कवक उपापचय और ऊर्जा उत्पादन

कवक कीमोऑर्गानोहेटेरोट्रोफ (chemoorganoheterotrophs) होते हैं: वे कार्बन और ऊर्जा कार्बनिक पोषक तत्वों को अवशोषित करके प्राप्त करते हैं, कोशिकाओं के बाहर जटिल सब्सट्रेट्स को तोड़ने के लिए एंजाइम स्रावित करते हैं और उत्पादों को ग्रहण करते हैं। ऊर्जा ग्लाइकोलिसिस (glycolysis), ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र (tricarboxylic acid cycle), और ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलीकरण (oxidative phosphorylation) के माध्यम से निकाली जाती है, और कई कवक किण्वन (fermentation) और श्वसन (respiration) के साथ-साथ विभिन्न कार्बन स्रोतों के बीच भी बदलाव कर सकते हैं। मुख्य ऊर्जा उपापचय के अलावा, कवक प्रचुर मात्रा में द्वितीयक उपापचयज (secondary metabolites) उत्पन्न करते हैं, जिनमें से कुछ चिकित्सकीय रूप से महत्वपूर्ण हैं।

Definition

कवक उपापचय और ऊर्जा उत्पादन उन जैव रासायनिक मार्गों को संदर्भित करता है जिनके द्वारा कवक, अवशोषक हेटेरोट्रोफ (absorptive heterotrophs) के रूप में, कार्बन और अन्य पोषक तत्व प्राप्त करते हैं और एटीपी (ATP) उत्पन्न करते हैं, जिसमें बाह्यकोशिकीय पाचन, ग्लाइकोलिसिस, ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र, ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलीकरण, किण्वन, और उपापचयी लचीलापन शामिल है जो कवक को विविध वातावरणों का लाभ उठाने देता है।

Scope

यह विषय बताता है कि कवक कार्बन और ऊर्जा कैसे प्राप्त और संसाधित करते हैं: बाह्यकोशिकीय पाचन और पोषक तत्व ग्रहण, केंद्रीय कार्बन उपापचय (ग्लाइकोलिसिस, टीसीए चक्र, ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलीकरण), किण्वन या श्वसन करने और वैकल्पिक कार्बन स्रोतों का उपयोग करने की लचीलापन, और प्राथमिक बनाम द्वितीयक उपापचय का विनियमन। यह संदर्भ जीव विज्ञान है न कि नैदानिक मार्गदर्शन।

Core questions

• कवक कार्बन और अन्य पोषक तत्व कैसे प्राप्त करते हैं?
• किण्वन बनाम श्वसन के माध्यम से एटीपी कैसे उत्पन्न होता है?
• कवक कितनी लचीलेपन से कार्बन स्रोतों और उपापचयी तरीकों को बदल सकते हैं?
• द्वितीयक उपापचयज का उत्पादन कैसे विनियमित होता है?

Key concepts

• अवशोषक हेटेरोट्रॉफी (Absorptive heterotrophy)
• बाह्यकोशिकीय एंजाइम और पाचन
• ग्लाइकोलिसिस
• ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड (TCA) चक्र
• ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलीकरण
• किण्वन बनाम श्वसन
• कार्बन स्रोत लचीलापन (उपापचयी अनुकूलन)
• प्राथमिक बनाम द्वितीयक उपापचय

