[5] ยีสต์ไม่ได้หมักแอลกอฮอล์เฉพาะตอนขาดออกซิเจน
ยีสต์ Saccharomyces cerevisiae หรือ brewer's yeast เป็นจุลชีพแสนสำคัญที่ขาดไม่ได้ในการทำขนมปังและการผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ความลับของทั้งสองกระบวนการนี้คือวิถีเมแทบอลิซึมในเซลล์ยีสต์ที่เรียกว่า "การหมักแอลกอฮอล์ (alcoholic fermentation)" ซึ่งเป็นการนำน้ำตาลมาผ่านวิถีไกลโคไลซิส (glycolysis) เพื่อสร้าง ATP และแปรรูปน้ำตาลใหม่จนได้เป็นเอทานอลและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (ที่มาของความฟูฟ่องของขนมปัง) หลายคนอาจจะเข้าใจว่าการหมักแอลกอฮอล์นี้เป็นการปรับตัวที่เกิดขึ้นเฉพาะเมื่อยีสต์ขาดออกซิเจนเท่านั้น แต่จริง ๆ แล้วมันมีอะไรมากกว่าที่คิดนะ
ที่จริงแล้วในสภาวะที่มีออกซิเจนเพียงพอยีสต์ก็สามารถหมักแอลกอฮอล์ได้เช่นกัน และที่น่าสนใจไปกว่านั้น ยีสต์มีแนวโน้มที่จะสร้าง ATP ผ่านการหมักแอลกอฮอล์มากกว่าผ่านการหายใจแบบใช้ออกซิเจนเสียด้วยซ้ำเมื่ออยู่ในสภาวะที่มีออกซิเจนและน้ำตาลกลูโคสมากเพียงพอ และยีสต์จะหยุดหมักแอลกอฮอล์ก็ต่อเมื่อน้ำตาลกลูโคสลดลงถึงค่าวิกฤติเท่านั้น ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "Crabtree effect" นี้ทำให้นักวิจัยสับสนมากเพราะการหมักแอลกอฮอล์ให้ ATP ต่อน้ำตาลกลูโคสไม่คุ้มค่าเท่าการหายใจแบบใช้ออกซิเจน (ใช้น้ำตาลกลูโคสเปลือง)
นักวิจัยตั้งสมมติฐานไว้หลายข้อเพื่ออธิบายประโยชน์ของการหมักแอลกอฮอล์และ Crabtree effect บางสมมติฐานบอกว่าแอลกอฮอล์ที่ยีสต์หมักได้สามารถใช้เป็นสารพิษต่อต้านจุลชีพชนิดอื่นที่เจริญอยู่ในแหล่งอาหารเดียวกัน บางสมมติฐานบอกว่าแม้การหมักแอลกอฮอล์จะให้ ATP ไม่คุ้มค่า แต่มันทำให้ยีสต์เร่งผลิต ATP ได้เร็วกว่าการหายใจแบบใช้ออกซิเจน และทำให้ยีสต์เติบโตได้ดีกว่าในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย (Pfeiffer & Morley, 2014) ในขณะที่งานวิจัยล่าสุดโดย Niebel et al. (2019) ให้มุมมองใหม่ว่า ยีสต์ S. cerevisiae เป็นจุลชีพที่มีอัตราการนำน้ำตาลกลูโคสเข้าเซลล์สูง ถ้ายีสต์นำน้ำตาลกลูโคสมาใช้ในปฏิกิริยาเคมีในเซลล์มาก ๆ จะมีพลังงานส่วนเกินจากปฏิกิริยาเคมีถูกปลดปล่อยออกมามากและขับเคลื่อนให้เกิด "การเคลื่อนไหวของเอนไซม์" ที่มากเกินไปจนเป็นอันตรายต่อเซลล์ได้ การเปลี่ยนวิถีเมแทบอลิซึมมาใช้การหมักแอลกอฮอล์ซึ่งมีขั้นตอนน้อยกว่าการหายใจแบบใช้ออกซิเจนนั้นจะปลดปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมาน้อยกว่า จึงปลอดภัยต่อเซลล์ยีสต์มากกว่านั่นเอง (ยีสต์สายพันธุ์อื่นที่ไม่ได้นำน้ำตาลกลูโคสเข้าเซลล์สูงเท่า S. cerevisiae มักจะไม่มีการหมักแอลกอฮอล์)
นอกจากเซลล์ยีสต์แล้ว เซลล์มะเร็งหลายชนิดในร่างกายของเราก็มีการหมักในสภาพออกซิเจนเพียงพอเช่นกัน แต่การหมักของเซลล์มะเร็งเป็นการหมักแลกเตท (lactate fermentation) เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า “Warburg effect” นักวิจัยเชื่อว่าการหมักแอลกอฮอล์ใน Crabtree effect และการหมักกรดแลกเตทใน Warburg effect นั้นมีความเกี่ยวเนื่องกัน ดังนั้นการเข้าใจกระบวนการหมักในเซลล์ยีสต์จึงไม่ได้มีประโยชน์แค่อุตสาหกรรมการผลิตขนมปังและเครื่องดื่มแอลกอฮอล์เท่านั้น แต่ยังมีคุณค่าในทางการแพทย์อีกด้วย
#yeast #Saccharomyces #fermentation
เอกสารอ้างอิง:
Niebel B., Leupold S. & Heinemann M. (2019) An upper limit on Gibbs energy dissipation governs cellular mechanism. Nat Metab. 1: 125–132.
(เพิ่มเติม: งานวิจัยนี้เป็น thermodynamics ก็เลยอ่านยากมาก แนะนำให้อ่านจากข่าวดีกว่าครับ https://www.sciencedaily.com/releases/2019/01/190107112950.htm)
Pfeiffer T. & Morley A. (2014) An evolutionary perspective on the Crabtree effect. Front Mo Biosci. 1.
โฆษณา:
ก่อนหน้านี้มีงานวิจัยหนึ่งถูกอัพโหลดขึ้นมาในฐานข้อมูลออนไลน์ ชื่องานวิจัยว่า “Fantastic yeasts and where to find them: the hidden diversity of dimorphic fungal pathogens” (ดูแค่ชื่อก็รู้แล้วว่านักวิจัยได้ไอเดียมาจากไหน) ตามไปเสพกันได้ที่ https://doi.org/10.1016/j.mib.2019.05.002
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
