低氧能量创造过程

2019-12-24 250藻类

光合作用可能是植物生物化学中最著名的方面。它使植物、藻类和选择细菌能够将白天的阳光能量转化为糖和淀粉(以及油和蛋白质)形式的化学能,它还包括从空气中吸收二氧化碳和释放从水分子中获得的氧气。光合作用生物在晚上进行其他类型的生化反应,它们通过分解白天储存的糖和淀粉来产生能量。

对低氧能量创造过程了解较少

细胞通常在夜间面临低氧条件,这时没有光合作用,向空气中释放氧气,环境中所有进行光合作用和非光合作用的生物体都在呼吸氧气。

当这种情况发生时,一些生物体,如单细胞衣藻,能够通过糖的分解产生细胞能量而不需要吸收氧气。他们利用各种不同的发酵途径来达到这一目的,类似于酵母用来制造酒精的途径。虽然对地球上常见的水生和陆生生物的生存至关重要,但关于这种低氧能量创造过程的许多细节却知之甚少。

卡耐基大学的Wenqiang Yang和Arthur Grossman以及科罗拉多矿业学院的Matt Posewitz合作的一个团队的最新研究,深入探讨了低氧能量创造过程,衣藻在应对无氧和低氧环境时所表现出的特殊灵活性背后的生化途径。卡耐基的其他合著者包括Claudia Catalanotti, Tyler Wittkopp, Luke Mackinder和Martin Jonikas。它由《植物细胞》出版。

研究内容

在一个艰难而严格的一步一步的过程中,研究小组使用了一系列特别创造的突变体来确定位于细胞不同隔间的两个相同的发酵通路分支的重要性,这两个分支都被认为是衣藻黑暗、低氧发酵的关键。这些通路依赖于四种蛋白质,PAT1和PAT2, ACK1和ACK2。

ACK1和PAT2位于植物细胞中被称为叶绿体的部分,叶绿体是进行光合作用的隔间。ACK2和PAT1位于植物和动物细胞中发生糖分解的细胞器线粒体中。

研究结果

“令人惊讶的是,我们发现叶绿体途径比线粒体途径对维持发酵代谢更重要,尽管通过糖的分解产生能量通常被认为是一个线粒体过程,”Grossman说。

更重要的是,他们发现,尽管PAT-和ACK-controlled途径确实是至关重要的发电能源在这些条件下,乙酸和生产的一个重要的代谢物,似乎还有其他未被发现的生化途径也参与这个过程,至少能够捡一些松弛的系统。

“这个系统需要做更多的工作,尤其是如果我们想要了解昼夜循环和环境氧气水平是如何影响我们星球上光合生物的生产力的,”Grossman补充道。

引用

Carnegie Institution. "Biochemistry detective work: Algae at night." ScienceDaily. ScienceDaily, 10 November 2014.
www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141110110720.htm.

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