Efeito Crabtree
O efeito Crabtree, nomeado em homenagem ao bioquímico inglês Herbert Grace Crabtree,[1] descreve o fenômeno pelo qual a levedura Saccharomyces cerevisiae produz etanol (álcool) em condições aeróbicas em altas concentrações externas de glicose, em vez de produzir biomassa por meio do ciclo do ácido tricarboxílico (TCA), o processo comum que ocorre aerobicamente na maioria das leveduras, por exemplo, Kluyveromyces spp.[2] Esse fenômeno é observado na maioria das espécies dos gêneros Saccharomyces, Schizosaccharomyces, Debaryomyces, Brettanomyces, Torulopsis, Nematospora e Nadsonia.[3] O aumento das concentrações de glicose acelera a glicólise (a quebra da glicose), o que resulta na produção de quantidades apreciáveis de ATP por meio da fosforilação no nível do substrato. Isso reduz a necessidade de fosforilação oxidativa feita pelo ciclo TCA por meio da cadeia de transporte de elétrons e, portanto, diminui o consumo de oxigênio. Acredita-se que o fenômeno tenha evoluído como um mecanismo de competição (devido à natureza antisséptica do etanol) por volta da época em que as primeiras frutas da Terra caíram das árvores.[2] O efeito Crabtree funciona reprimindo a respiração pela via de fermentação, dependendo do substrato.[4]
Primeiramente, acreditava-se que a formação de etanol em leveduras Crabtree-positivas sob condições estritamente aeróbicas era causada pela incapacidade desses organismos de aumentar a taxa de respiração acima de um determinado valor. Esse valor crítico, acima do qual ocorre a fermentação alcoólica, depende da cepa e das condições de cultura.[5] Evidências mais recentes demonstraram que a ocorrência da fermentação alcoólica pode não ser primariamente devida a uma capacidade respiratória limitada,[6] mas pode ser causada por um limite na taxa de dissipação de energia de Gibbs celular.[7]
Para S. cerevisiae em condições aeróbicas,[8] concentrações de glicose abaixo de 150 mg/L não resultaram na produção de etanol. Acima desse valor, o etanol foi formado com taxas crescentes até uma concentração de glicose de 1.000 mg/L. Portanto, acima de 150 mg/L de glicose, o organismo exibiu um efeito Crabtree.[9]
Foi o estudo de células tumorais que levou à descoberta do efeito Crabtree.[10] As células tumorais têm um metabolismo semelhante, o efeito Warburg, no qual elas favorecem a glicólise em detrimento da via de fosforilação oxidativa.[11]
Referências
editar- ↑ Crabtree, HG (1929). «Observations on the carbohydrate metabolism of tumours.». The Biochemical Journal (em inglês). 23 (3): 536–45. PMC 1254097
. PMID 16744238. doi:10.1042/bj0230536
- ↑ a b Thomson JM, Gaucher EA, Burgan MF, De Kee DW, Li T, Aris JP, Benner SA (2005). «Resurrecting ancestral alcohol dehydrogenases from yeast.». Nat. Genet. (em inglês). 37 (6): 630–635. PMC 3618678 . PMID 15864308. doi:10.1038/ng1553
- ↑ De Deken, R. H. (1966). «The Crabtree Effect: A Regulatory System in Yeast». J. Gen. Microbiol. (em inglês). 44 (2): 149–56. PMID 5969497. doi:10.1099/00221287-44-2-149
- ↑ De Deken, R. H. (1 de agosto de 1966). «The Crabtree Effect and its Relation to the Petite Mutation». Journal of General Microbiology (em inglês). 44 (2): 157–165. PMID 5969498. doi:10.1099/00221287-44-2-157
- ↑ Vandijken, J; Scheffers, W (abril de 1986). «Redox balances in the metabolism of sugars by yeasts». FEMS Microbiology Letters (em inglês) (3-4): 199–224. doi:10.1016/0378-1097(86)90291-0
- ↑ Postma, E; Verduyn, C; Scheffers, WA; Van Dijken, JP (Fevereiro de 1989). «Enzymic analysis of the crabtree effect in glucose-limited chemostat cultures of Saccharomyces cerevisiae.». Applied and Environmental Microbiology (em inglês). 55 (2): 468–77. Bibcode:1989ApEnM..55..468P. PMC 184133 . PMID 2566299. doi:10.1128/AEM.55.2.468-477.1989
- ↑ Heinemann, Matthias; Leupold, Simeon; Niebel, Bastian (Janeiro de 2019). «An upper limit on Gibbs energy dissipation governs cellular metabolism» (PDF). Nature Metabolism (em inglês). 1 (1): 125–132. ISSN 2522-5812. PMID 32694810. doi:10.1038/s42255-018-0006-7. Arquivado do original (PDF) em 5 de maio de 2020
- ↑ Verduyn, Cornelis; Zomerdijk, Timotheus P. L.; van Dijken, Johannes P.; Scheffers, W. Alexander (1 de março de 1984). «Continuous measurement of ethanol production by aerobic yeast suspensions with an enzyme electrode». Applied Microbiology and Biotechnology (em inglês) (3): 181–185. ISSN 1432-0614. doi:10.1007/BF00256451
- ↑ Verduyn, Cornelis; Zomerdijk, Timotheus P. L.; van Dijken, Johannes P.; Scheffers, W. Alexander (1 de março de 1984). «Continuous measurement of ethanol production by aerobic yeast suspensions with an enzyme electrode». Applied Microbiology and Biotechnology (em inglês) (3): 181–185. ISSN 1432-0614. doi:10.1007/BF00256451
- ↑ Pfeiffer, T; Morley, A (2014). «An evolutionary perspective on the Crabtree effect.». Frontiers in Molecular Biosciences (em inglês). 1. 17 páginas. PMC 4429655 . PMID 25988158. doi:10.3389/fmolb.2014.00017
- ↑ Diaz-Ruiz, Rodrigo; Rigoulet, Michel; Devin, Anne (junho de 2011). «The Warburg and Crabtree effects: On the origin of cancer cell energy metabolism and of yeast glucose repression». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics (em inglês). 1807 (6): 568–576. PMID 20804724. doi:10.1016/j.bbabio.2010.08.010
Leitura adicional
editar- Crabtree HG (1928). «The carbohydrate metabolism of certain pathological overgrowths.». Biochem. J. (em inglês). 22 (5): 1289–98. PMC 1252256 . PMID 16744142. doi:10.1042/bj0221289