AUTOLIZA: PRZYCZYNY, FAZY I KONSEKWENCJE - BIOLOGIA - 2025

Autolizy to proces, w którym komórki są enzymatycznie trawione przez działanie własne enzymy. Dosłownie oznacza to, że w komórce uruchamiane są mechanizmy prowadzące do jej własnej lizy (śmierci).

Ten proces „samodegradacji” został zaobserwowany podczas normalnego przebiegu wzrostu i rozwoju bakterii i grzybów. Jednak wiele tekstów naukowych ustala, że ​​jest to typowe dla „umierających” komórek lub „zranionych” lub „uszkodzonych” komórek.

Reprezentatywny diagram struktury komórkowej drożdży (źródło: Frankie Robertson przy użyciu Inkscape, opracowanie własne. Via Wikimedia Commons)

Autoliza zachodzi również w tkankach zwierzęcych i roślinnych, ale niektórzy autorzy opisują ten proces jako niebakteryjny „samorozkład”, który następuje po śmierci komórki.

Proces ten został opisany przez Salkowskiego w 1890 r. Jako enzymatyczny proces samo-trawienia, ale dopiero w 1900 r. Jacobi ukuł termin autoliza. Obecnie wiadomo, że enzymy odpowiedzialne za ten proces nie są „produktami ubocznymi” lizy, ale są tymi samymi enzymami, które uczestniczą w procesach komórkowych.

Biorąc pod uwagę jego znaczenie dla przemysłu, najdokładniej zbadanym procesem autolitycznym jest ten, który zachodzi w drożdżach, zwłaszcza tych wykorzystywanych w procesach fermentacji napojów alkoholowych (wina i piwa) oraz w piekarni.

Autolityczne pochodne drożdży są powszechnie stosowane w formułowaniu pożywek hodowlanych, ponieważ stanowią dobre źródło aminokwasów i innych składników odżywczych.

Przyczyny autolizy

Autoliza może wystąpić w odpowiedzi na wiele czynników. W organizmach jednokomórkowych (mikroorganizmach) zjawisko to odpowiada na wiele warunków środowiskowych, takich jak temperatura, pH, stężenie tlenu, skład pożywki, ilość składników odżywczych, obecność substancji toksycznych itp.

Na przykład podczas fermentacji wina lub piwa autoliza drożdży zachodzi w odpowiedzi na spadek składników odżywczych cieczy fermentacyjnej, a także na znaczny wzrost stężenia etanolu, który jest jednym z produktów Twój metabolizm.

Wykazano, że u ludzi procesy autolityczne mogą być wyzwalane przez długotrwałe interwencje chirurgiczne lub procedury medyczne, zwłaszcza podczas endoskopowych dysocjacji podśluzówkowych.

Ponadto u wielu zwierząt autoliza zachodzi w miejscach, w których występują rany lub zranienia i pełni funkcję eliminacji uszkodzonej tkanki podczas gojenia.

W niektórych tkankach roślin autoliza działa na zasadzie wzrostu i rozwoju, a także transportu wody i gazów przewodami ksylemu, co następuje dzięki degradacji protoplastów (błona + cytozol) tchawicy; następuje wówczas w odpowiedzi na bodźce typowe dla rozwoju roślin.

Z drugiej strony niektóre gatunki grzybów nitkowatych mogą ulegać autolizie swoich komórek w odpowiedzi na niektóre antybiotyki lub substancje toksyczne stosowane w otaczającym środowisku.

Fazy

Proces autolityczny, który zostanie opisany poniżej, zachodzi w drożdżach, można go jednak ekstrapolować na dowolny mikroorganizm lub dowolną grupę komórek w tkance roślinnej lub zwierzęcej.

Śmierć komórki

Każdy proces autolityczny rozpoczyna się wraz ze śmiercią danej komórki. Początkowe zjawisko wiąże się ze zmianami w błoniastych systemach komórkowych, zwłaszcza w przypadku organizmów eukariotycznych, co pozwala na kontakt enzymów trawiennych ze składnikami, które ulegną degradacji.

Enzymy biorące udział w zdarzeniu autolitycznym są odpowiedzialne za rozkładanie swoich substratów na mniejsze fragmenty. Na przykład proteazy lub peptydazy „tną” prawie każdy typ białka, uwalniając peptydy lub aminokwasy.

Z drugiej strony nukleazy degradują kwasy nukleinowe, takie jak DNA lub RNA, fragmentując je i uwalniając nukleozydy, mononukleotydy i polinukleotydy. Istnieją inne enzymy odpowiedzialne za trawienie niektórych składników ściany komórkowej, zwykle glukanazy (u drożdży).

