - коропів, такого збільшення не спостерігалося (треба помітити, що короп теж може досить довго обходитися без кисню, хоча до карасів їм далеко).

Експресія ізоформ субодиниці піруватдегідрогенази в тканинах коропа, золотої рибки та карася. Е1а3 - ізоформа, що бере участь у бродінні

Вчені зробили висновок, що додаткові ізоформи ферменту, який у всіх інших хребетних, у тому числі риб, функціонує як піруватдегідрогеназа, у представників роду Carassius набули здатності перетворювати піруват на ацетальдегід. Однак для того, щоб закінчити реакцію бродіння, необхідна також алкогольдегідрогеназа. У геномі карася дослідники виявили три варіанти відповідного гена, які з`явилися, мабуть, також у результаті дуплікації. Один із цих варіантів дійсно експресувався у м`язах рибок.

Вийшов спирт риби, мабуть, просто виводять через зябра. Однак у тканинах все ж таки накопичується значна його кількість, що робить карася та золоту рибку привабливим об`єктом для дослідження механізмів толерантності до етанолу. Підтримувати мінімальний рівень життєдіяльності досить довго рибкам дозволяє великий запас глікогену в печінці.

Таким чином, у процесі еволюції карасі та золоті рибки набули унікальної для хребетних здатностей утилізувати глюкозу з утворенням спирту і таким чином обходитися без окисного фосфорилювання, а значить і без кисню. Це дозволило карася заселити непридатні для інших видів екологічні ніші, наприклад, маленькі ставки, які взимку повністю промерзають, а влітку заростають.

Нещодавно вчені з`ясували, що голі землекопи також здатні якийсь час обходитися без кисню. У цьому їм допомогла особливість метаболізму, характерна для рослин.

Відео-розповідь про золоті рибки та коропа

+