Chuyển hóa và Sản xuất Năng lượng ở Nấm

Nấm là sinh vật hóa dưỡng hữu cơ dị dưỡng (chemoorganoheterotrophs): chúng thu nhận carbon và năng lượng bằng cách hấp thụ các chất dinh dưỡng hữu cơ, tiết enzyme để phân giải các cơ chất phức tạp bên ngoài tế bào và hấp thụ các sản phẩm tạo thành. Năng lượng được chiết xuất thông qua quá trình đường phân, chu trình axit tricarboxylic và phosphoryl hóa oxy hóa. Nhiều loài nấm có thể chuyển đổi giữa quá trình lên men và hô hấp, cũng như giữa các nguồn carbon khác nhau. Ngoài quá trình chuyển hóa năng lượng cốt lõi, nấm còn sản xuất nhiều chất chuyển hóa thứ cấp, một số trong đó có ý nghĩa y học quan trọng.

Definition

Chuyển hóa và sản xuất năng lượng ở nấm đề cập đến các con đường sinh hóa mà nấm, với tư cách là sinh vật dị dưỡng hấp thụ, thu nhận carbon và các chất dinh dưỡng khác, đồng thời tạo ra ATP, bao gồm tiêu hóa ngoại bào, đường phân, chu trình axit tricarboxylic, phosphoryl hóa oxy hóa, lên men và tính linh hoạt trao đổi chất cho phép nấm khai thác các môi trường đa dạng.

Scope

Chủ đề này bao gồm cách nấm thu nhận và xử lý carbon và năng lượng: tiêu hóa ngoại bào và hấp thụ chất dinh dưỡng, chuyển hóa carbon trung tâm (đường phân, chu trình TCA, phosphoryl hóa oxy hóa), khả năng linh hoạt lên men hoặc hô hấp và sử dụng các nguồn carbon thay thế, cũng như sự điều hòa giữa chuyển hóa sơ cấp và thứ cấp. Đây là kiến thức sinh học tham khảo và không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Nấm thu nhận carbon và các chất dinh dưỡng khác bằng cách nào?
• ATP được tạo ra thông qua quá trình lên men so với hô hấp như thế nào?
• Nấm có thể linh hoạt chuyển đổi nguồn carbon và chế độ trao đổi chất đến mức nào?
• Việc sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp được điều hòa như thế nào?

Key concepts

• Dị dưỡng hấp thụ
• Enzyme ngoại bào và tiêu hóa
• Đường phân
• Chu trình axit tricarboxylic (TCA)
• Phosphoryl hóa oxy hóa
• Lên men so với hô hấp
• Tính linh hoạt của nguồn carbon (thích nghi trao đổi chất)
• Chuyển hóa sơ cấp so với thứ cấp

Mechanisms

Nấm hấp thụ chất dinh dưỡng bằng cách tiết ra các enzyme thủy phân để phân giải các cơ chất bên ngoài thành các sản phẩm hòa tan, sau đó hấp thụ chúng. Các khung carbon đi vào quá trình chuyển hóa trung tâm thông qua đường phân, tạo ra pyruvate. Pyruvate này có thể được lên men (ví dụ thành ethanol) trong điều kiện lên men hoặc được oxy hóa thông qua chu trình axit tricarboxylic, với các đương lượng khử tạo thành cung cấp cho quá trình phosphoryl hóa oxy hóa tại màng ty thể để sản xuất ATP. Nhiều loài nấm thể hiện tính linh hoạt trao đổi chất đáng kể, chuyển đổi giữa lên men và hô hấp, và thích nghi với các nguồn carbon thay thế như lipid hoặc axit amin. Tính linh hoạt này hỗ trợ việc xâm chiếm các môi trường đa dạng, bao gồm cả mô vật chủ. Quá trình chuyển hóa thứ cấp, phân nhánh từ các con đường sơ cấp, được điều hòa chặt chẽ và tạo ra các hợp chất từ sắc tố đến các phân tử có hoạt tính sinh học.

Clinical relevance

Tính linh hoạt trao đổi chất giúp nấm thích nghi với môi trường vật chủ hạn chế chất dinh dưỡng, và quá trình chuyển hóa trung tâm giao thoa với khả năng kháng stress và độc lực ở các loài gây bệnh. Quá trình chuyển hóa thứ cấp của nấm cũng là nguồn gốc của các hợp chất có ý nghĩa y học, bao gồm một số độc tố nấm (mycotoxins) và phân tử kháng sinh. Mục này mô tả quá trình chuyển hóa như một kiến thức sinh học tham khảo và không đưa ra lời khuyên chẩn đoán hoặc điều trị.

Evidence & guidelines

Các tuyên bố ở đây tóm tắt các đánh giá tổng quan hiện tại về chuyển hóa và bệnh sinh của nấm cùng với các sách giáo khoa sinh học nấm tiêu chuẩn; chúng phản ánh sự hiểu biết về cơ chế hơn là bằng chứng từ các thử nghiệm lâm sàng.

History

Quá trình lên men của nấm men là một trong những chủ đề nền tảng của hóa sinh, và Saccharomyces cerevisiae đã trở thành một mô hình trung tâm cho quá trình đường phân và hô hấp. Công trình nghiên cứu thế kỷ XX đã làm sáng tỏ sự điều hòa việc sử dụng carbon và sự phân biệt giữa chuyển hóa sơ cấp và thứ cấp, trong khi việc phát hiện penicillin từ nấm đã làm nổi bật tầm quan trọng y học của các chất chuyển hóa thứ cấp của nấm. Nghiên cứu gần đây hơn đã liên kết sự thích nghi trao đổi chất với bệnh sinh của nấm.

Key figures

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

Seminal works

• ene-2014
• brakhage-2012

Frequently asked questions

Nấm lấy thức ăn bằng cách nào?

Nấm là sinh vật dị dưỡng hấp thụ: chúng tiết enzyme để tiêu hóa vật chất hữu cơ bên ngoài tế bào, sau đó hấp thụ các sản phẩm phân giải hòa tan để sử dụng làm nguồn carbon và năng lượng.

Nấm lên men hay hô hấp?

Nhiều loài nấm có thể thực hiện cả hai. Chúng có thể lên men các nguồn carbon (ví dụ thành ethanol) hoặc oxy hóa hoàn toàn chúng thông qua chu trình TCA và phosphoryl hóa oxy hóa, chuyển đổi giữa các chế độ tùy thuộc vào các điều kiện như oxy và sự sẵn có của chất dinh dưỡng.