Клетки часто сталкиваются с условиями с низким содержанием кислорода ночью, когда нет фотосинтеза, выделяющего кислород в воздух, и все фотосинтезирующие и нефотосинтезирующие организмы в окружающей среде дышат кислородом.Когда это происходит, некоторые организмы, такие как одноклеточная водоросль Chlamydomonas, способны генерировать клеточную энергию за счет расщепления сахаров, не потребляя кислород.
Они делают это, используя различные способы ферментации, подобные тем, которые используются дрожжами для создания спирта. Хотя это имеет решающее значение для выживания обычных водных и наземных организмов, которые встречаются по всей планете, многие детали, касающиеся этого процесса создания энергии с низким содержанием кислорода, плохо изучены.
Новая работа команды, в которую входят Венцян Янг из Карнеги и Артур Гроссман, а также в сотрудничестве с Мэттом Посевицем из Колорадской горной школы, оттачивают биохимические пути, лежащие в основе особой гибкости хламидомонады в реагировании на бескислородные условия и условия с низким содержанием кислорода. Среди других соавторов Карнеги — Клаудиа Каталанотти, Тайлер Витткопп, Люк Маккиндер и Мартин Йоникас.
Он опубликован The Plant Cell.В трудоемком и кропотливом пошаговом процессе команда использовала серию специально созданных мутантов, чтобы определить важность двух идентичных ветвей пути ферментации, расположенных в разных компартментах клетки, которые, как считается, имеют важное значение для темноты. , низко-кислородное брожение у хламидомонады. Эти пути зависят от четырех белков: PAT1 и PAT2, а также ACK1 и ACK2.ACK1 и PAT2 расположены в части растительной клетки, называемой хлоропластом, где происходит фотосинтез.
ACK2 и PAT1 расположены в митохондриях, органеллах в клетках растений и животных, где происходит расщепление сахара.«Удивительно, но мы обнаружили, что хлоропластный путь гораздо более важен, чем митохондриальный путь для поддержания метаболизма ферментации, хотя выработка энергии за счет расщепления сахаров обычно считается митохондриальным процессом», — сказал Гроссман.Более того, они обнаружили, что, хотя пути, контролируемые PAT и ACK, действительно имеют решающее значение для выработки энергии в этих условиях и для производства важного метаболита, называемого ацетатом, по-видимому, существуют и другие неоткрытые биохимические пути, которые также участвуют в этом процессе. и способна восполнить хотя бы часть пробелов в системе.
«Система нуждается в дополнительной доработке, особенно если мы собираемся понять, каким образом дневной цикл и уровни кислорода в окружающей среде влияют на продуктивность фотосинтезирующих организмов на нашей планете», — добавил Гроссман.