巴斯德效應

生物化學反應

巴斯德效應法國微生物學家巴斯德(L. Pasteur)在研究酵母發酵時發現,供氧充分的條件下呼吸抑制酵解,以後在肌肉酵解中也觀察到同樣的現象。例如在激烈運動時,肌肉中缺氧糖氧化受到限制酵解加強糖消耗和乳酸生成都升高反之,在供氧充足的條件下,酵解受到抑製糖消耗和乳酸生成都減少。這種現象稱為巴斯德效應。它實際上是糖酵解和有氧氧化間的一種調節。

產生這種效應的機制是因三羧酸循環ATP能抑制酵解中關鍵限速環節磷酸果糖激酶的活性。

定義


B.L.Pasteur觀察到氧抑制酒精發酵的現象,即氧可以降低糖類的分解代謝和減少糖酵解產物的積累,這種現象被稱為巴斯德效應。在體內則表現為糖有氧氧化抑製糖酵解的現象。

產生原理


巴斯德觀察到,在微生物發酵中,氧濃度增加能抑制酒精發酵,這個現象被命名為巴斯德效應。就是說,低濃度的氧,有利於發酵;高濃度的氧,抑制發酵,而促進有氧呼吸,同時使糖酵解速率減慢,有利於合理地利用能量和把來自糖的碳用於合成反應。
這是因為有NADH可穿梭進入線粒體而氧化而抑制了乳酸的生成。缺氧時NADH不能經呼吸鏈氧化,丙酮酸作為氫的接受體還原成乳酸,所以有氧抑制了酵解。
這就說明,通過改變外界的氧濃度,可以對代謝過程進行調節。

產生機制


關於巴斯德效應的機制,很早就提出了許多學說。現已證實,第一個調節點是磷酸果糖激酶,此酶是變構酶,它受ATP、檸檬酸及其他高能化合物抑制,被AMP、ADP激活。在好氣條件下,糖代謝進入三羧酸循環,產生檸檬酸等,並通過氧化磷酸化生成大量ATP,細胞內檸檬酸生成量增加,反饋阻遏磷酸果糖激酶的合成,這種阻遏作用由於ATP的存在而加強,同時ATP反饋抑制此酶的活性。由於磷酸果糖激酶受抑制,導致6-磷酸果糖積累,當反應6-磷酸葡萄糖與6-磷酸果糖相互轉化達平衡時,醛糖酮糖物質的量之比=7:3,導致6-磷酸葡萄糖積累。在酵母中,6-磷酸葡萄糖反饋抑制己糖激酶,抑制葡萄糖進入細胞內,最終導致葡萄糖利用率降低。
同時,在好氣條件下,丙酮酸激酶的活性降低,此酶受磷酸果糖激酶催化生成的1,6-二磷酸果糖的激活,因此丙酮酸激酶活性降低也是由於磷酸果糖激酶活性降低所致,丙酮酸激酶活性降低,導致磷酸烯醇丙酮酸積累,後者反饋抑制己糖激酶的活性,從而也降低了糖的酵解速度。

發現人簡介


路易斯·巴斯德
路易斯·巴斯德
路易·巴斯德(公元1822-1895年),法國微生物學家、化學家。他研究了微生物的類型、習性、營養、繁殖、作用等,奠定了工業微生物學和醫學微生物學的基礎,並開創了微生物生理學。循此前進,在戰勝狂犬病、雞霍亂、炭疽病蠶病等方面都取得了成果。英國醫生李斯特並據此解決了創口感染問題。從此,整個醫學邁進了細菌學時代,得到了空前的發展。美國學者麥克·哈特所著的《影響人類歷史進程的100名人排行榜》中,巴斯德名列第12位,可見其在人類歷史上巨大的影響力。其發明的巴氏消毒法直至現在仍被應用。

決定因素


巴斯德效應可總結為厭氧型和需氧型能量代謝之間的轉換過程。這個過程由細胞的能量狀況和氧氣的供給決定。
巴斯德效應
巴斯德效應

存在範圍


這種現象不僅在酵母中,在具有呼吸和發酵能力的細胞中一般普遍。

反巴斯德效應


發現某些組織,如視網膜以及多種癌瘤細胞在葡萄糖充足時,不管供氧條件如何都有很強的酵解如而有氧氧化相對減弱。這種現象稱為反巴斯德效應,也稱克奈布瑞效應。