Hızlı Büyüyen Hücrelerin Metabolizması Tüm hücreler, temel işlevleri yerine getirmek için enerjiye ihtiyaç duyar. Bitkiler için, enerji üretiminin birincil yöntemi fotosentez yoluyla yapılır, hayvan hücrelerinde ise ATP ve NADH gibi yüksek enerjili moleküller üretmek için besinler parçalanır.

Böyle bir besin maddesi, canlı organizmalarda ana enerji kaynağı olan glikozdur. Hücrede, glikoz başlangıçta iki ATP molekülü şeklinde bir miktar enerji üreten glikoliz yoluyla piruvat haline getirilir. Oradan hücre, enerji üretmek için iki farklı yoldan piruvattan faydalanabilir: fermantasyon veya solunum. Oksijenin varlığı veya yokluğu her zaman bu iki yol arasında seçim yapmada karar verici olarak düşünülmüştür: eğer oksijen varsa hücre aerobik solunum yapacaktır; Oksijen mevcut değilse, bunun yerine anaerobik fermantasyonu seçer. Paradoksal olarak, kanser hücreleri de dahil olmak üzere bazı hızlı büyüyen hücreler, yeterli oksijen mevcut olduğunda bile solunum yerine fermantasyona girmeyi seçecektir.

Kanser hücrelerinin yeri, vücuttaki PET (pozitron emisyon tomografisi) yoluyla glikoz metabolizmasını izleyerek bile görselleştirilebilir. Bu süreç, tümörlerin metabolizmasını inceleyen bir Alman fizyoloğu olan Otto Neinrich Warburg’un adını taşıyan Warburg etkisi olarak adlandırıldı. Warburg, mitokondriya hasarının tümörijenezin nedensel bir faktörü olduğunu ve bu nedenle aerobik solunumdan esas olarak glikolize ilk geçişin gerçekleştiğini varsaydı . Her ne kadar bu hipoteze ilişkin tartışmalar devam etse de, Warburg’un tümör hücresi metabolizması konusundaki çalışması, 1931’de ona Nobel Fizyoloji Ödülü kazandı. rin PET taraması . Oksijen varlığında solunum yerine fermantasyon kullanma kararı veren başka hücreler (kök hücreler gibi) ve bakteriler de vardır. Her durumda, bunlar daha verimli solunum seçerken teorik olarak daha iyi olan ancak bunun yerine fermantasyona uğrayan hızlı büyüyen hücrelerdir.

Nature 1’de yayınlanan yeni bir makale , daha az verimli yöntemi kullanmanın ardındaki biyolojik bir nedeni tartışıyor ve enerji üretimi hesaplamalarımızın biraz kapalı olabileceğini öne sürüyor Kendileri aerobik koşullar altında fermentasyonu seçen bu hızlı büyüyen hücrelerin bir modeli olarak E. coli’nin kullanıldığı grup, iki yolun taşma metabolizması ve proteome verimliliğini ve sistemin enerjisini nasıl etkilediğini araştırdı. Bir glikozdaki solunum ve fermantasyonun glikoz bazında görülmesi yerine, bütün sisteme, bir sistemde yer alan proteinlerin üretilmesine ayrılan enerji de dahil olmak üzere bir bütün olarak baktılar. Glikolize katılan proteinler, her iki yol altında da gereklidir, ancak solunumda, sitrik asit döngüsü ve oksidatif fosforilasyon için ilave proteinler gerekir. Bu proteinleri (ve onları oluşturan ribozomları) yapmak için kullanılan enerjiyi göz önüne aldığımızda, daha fazla hücre bölünmesi için birincil hedefi olan (ve başka bir şey değil) hızla bölünen hücrelerin, aslında fermentasyonun daha enerjik olarak verimli olacağı ortaya çıktı.

Solunumdan Konvansiyonel bilgelik bize solunumun glikoz molekülü başına daha fazla ATP’ye eşit olduğunu söylese de, kurulum maliyetlerini hesapladıktan sonra, fermantasyon bu hücrelerde daha büyük bir net ATP üretimine sahip olur. Bunun gerçekleşmesinin sebebinin bir kısmının bu hızla bölünen hücrelerin karbon sınırlı yapısından kaynaklandığını not etmek önemlidir. Lider yazar, enerji üretimi karar alma sürecini, bir kömür santrali veya bir nükleer santral 2 kurma arasındaki bir kararın sonucuna benzemiştir . Hızlı büyüyen hücreler, daha az verimli enerji üretim yöntemi olarak kabul edilen kömürü seçiyor, çünkü bir kömür santralinin başlangıçta inşa edilmesi daha ucuz olacak.

Karar, daha zengin bir ulusta yapıldıysa, nükleer santral kurma konusunda daha az muhtemel olacağı için analoji bir adım daha ileriye götürülebilir, çünkü kurulacak paraları yoktur Bilimsel topluluk, E. coli’deki bu bulguların , kanser ve kök hücreler gibi hızla bölünen diğer hücrelere uygulanabileceğini ummaktadır. Bu hücrelerde enerji sağlamak için karbon kaynaklarının kullanılmasının bilinmesi, mühendislik veya yapay organizmalarda büyümeyi daha iyi modellememize yardımcı olabilir ve belki de büyümeyi manipüle etmemiz için ek hedefler verebilir.

Bu çalışmanın etkilerinin ne olduğunu düşündüğünüzü bize bildirin, tech@biolegend.com adresinden bize ulaşabilirsiniz .

Referanslar: E. Coli’deki taşma metabolizması , verimli proteome tahsisi , Nature’den kaynaklanır. Hücrenin “kömür tesisi”: Fermantasyon , BBC News Katkıda Ed Chen , PhD.