Was bestimmt die Stoffwechselwege, die eine biologische Zelle tragen kann?

Zum Beispiel:

  • menschliche Zellen (Eukaryoten) können den Weg des Krebszyklus nutzen, um nach der Glykolyse mehr ATP zu erzeugen, aber die meisten Bakterien können den Krebszyklus nicht nutzen
  • Pflanzenzellen können den Calvin-Zyklus für die Photosynthese nutzen, menschliche Zellen jedoch nicht.
  • Hefe kann den Ethanol-Fermentationsweg nutzen, aber menschliche Zellen können nur den Milchsäure-Fermentationsweg nutzen.

Warum können Menschen den Calvin-Zyklus nicht nutzen? Oder warum kann Hefe nicht stattdessen den Weg der Milchsäuregärung nutzen? Was bestimmt die Stoffwechselwege, die eine biologische Zelle nutzen kann?

Der Stoffwechselweg ist eine Abfolge von enzymkatalysierten Reaktionen. . .
Es ist ein Glück, dass viele Bakterien den Krebszyklus und die oxidative Phosphorylierung nutzen können, oder Eukaryoten hätten diese Fähigkeit durch ihre endosymbiotische Aufnahme zur Produktion von Mitochondrien niemals erlangt. Und die Antwort ist trivial – Evolution. Stoffwechselwege unterscheiden sich in dieser Hinsicht nicht vom Rüssel des Elefanten, dem Hals der Giraffe, den Flügeln der Vögel oder den Flossen der Fische. Alle sind ein Ergebnis der Evolution des Genoms unter Umweltdruck.
Ist es möglich, neue Wege in Bakterienzellen gentechnisch zu manipulieren?
Ja, es ist möglich, neue Wege in Bakterien gentechnisch zu manipulieren – das nennt man Synthetische Biologie, und Sie können nach Artikeln darüber suchen. Das Einfügen der Gene für einen Signalweg reicht jedoch nicht aus, Sie müssen berücksichtigen, wie sie induziert und reguliert werden usw.

Antworten (1)

Ausschlaggebend sind die Erbanlagen, die an den Organismus weitergegeben werden. Stoffwechselwege erfordern Proteinkatalysatoren, deren Herstellungsanweisungen in der DNA gespeichert sind. Mit anderen Worten, Menschen können den Calvin-Zyklus nicht verwenden, weil unsere Eltern es nicht können/konnten, aber Pflanzen können es, weil ihre Eltern es können/konnten.

Langfristig können Organismen jedoch sehr langsam die Fähigkeit erlangen oder verlieren, Wege zu nutzen, die ihre Vorfahren hatten.

Meinen Sie mit Proteinkatalysatoren Enzyme?
Das ist richtig. Enzyme sind katalytische Proteine.
Wäre die Reaktion in diesem Fall möglich, wenn die Enzyme den Zellen in einer Bioreaktorumgebung manuell zugesetzt würden? Beispielsweise können menschliche Zellen den Carboxylierungsweg, der PEP in Oxalacetat umwandelt, nicht nutzen, da die Anweisungen zur Herstellung des Enzyms PEP-Carboxylase nicht in unserer DNA gespeichert sind. Wenn wir jedoch PEP-Carboxylase isolieren und manuell zu einer menschlichen Zelle hinzufügen, wäre die Carboxylierungsreaktion möglich?
Wenn Sie mit "manuell" meinen, das Enzym zu reinigen und das Pulver buchstäblich in den Reaktor zu geben, dann wahrscheinlich nein. Weil die Zellen es wahrscheinlich nicht transportieren werden und das Enzym wahrscheinlich denaturiert wird. Wenn Sie das Gen für dieses Enzym hinzufügen, dann wahrscheinlich ja. Es gibt auch andere Faktoren, wie zum Beispiel, ob das Gen richtig exprimiert wird und das Enzym dorthin gelangt, wo es hin muss. Die Veränderung von Stoffwechselwegen ist etwas, was die Leute gerade tun. Beispielsweise modifizieren Forscher Pilze genetisch, um alle Zucker in pflanzlicher Biomasse und Inhibitoren im Medium zu fermentieren. Dabei werden neue Gene hinzugefügt.
Danke schön. Die einzige Möglichkeit, neue Stoffwechselwege zu schaffen, besteht also darin, die Zelle genetisch zu verändern, genauer gesagt, das gewünschte Gen zu isolieren und in ein Zellplasmid einzufügen? (Herstellung rekombinanter DNA)
Was bestimmt die Stoffwechselwege, die eine biologische Zelle tragen kann?
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