Метаболизм грибов и производство энергии

Грибы являются хемоорганогетеротрофами: они получают углерод и энергию, поглощая органические питательные вещества, выделяя ферменты для расщепления сложных субстратов вне клетки и поглощая продукты распада. Энергия извлекается посредством гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и окислительного фосфорилирования, при этом многие грибы могут переключаться между брожением и дыханием, а также между различными источниками углерода. Помимо основного энергетического метаболизма, грибы производят множество вторичных метаболитов, некоторые из которых имеют медицинское значение.

Definition

Метаболизм грибов и производство энергии относится к биохимическим путям, посредством которых грибы, как абсорбтивные гетеротрофы, получают углерод и другие питательные вещества и генерируют АТФ, включая внеклеточное пищеварение, гликолиз, цикл трикарбоновых кислот, окислительное фосфорилирование, брожение и метаболическую гибкость, которая позволяет грибам осваивать разнообразные среды обитания.

Scope

Эта тема охватывает то, как грибы получают и перерабатывают углерод и энергию: внеклеточное пищеварение и поглощение питательных веществ, центральный углеродный метаболизм (гликолиз, цикл трикарбоновых кислот, окислительное фосфорилирование), способность к брожению или дыханию и использованию альтернативных источников углерода, а также регуляцию первичного и вторичного метаболизма. Это справочная биология, а не клиническое руководство.

Core questions

• Как грибы получают углерод и другие питательные вещества?
• Как АТФ генерируется посредством брожения по сравнению с дыханием?
• Насколько гибко грибы могут переключать источники углерода и метаболические режимы?
• Как регулируется производство вторичных метаболитов?

Key concepts

• Абсорбтивная гетеротрофия
• Внеклеточные ферменты и пищеварение
• Гликолиз
• Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК)
• Окислительное фосфорилирование
• Брожение против дыхания
• Гибкость источников углерода (метаболическая адаптация)
• Первичный против вторичного метаболизма

Mechanisms

Грибы питаются путем абсорбции: они секретируют гидролитические ферменты, которые деполимеризуют внешние субстраты, а затем импортируют растворимые продукты. Углеродные скелеты поступают в центральный метаболизм через гликолиз, генерируя пируват, который либо ферментируется (например, до этанола) в условиях брожения, либо окисляется через цикл трикарбоновых кислот, при этом образующиеся восстановительные эквиваленты поступают в окислительное фосфорилирование на митохондриальной мембране для производства АТФ. Многие грибы демонстрируют выраженную метаболическую гибкость, переключаясь между брожением и дыханием и адаптируясь к альтернативным источникам углерода, таким как липиды или аминокислоты, — пластичность, которая поддерживает колонизацию различных ниш, включая ткани хозяина. Вторичный метаболизм, ответвляющийся от первичных путей, строго регулируется и дает соединения, от пигментов до биоактивных молекул.

Clinical relevance

Метаболическая гибкость помогает грибам адаптироваться к обедненным питательными веществами средам хозяина, а центральный метаболизм пересекается с устойчивостью к стрессу и вирулентностью у патогенных видов. Вторичный метаболизм грибов также является источником медицински значимых соединений, включая некоторые микотоксины и антибиотические молекулы. Эта статья описывает метаболизм как справочную биологию и не дает диагностических или лечебных советов.

Evidence & guidelines

Приведенные здесь утверждения обобщают текущие обзорные статьи по метаболизму и патогенезу грибов, а также стандартные учебники по биологии грибов; они отражают механистическое понимание, а не данные клинических испытаний.

History

Брожение дрожжей было одной из основополагающих тем биохимии, а Saccharomyces cerevisiae стал центральной моделью для изучения гликолиза и дыхания. Работа двадцатого века прояснила регуляцию утилизации углерода и различие между первичным и вторичным метаболизмом, в то время как открытие пенициллина из гриба подчеркнуло медицинское значение вторичных метаболитов грибов. Более поздние исследования связали метаболическую адаптацию с патогенезом грибов.

Key figures

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

Seminal works

• ene-2014
• brakhage-2012

Frequently asked questions

Как питаются грибы?

Грибы являются абсорбтивными гетеротрофами: они выделяют ферменты, которые переваривают органический материал вне клетки, а затем поглощают растворимые продукты распада для использования в качестве источников углерода и энергии.

Грибы ферментируют или дышат?

Многие грибы могут делать и то, и другое. Они могут ферментировать источники углерода (например, до этанола) или полностью окислять их через цикл трикарбоновых кислот и окислительное фосфорилирование, переключаясь между режимами в зависимости от таких условий, как доступность кислорода и питательных веществ.