متابولیسم قارچی و تولید انرژی

قارچ‌ها شیمیوهتروتروف‌های آلی‌خوار هستند: آن‌ها کربن و انرژی را با جذب مواد مغذی آلی، ترشح آنزیم‌ها برای تجزیه بسترهای پیچیده در خارج از سلول و جذب محصولات به دست می‌آورند. انرژی از طریق گلیکولیز، چرخه اسید تری‌کربوکسیلیک و فسفوریلاسیون اکسیداتیو استخراج می‌شود و بسیاری از قارچ‌ها می‌توانند بین تخمیر و تنفس و بین منابع مختلف کربن تغییر حالت دهند. فراتر از متابولیسم اصلی انرژی، قارچ‌ها طیف وسیعی از متابولیت‌های ثانویه را تولید می‌کنند که برخی از آن‌ها از نظر پزشکی اهمیت دارند.

Definition

متابولیسم قارچی و تولید انرژی به مسیرهای بیوشیمیایی اشاره دارد که از طریق آن‌ها قارچ‌ها، به عنوان هتروتروف‌های جذبی، کربن و سایر مواد مغذی را به دست آورده و ATP تولید می‌کنند، از جمله هضم خارج سلولی، گلیکولیز، چرخه اسید تری‌کربوکسیلیک، فسفوریلاسیون اکسیداتیو، تخمیر، و انعطاف‌پذیری متابولیکی که به قارچ‌ها اجازه می‌دهد از محیط‌های متنوع بهره‌برداری کنند.

Scope

این موضوع به چگونگی کسب و پردازش کربن و انرژی توسط قارچ‌ها می‌پردازد: هضم خارج سلولی و جذب مواد مغذی، متابولیسم مرکزی کربن (گلیکولیز، چرخه TCA، فسفوریلاسیون اکسیداتیو)، انعطاف‌پذیری برای تخمیر یا تنفس و استفاده از منابع کربن جایگزین، و تنظیم متابولیسم اولیه در مقابل متابولیسم ثانویه. این یک مرجع زیست‌شناسی است و نه راهنمای بالینی.

Core questions

• قارچ‌ها چگونه کربن و سایر مواد مغذی را به دست می‌آورند؟
• ATP چگونه از طریق تخمیر در مقابل تنفس تولید می‌شود؟
• قارچ‌ها با چه انعطاف‌پذیری می‌توانند منابع کربن و حالت‌های متابولیکی را تغییر دهند؟
• تولید متابولیت‌های ثانویه چگونه تنظیم می‌شود؟

Key concepts

• هتروتروفی جذبی
• آنزیم‌های خارج سلولی و هضم
• گلیکولیز
• چرخه اسید تری‌کربوکسیلیک (TCA)
• فسفوریلاسیون اکسیداتیو
• تخمیر در مقابل تنفس
• انعطاف‌پذیری منبع کربن (سازگاری متابولیکی)
• متابولیسم اولیه در مقابل متابولیسم ثانویه

Mechanisms

قارچ‌ها از طریق جذب تغذیه می‌کنند: آن‌ها آنزیم‌های هیدرولیتیک ترشح می‌کنند که بسترهای خارجی را دپلیمریزه کرده و سپس محصولات محلول را وارد می‌کنند. اسکلت‌های کربنی از طریق گلیکولیز وارد متابولیسم مرکزی می‌شوند و پیرووات تولید می‌کنند که تحت شرایط تخمیری تخمیر می‌شود (مثلاً به اتانول) یا از طریق چرخه اسید تری‌کربوکسیلیک اکسید می‌شود، با معادل‌های کاهنده حاصل که فسفوریلاسیون اکسیداتیو را در غشای میتوکندری تغذیه می‌کنند تا ATP تولید شود. بسیاری از قارچ‌ها انعطاف‌پذیری متابولیکی قابل توجهی از خود نشان می‌دهند، بین تخمیر و تنفس تغییر حالت می‌دهند و با منابع کربن جایگزین مانند لیپیدها یا اسیدهای آمینه سازگار می‌شوند، انعطاف‌پذیری که از کلونیزاسیون جایگاه‌های متنوع از جمله بافت‌های میزبان پشتیبانی می‌کند. متابولیسم ثانویه، که از مسیرهای اولیه منشعب می‌شود، به شدت تنظیم شده و ترکیباتی از رنگدانه‌ها تا مولکول‌های زیست‌فعال را تولید می‌کند.

Clinical relevance

انعطاف‌پذیری متابولیکی به قارچ‌ها کمک می‌کند تا با محیط‌های میزبان با محدودیت مواد مغذی سازگار شوند، و متابولیسم مرکزی با مقاومت در برابر استرس و حدت در گونه‌های بیماری‌زا تلاقی دارد. متابولیسم ثانویه قارچی نیز منبع ترکیبات مهم پزشکی، از جمله برخی مایکوتوکسین‌ها و مولکول‌های آنتی‌بیوتیکی است. این مدخل متابولیسم را به عنوان زیست‌شناسی مرجع توصیف می‌کند و توصیه‌های تشخیصی یا درمانی ارائه نمی‌دهد.

Evidence & guidelines

اظهارات اینجا خلاصه‌ای از بررسی‌های روایی فعلی متابولیسم و بیماری‌زایی قارچی همراه با کتاب‌های درسی استاندارد زیست‌شناسی قارچی است؛ آن‌ها منعکس‌کننده درک مکانیکی هستند تا شواهد کارآزمایی بالینی.

History

تخمیر مخمر یکی از موضوعات بنیان‌گذار بیوشیمی بود و Saccharomyces cerevisiae به یک مدل مرکزی برای گلیکولیز و تنفس تبدیل شد. کارهای قرن بیستم تنظیم استفاده از کربن و تمایز بین متابولیسم اولیه و ثانویه را روشن کرد، در حالی که کشف پنی‌سیلین از یک قارچ اهمیت پزشکی متابولیت‌های ثانویه قارچی را برجسته کرد. تحقیقات اخیرتر سازگاری متابولیکی را به بیماری‌زایی قارچی مرتبط کرده است.

Key figures

• Alistair J. P. Brown
• Axel A. Brakhage

Seminal works

• ene-2014
• brakhage-2012

Frequently asked questions

قارچ‌ها چگونه تغذیه می‌کنند؟

قارچ‌ها هتروتروف‌های جذبی هستند: آن‌ها آنزیم‌هایی ترشح می‌کنند که مواد آلی را در خارج از سلول هضم می‌کنند، سپس محصولات تجزیه محلول را جذب می‌کنند تا به عنوان منابع کربن و انرژی استفاده کنند.

آیا قارچ‌ها تخمیر می‌کنند یا تنفس؟

بسیاری از قارچ‌ها می‌توانند هر دو را انجام دهند. آن‌ها می‌توانند منابع کربن را تخمیر کنند (مثلاً به اتانول) یا آن‌ها را به طور کامل از طریق چرخه TCA و فسفوریلاسیون اکسیداتیو اکسید کنند و بسته به شرایطی مانند اکسیژن و در دسترس بودن مواد مغذی، بین حالت‌ها تغییر کنند.