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Efecto Crabtree

El efecto Crabtree , llamado así por el bioquímico inglés Herbert Grace Crabtree, [1] describe el fenómeno por el cual la levadura, Saccharomyces cerevisiae , produce etanol (alcohol) en condiciones aeróbicas a altas concentraciones externas de glucosa en lugar de producir biomasa a través del ciclo del ácido tricarboxílico (TCA) , el proceso habitual que ocurre aeróbicamente en la mayoría de las levaduras, por ejemplo , Kluyveromyces spp. [2] Este fenómeno se observa en la mayoría de las especies de los géneros Saccharomyces , Schizosaccharomyces , Debaryomyces, Brettanomyces , Torulopsis, Nematospora y Nadsonia . [3] El aumento de las concentraciones de glucosa acelera la glucólisis (la descomposición de la glucosa), lo que resulta en la producción de cantidades apreciables de ATP a través de la fosforilación a nivel de sustrato . Esto reduce la necesidad de fosforilación oxidativa realizada por el ciclo del TCA a través de la cadena de transporte de electrones y, por lo tanto, disminuye el consumo de oxígeno. Se cree que el fenómeno evolucionó como un mecanismo de competencia (debido a la naturaleza antiséptica del etanol) alrededor de la época en que los primeros frutos de la Tierra cayeron de los árboles. [2] El efecto Crabtree funciona reprimiendo la respiración por vía de fermentación , dependiendo del sustrato. [4]

En un principio se pensó que la formación de etanol en levaduras Crabtree-positivas en condiciones estrictamente aeróbicas se debía a la incapacidad de estos organismos de aumentar la tasa de respiración por encima de un valor determinado. Este valor crítico, por encima del cual se produce la fermentación alcohólica, depende de la cepa y de las condiciones de cultivo. [5] Evidencias más recientes demostraron que la aparición de la fermentación alcohólica podría no deberse principalmente a una capacidad respiratoria limitada, [6] sino que podría deberse a un límite en la tasa de disipación de energía de Gibbs celular . [7]

En el caso de S. cerevisiae en condiciones aeróbicas, [8] las concentraciones de glucosa inferiores a 150 mg/L no dieron lugar a la producción de etanol. Por encima de este valor, el etanol se formó a un ritmo que aumentó hasta una concentración de glucosa de 1000 mg/L. Por tanto, por encima de 150 mg/L de glucosa, el organismo exhibió un efecto Crabtree. [9]

Fue el estudio de las células tumorales lo que condujo al descubrimiento del efecto Crabtree. [10] Las células tumorales tienen un metabolismo similar, el efecto Warburg , en el que favorecen la glucólisis sobre la vía de fosforilación oxidativa . [11]

Referencias

  1. ^ Crabtree, HG (1929). "Observaciones sobre el metabolismo de carbohidratos de los tumores". The Biochemical Journal . 23 (3): 536–45. doi :10.1042/bj0230536. PMC  1254097 . PMID  16744238.
  2. ^ ab Thomson JM, Gaucher EA, Burgan MF, De Kee DW, Li T, Aris JP, Benner SA (2005). "Resucitando alcohol deshidrogenasas ancestrales de levadura". Nat. Genet . 37 (6): 630–635. doi :10.1038/ng1553. PMC 3618678. PMID  15864308 . 
  3. ^ De Deken, RH (1966). "El efecto Crabtree: un sistema regulador en la levadura". J. Gen. Microbiol . 44 (2): 149–56. doi : 10.1099/00221287-44-2-149 . PMID  5969497.
  4. ^ De Deken, RH (1 de agosto de 1966). "El efecto Crabtree y su relación con la mutación Petite". Journal of General Microbiology . 44 (2): 157–165. doi : 10.1099/00221287-44-2-157 . PMID  5969498.
  5. ^ van Dijken y Scheffers, 1986 JP van Dijken, WA Scheffers; Equilibrios redox en el metabolismo de los azúcares por las levaduras; Microbiol FEMS. Lett., 32 (3) (1986), págs. 199-224; https://doi.org/10.1016/0378-1097(86)90291-0
  6. ^ Postma, E; Verduyn, C; Scheffers, WA; Van Dijken, JP (febrero de 1989). "Análisis enzimático del efecto del árbol de cangrejo en cultivos quimiostáticos limitados en glucosa de Saccharomyces cerevisiae". Microbiología Aplicada y Ambiental . 55 (2): 468–77. Bibcode :1989ApEnM..55..468P. doi :10.1128/AEM.55.2.468-477.1989. PMC 184133 . PMID  2566299. 
  7. ^ Heinemann, Matthias; Leupold, Simeon; Niebel, Bastian (enero de 2019). "Un límite superior en la disipación de energía de Gibbs gobierna el metabolismo celular" (PDF) . Nature Metabolism . 1 (1): 125–132. doi :10.1038/s42255-018-0006-7. ISSN  2522-5812. PMID  32694810. S2CID  104433703.
  8. ^ Verduyn, C., Zomerdijk, TPL, van Dijken, JP et al. Medición continua de la producción de etanol mediante suspensiones de levadura aeróbica con un electrodo enzimático. Appl Microbiol Biotechnol 19, 181–185 (1984). https://doi.org/10.1007/BF00256451
  9. ^ Verduyn, C., Zomerdijk, TPL, van Dijken, JP et al. Medición continua de la producción de etanol mediante suspensiones de levadura aeróbica con un electrodo enzimático. Appl Microbiol Biotechnol 19, 181–185 (1984). https://doi.org/10.1007/BF00256451
  10. ^ Pfeiffer, T; Morley, A (2014). "Una perspectiva evolutiva sobre el efecto Crabtree". Frontiers in Molecular Biosciences . 1 : 17. doi : 10.3389/fmolb.2014.00017 . PMC 4429655 . PMID  25988158. 
  11. ^ Diaz-Ruiz, Rodrigo; Rigoulet, Michel; Devin, Anne (junio de 2011). "Los efectos Warburg y Crabtree: sobre el origen del metabolismo energético de las células cancerosas y de la represión de la glucosa en levaduras". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics . 1807 (6): 568–576. doi : 10.1016/j.bbabio.2010.08.010 . PMID  20804724.

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