Mechanisms

कवक अवशोषण द्वारा पोषण करते हैं: वे हाइड्रोलाइटिक एंजाइम (hydrolytic enzymes) स्रावित करते हैं जो बाहरी सब्सट्रेट्स को विखंडित करते हैं और फिर घुलनशील उत्पादों को आयात करते हैं। कार्बन कंकाल ग्लाइकोलिसिस के माध्यम से केंद्रीय उपापचय में प्रवेश करते हैं, जिससे पाइरूवेट (pyruvate) उत्पन्न होता है जिसे किण्वन की स्थिति में किण्वित किया जाता है (उदाहरण के लिए इथेनॉल में) या ट्राइकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र के माध्यम से ऑक्सीकृत किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाले अपचायक समतुल्य (reducing equivalents) माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली (mitochondrial membrane) पर ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलीकरण को बढ़ावा देते हैं ताकि एटीपी का उत्पादन हो सके। कई कवक उल्लेखनीय उपापचयी लचीलापन प्रदर्शित करते हैं, किण्वन और श्वसन के बीच स्विच करते हैं और लिपिड (lipids) या अमीनो एसिड (amino acids) जैसे वैकल्पिक कार्बन स्रोतों के अनुकूल होते हैं, एक प्लास्टिसिटी (plasticity) जो मेजबान ऊतकों सहित विविध स्थानों के उपनिवेशीकरण का समर्थन करती है। प्राथमिक मार्गों से अलग होने वाला द्वितीयक उपापचय, कसकर विनियमित होता है और रंजक से लेकर जैवसक्रिय अणुओं तक के यौगिकों का उत्पादन करता है।

Clinical relevance

उपापचयी लचीलापन कवक को पोषक तत्व-सीमित मेजबान वातावरण के अनुकूल होने में मदद करता है, और केंद्रीय उपापचय रोगजनक प्रजातियों में तनाव प्रतिरोध और विषाणुता (virulence) के साथ प्रतिच्छेद करता है। कवक द्वितीयक उपापचय चिकित्सकीय रूप से महत्वपूर्ण यौगिकों का स्रोत भी है, जिसमें कुछ माइकोटॉक्सिन (mycotoxins) और एंटीबायोटिक (antibiotic) अणु शामिल हैं। यह प्रविष्टि उपापचय को संदर्भ जीव विज्ञान के रूप में वर्णित करती है और नैदानिक या उपचार संबंधी सलाह नहीं देती है।

Evidence & guidelines

यहां दिए गए कथन कवक उपापचय और रोगजनन की वर्तमान कथात्मक समीक्षाओं के साथ-साथ मानक कवक जीव विज्ञान पाठ्यपुस्तकों का सारांश प्रस्तुत करते हैं; वे नैदानिक परीक्षण साक्ष्य के बजाय यांत्रिक समझ को दर्शाते हैं।

History

यीस्ट किण्वन जैव रसायन के संस्थापक विषयों में से एक था, और सैकरोमाइसेस सेरेविसिया (Saccharomyces cerevisiae) ग्लाइकोलिसिस और श्वसन के लिए एक केंद्रीय मॉडल बन गया। बीसवीं सदी के काम ने कार्बन उपयोग के विनियमन और प्राथमिक और द्वितीयक उपापचय के बीच अंतर को स्पष्ट किया, जबकि एक कवक से पेनिसिलिन (penicillin) की खोज ने कवक द्वितीयक उपापचयज के चिकित्सकीय महत्व को उजागर किया। हाल के शोध ने उपापचयी अनुकूलन को कवक रोगजनन से जोड़ा है।

Key figures

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

Seminal works

• ene-2014
• brakhage-2012

Frequently asked questions

कवक कैसे पोषण करते हैं?

कवक अवशोषक हेटेरोट्रोफ होते हैं: वे एंजाइम स्रावित करते हैं जो कोशिका के बाहर कार्बनिक पदार्थों को पचाते हैं, फिर घुलनशील अपघटन उत्पादों को कार्बन और ऊर्जा स्रोतों के रूप में उपयोग करने के लिए अवशोषित करते हैं।

क्या कवक किण्वन करते हैं या श्वसन करते हैं?

कई कवक दोनों कर सकते हैं। वे कार्बन स्रोतों को किण्वित कर सकते हैं (उदाहरण के लिए इथेनॉल में) या उन्हें टीसीए चक्र और ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलीकरण के माध्यम से पूरी तरह से ऑक्सीकृत कर सकते हैं, ऑक्सीजन और पोषक तत्वों की उपलब्धता जैसी स्थितियों के आधार पर तरीकों के बीच स्विच कर सकते हैं।