نحوه تولید و مصرف انرژی سلول‌ها کشف شد

محققان برخی از اسرار نحوه تولید و استفاده از انرژی توسط سلول‌ها را کشف کرده‌اند. یک مطالعه جدید نشان داده است که می‌توان با استفاده از شرایط تخمیر، تغییر متابولیسم باکتری "ای. کولی"(E.coli) و مخمر نان را از تخمیر به تنفس مشاهده کرد.

این بدان معنی است که سلول‌ها را می‌توان به سمت تولید انرژی داخلی بیشتری سوق داد که منجر به عملکرد بهتر سلول می‌شود.

"ینس نیلسن" استاد دانشگاه فناوری چالمرز سوئد و مدیر علمی مرکز بنیاد "نوو نوردیسک" در دانشگاه فنی دانمارک گفت: این اطلاعات می‌تواند برای طراحی کارخانه‌های سلولی جدید و پیشرفته مورد استفاده قرار گیرد.

سلول‌ها از گلوکز قند استفاده می‌کنند تا به طور مداوم مولکول‌هایی با سطح انرژی بالا به نام ATP تولید کنند. ATPها به عنوان غذای سلولی شناخته می‌شوند که توسط آنزیم‌ها در سلول‌ها به منظور ساختن زیست توده یا انجام دیگر کارهای سلولی مصرف می‌شوند.

به همین ترتیب، هرچه ATP بیشتری تولید شود، آنزیم‌ها بهتر می‌توانند عمل کنند.

محققان دریافته‌اند که ATP در دو مسیر قابل تولید است. حالت اول مسیر تنفسی با عملکرد بالا و در نتیجه تولید ۵/۲۳ ATP به ازای هر مولکول گلوکز است. دومین مسیر نیز مسیر تخمیر با عملکرد پایین است که تنها ۱۱ ATP به ازای هر مولکول گلوکز تولید می‌کند.

محققان شواهد بیشتری یافته‌اند که نشان می‌دهد این دو مسیر مکمل یکدیگر هستند و توانستند با تغییر شرایط تخمیر و میزان قند و پروتئین موجود، تعادل طبیعی بین این دو را تغییر دهند.

محققان همچنین نشان دادند که ساختن برخی از آنزیم‌های کلیدی موجب عملکرد بهتر می‌شود، به این معنی که سلول‌ها از انجام متابولیسم تخمیر کم بازده به تنفس از طریق متابولیسم تنفسی با بازده بالا تغییر می‌یابند.

این تغییر منجر به تولید ATP درون سلولی بیشتر در هر دو مسیر و تولید نمک جوهر در ای.کولی و اتانول در مخمر نانوایی شد.

نیلسن گفت: این فرآورده‌های جانبی ناخواسته هستند و باعث کاهش بازده مولکول‌های مورد نظر برای تولید در کارخانه سلولی می‌شوند.

در نهایت آنچه محققان کشف کردند این بود که سلول‌هایی که بهترین عملکرد خود را داشتند در واقع از هر دو مسیر استفاده می‌کردند. علاوه بر این آنها فاش کردند که هر چه پروتئین‌های بیشتری در دسترس باشد، کارآیی بیشتری هم وجود دارد.

در نتیجه برای به دست آوردن عملکرد سلولی بهتر در تخمیر، بهتر است پروتئین بیشتری به مسیر پر بازده اختصاص یابد.

این تحقیق در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم(PNAS) منتشر شده است.