L’efficiente inefficienza della fermentazione|| #IntesaScienceNews || Intesa Universitaria

Alcuni ricercatori dell’Università della California a San Diego, su un articolo pubblicato su “Nature“, danno finalmente una risposta a un’enigma durato quasi cent’anni: la ragione per cui spesso le cellule in rapida riproduzione ricavano energia dall’inefficiente processo di fermentazione, piuttosto che dalla respirazione aerobica che ne fornirebbe una quantità maggiore, è “sfruttare il momento abbattendo i costi al contorno”.

 

La fermentazione è un processo ossidativo anaerobico svolto da numerosi microrganismi, i quali producono l’energia necessaria alla loro sopravvivenza trasformando lo zucchero in alcol, gas o acidi. Solitamente è proprio l’assenza di ossigeno che dà avvio a tale processo, in quanto crea dei problemi per la continuità operativa della glicolisi.

Tuttavia molto spesso, anche se esso è disponibile, le cellule in rapida proliferazione (come quelle tumorali) producono l’energia necessaria attraverso la fermentazione e non con la respirazione aerobica che sarebbe invece più efficiente. Ciò si verifica in quanto la respirazione aerobica distoglie gli apparati cellulari dalla produzione di proteine, aumentando il costo metabolico complessivo e il tempo necessario alla riproduzione della cellula.

Il primo a indagare la ragione per cui le cellule in rapida proliferazione ricorressero alla fermentazione pur avendo a disposizione ossigeno fu il biologo tedesco Otto Warburg il quale, nella prima metà del Novecento, si occupò delle cellule tumorali. Solo oggi, grazie agli studi di Terry Hwa e i suoi colleghi, è possibile dare una soluzione all’enigma: affinchè la respirazione possa avvenire ai tassi elevati necessari alla proliferazione è necessario sintetizzare molti enzimi per la respirazione (lenti e ingombranti rispetto a quelli per la fermentazione), impegnando numerosi ribosomi, dei quali ne resteranno solo un numero esiguo per la produzione di altre proteine di crescita, tra cui i ribosomi stessi. “Questo è un costo importante, ed è il fattore che limita la crescita”. Hwa stesso afferma: “Per le cellule ci sono due costi da considerare: uno è il costo della materia prima. Rispetto alla fermentazione, la respirazione aerobica genera più energia per ogni atomo di carbonio usato. L’altro è l’eventuale costo per la sintesi degli enzimi. Questo costo si riferisce al numero di ‘macchine’ per produrre proteine, o ribosomi, che devono essere reclutate per sintetizzare gli enzimi pertinenti.”

I ricercatori hanno inoltre stabilito che a parità di tasso di generazione di energia, le proteine “respiratorie” costano alla cellula il doppio delle proteine “da fermentazione”.

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La fermentazione produce energia in modo meno efficiente della respirazione, ma gli enzimi richiesti sono più piccoli e veloci (a sinistra). Inoltre i costi metabolici per la produzione dei due tipi di enzimi (a destra), fanno sì che la fermentazione diventi più conveniente quando serve una rapida riproduzione (Cortesia M. Basan et al./Nature).
                                                                      
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http://www.lescienze.it/news/2015/12/04/news/fermentazione_respirazione_aerobica_costo_metabolico-2878932/