Powszechnie to, co powstaje w wyniku lizy i trawienia komórek, jest znane jako autolizat, który jest uwalniany do otaczającego środowiska przez pęknięcia w ścianie komórkowej drożdży, gdzie trawienie może być kontynuowane. Stężenie zdegradowanych składników komórkowych zwykle powoduje powstanie czegoś znanego jako ekstrakt drożdżowy.

Autolizę drożdży można podzielić na dwa procesy

- Degradacja składników komórkowych przez enzymy „lityczne”, zwłaszcza proteinazy i peptydazy (proteoliza, enzymy proteolityczne).

- Degradacja ściany komórkowej, która umożliwia prawdziwą lizę lub pęknięcie komórki i uwolnienie autolizatu.

Drożdże mają wakuole, w których znajduje się większość enzymów proteolitycznych tych komórek. Kiedy taka komórka umiera, enzymy te wchodzą w kontakt z jej substratami i degradują je. W innych komórkach zwierząt eukariotycznych enzymy te są zawarte w lizosomach.

Glukanazy i niektóre proteinazy uczestniczą w degradacji składników ściany komórkowej drożdży, powodując otwieranie lub tworzenie „porów”, które sprzyjają uwalnianiu produktów degradacji wewnętrznych enzymów litycznych.

Konsekwencje

Główne konsekwencje zdarzeń autolitycznych są oczywiste, ponieważ komórka, która zabija się samoczynnie, umiera i znika, pozostawiając w procesie różne frakcje cząsteczek składowych.

Niektórzy autorzy uważają, że autoliza w niektórych narządach prowadzi do wewnętrznego „upłynnienia”, które w konsekwencji może powodować ich atrofie lub morfologiczne deformacje.

Dla przemysłu spożywczego

Proces ten może również wystąpić w wielu produktach spożywczych, zwłaszcza pochodzenia zwierzęcego, co generalnie implikuje niebakteryjny rozkład ich tkanek mięśniowych i uwolnienie dużej ilości peptydów, aminokwasów, grup fosforanowych, węglowodanów itp., Co stanowi ekologiczna okazja do kolonizacji rozkładających się bakterii.

Inną negatywną konsekwencją procesów autolitycznych jest produkcja sera, gdzie autoliza bakterii „starter”, należących do gatunku Lactococcus lactis, ma ważne implikacje dla rozwoju smaku tych pochodnych mleka.

W niektórych tekstach naukowych związanych z produkcją napojów alkoholowych można spotkać się ze sprzecznością, że dla niektórych autorów jest to proces korzystny, a dla innych nie, chociaż zależy to zasadniczo od rodzaju danego napoju.

Niektórzy producenci win uważają, że procesy autolityczne pozwalają na uwolnienie wielu korzystnych składników wewnętrznych drożdży, które mają istotny wpływ na właściwości sensoryczne i stabilność biologiczną tego płynu.

Ekstrakty drożdżowe mają wielorakie zastosowanie w produkcji produktów mięsnych (kiełbas), zup, sosów i innych kanapek.

Zdjęcie koncentratu ekstraktu drożdżowego (źródło: SKopp za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Ponieważ śmierć milionów drożdży w hodowli w pożywce płynnej oznacza uwolnienie dużej ilości aminokwasów, cukrów, witamin i innych mikroelementów, lizaty nie są używane tylko jako „wzmacniacze” koloru i smaku żywności , ale są również używane do sporządzania eksperymentalnych pożywek wzrostowych.

Bibliografia

1. Dernby, KG (1920). Badanie dotyczące autolizy tkanek zwierzęcych. Badania z Rockefeller Institute for Medical Research, 32, 359.
2. Dharmadhikari, M. (2011). Autoliza drożdży.
3. Escamez, S. i Tuominen, H. (2017). Udział autolizy komórkowej w funkcjach tkanek podczas rozwoju rośliny. Obecna opinia w biologii roślin, 35, 124-130.
4. Hyun, JJ, Chun, HJ, Keum, B., Seo, YS, Kim, YS, Jeen, YT,… & Chae, YS (2012). Autoliza: prawdopodobne odkrycie sugerujące długi czas zabiegu ESD. Chirurgiczna laparoskopia Endoskopia i techniki przezskórne, 22 (2), e115-e117.
5. Mukundan, MK, Antony, PD i Nair, MR (1986). Przegląd dotyczący autolizy u ryb. Fisheries Research, 4 (3-4), 259-269.
6. Rogers, AA, Rippon, MG, Atkin, L., Ousey, K. i Independent Wound Care Consultant, UK Autoliza: mechanizmy działania w usuwaniu zdewitalizowanej tkanki w ranach.
7. White, S., McIntyre, M., Berry, DR, & McNeil, B. (2002). Autoliza przemysłowych grzybów strzępkowych. Critical reviews in biotechnology, 22 (1), 1-14.