Дрожжи гонят спирт, чтобы не перегреться

Самое важное для человека свойство дрожжей — способность делать спирт. Дрожжи перерабатывают глюкозу в спирт с выделением углекислого газа, который нужен для пузырьков в хлебе, и спирта, который нужен, например, для пива. Естественно, в процессе дрожжи получают и энергию для себя, часть которой они запасают в химических связях, например в молекулах АТФ. Обычно дрожжи переходят на брожение, если им не хватает кислорода для обычного дыхания, более эффективного энергетически. Загвоздка в том, что иногда дрожжи начинают бродить даже в присутствии кислорода, причем не совсем понятно, зачем самим дрожжам спирт, который для них токсичен, да и производство его энергозатратно само по себе. Ученые из Гронингенского университета (Нидерланды) решили исследовать метаболизм дрожжей, чтобы понять, для чего же дрожжам спирт. Дрожжи — один из самых изученных живых организмов, так что исследователи построили модель метаболических процессов дрожжей и изучили энергетику химических реакций всего процесса брожения. Ученые использовали модель чтобы посмотреть, как в ходе жизнедеятельности происходит диссипация энергии Гиббса, то есть той энергии, которую может использовать система для проведения химических реакций. В ходе диссипации, то есть рассеяния, эта энергия постепенно переходит в формы, для системы бесполезные, например в тепло. Ученые сравнили свои данные по рассеянию с данными о том, как меняется интенсивность и способ потребления глюкозы дрожжами. Оказалось, что рассеяние энергии Гиббса всё время растет, пока дрожжи дышат, но выходит на плато в тот момент когда дрожжи переходят на спирт. Ученые пришли к выводу, что дрожжи таким образом уменьшают переход слишком большого количества энергии в тепло — слишком большой перегрев для дрожжей не полезен. Кроме того, как пишут авторы статья, чем активнее идет метаболизм, тем сильнее нарастает энтропия — растет диффузия в цитоплазме клетки, а это затрудняет нормальный ход биомолекулярных процессов внутри клетки, в том числе касающихся регуляции работы генома. Таким образом, дрожжи просто переходят на относительно неэффективное брожение, чтобы просто стравить куда-то избыток энтропии. По словам авторов, исследование может помочь даже в лечении рака — у опухолевых клеток известно похожее явление — эффект Варбурга, при котором они начинают синтезировать лактат, бесполезный для них самих. По мнению ученого, раковые клетки таким образом, тоже делают что-нибудь ненужное, чтобы избавиться от бесполезной энергии. Эту слабость можно использовать, каким-то образом помешав клеткам делать лактат.