8 продуктов, которые ускорят ваш обмен веществ, HELLO! Russia

Есть на свете счастливые люди, которые о диетах могут сказать «не, не слышали». Они могут дни напролет уплетать плюшки-ватрушки, запивать их сладким чаем и оставаться при этом стройными и подтянутыми. Если вы к таким не относитесь, не спешите им завидовать и обвинять все мироздание в несправедливости. Добиться быстрого обмена веществ можно, причем не очень сложными способами.

1.Овощи

Регулярное употребление овощей может повысить скорость сжигания калорий вашего организма на 20 процентов. Отдавайте предпочтение зеленым продуктам, например, шпинату и капусте. Помимо множества полезных ингредиентов, овощи содержат много клетчатки, а значит они позволят вам чувствовать себя сытыми на протяжении долгого времени и воздерживаться от снеков и нездоровых перекусов, которые наносят вашему организму вред.

2.Цельнозерновые и бобовые

Эти группы продуктов также имеют в своем составе много клетчатки, поэтому для их переваривания организму требуется приложить больше усилий. Таким образом он сжигает и больше калорий, а еще ускоряет обмен веществ. Если употреблять хлеб, крупы, макароны только из цельного зерна, а также бобовые продукты, то можно повысить скорость сжигания калорий на 10 процентов. Кроме того, эти продукты содержат много полезных ингредиентов, природных микроэлементов и витаминов.

3.Молочные продукты

Многие молочные продукты, исключая само молоко, являются отличными помощниками в ускорении обмена веществ. По мнению ученых, это происходит благодаря содержащемуся в них кальцию. Если вы сделаете кефир, сметану, ряженку, простоквашу, йогурт постоянными составляющими своего рациона, будете вознаграждены ускорением обменных процессов на 70 процентов.

4.Перец

Благодаря содержанию особого вещества — капсаицина, которое стимулирует рецепторы тела и увеличивает микроциркуляцию крови, перец способен повысить скорость сжигания калорий на 20-25 процентов. Притом его благотворный эффект будет длиться на протяжении нескольких часов после обеда. То же самое касается и многих специй вообще, поэтому, если у вас нет противопоказаний, добавляйте в некоторые блюда карри, корицу, душистые травы, смесь перцев, имбирь.

5.Рыба

В жирных видах рыбы содержится большое количество Омега-3 кислот, которые способны снизить производство гормона под названием лептин. Именно он способствует тому, что обмен веществ в нашем организме протекает медленнее, чем нам бы того хотелось. В список борцов-продуктов входят скумбрия, икра, треска, сельдь, тунец, сом, форель, камбала, креветки, треска и т.д. Но Омегу-3 жирные кислоты можно найти также и в орехах, семечках, кашах, конопляном и льняном маслах.

6.Черный кофе и зеленый чай

Кофеин, который содержится в кофе и зеленом чае, может заставить работать ваш метаболизм в ускоренном темпе. Но учтите, чтобы добиться желаемого эффекта, кофе или чай должны быть без добавления сахара, молока, сливок или чего-то еще. Действие таких напитков на организм недолгое, поэтому в течение дня потребуется «дозаправка». Но не переусердствуйте — кофеин влияет на работу сердца и нервной системы.

7.Фрукты

Фавориты диетологов среди этой группы продуктов — яблоки, груши и цитрусовые. В одном из университетов Рио-де-Жанейро ученые провели несложный эксперимент, результаты которого показали, что та группа женщин, которая съедала по три маленьких яблока или груши ежедневно, похудела намного больше, чем та, которая этого не делала.

Апельсины, мандарины, лимоны, грейпфруты и остальные составляющие группы цитрусовых способны помочь вам похудеть благодаря содержащимся в них витаминам, микроэлементам, фруктовым кислотам и клетчатке. Их ежедневное употребление не только приведет вас в желаемую форму, но и обеспечит хорошую работу иммунной системы, пищеварения, печени, сердца и сосудов.

8.Вода

Самый простой компонент, способный ускорить обмен веществ, о котором мы почему-то часто забываем, — вода. Присоединяясь к громогласному хору всех врачей и диетологов, заявляем — в день стоит выпивать 2-2,5 литра чистой воды. Кофе, чай, компот и прочие напитки не считаются. Стоит помнить, что наш организм состоит на 70 процентов из воды, а она, в свою очередь, участвует во всех обменных процессах. Если мы ограничиваем поставку воды в организм, мы лишаем его возможности обеспечить быстрый и эффективный метаболизм. Поэтому если хотите похудеть, не забывайте выпивать в день около 8 стаканов.

10 продуктов, которые в несколько раз ускорят ваш метаболизм

У каждого человека своя скорость обмена веществ в организме. Но если достаточно спать, тренироваться, пить много воды и правильно питаться — это несомненно его ускорит, а бонусом подарит хорошее самочувствие и поможет сбросить вес.

Сегодня AdMe.ru представляет вам список продуктов, которые в разы ускорят ваш метаболизм. Добавьте их в свой рацион и наблюдайте, как лишние килограммы покидают ваше тело и вы становитесь здоровее.

1. Острый перец

Исследования показали, что употребление острого перца ускоряет обмен веществ минимум на 25 %.

Дело в том, что острая еда заставляет нас потеть больше, чем обычно. Это связано с капсаицином — соединением, которое влияет на болевые рецепторы в организме. Он увеличивает циркуляцию крови и метаболизм, заставляя ваше тело сжигать жир значительно быстрее.

Так где можно найти этот капсаицин? Найти его можно во всех видах острых перцев, таких как чили, халапеньо, кайенском перце и др.

2. Цельные зерна: овсянка и коричневый рис

В здоровом питании всегда присутствуют различные зерна и крупы. И на это есть причины. Цельные злаки, такие как пшеница, овес, рис или кукуруза, содержат большое количество питательных веществ и сложных углеводов, которые ускоряют метаболизм и стабилизируют уровень инсулина.

Но помните, что низкий уровень инсулина — так же плохо для организма, как и слишком высокий. Поскольку такой химический дисбаланс говорит телу, что оно должно накапливать жиры. Поэтому, как говорится, все хорошо в меру, переусердствовать можно и со здоровым питанием.

3. Брокколи

Может быть, брокколи и не самый любимый ваш овощ, но он является важным источником кальция, который ускоряет метаболизм. А кроме кальция там целый склад витаминов, таких как С, К и А.

Не обязательно сразу объедаться брокколи до отказа. Достаточно съедать одну порцию в день, что обеспечит вам большое количество фолата (витамин В9), пищевых волокон и антиоксидантов. А еще это один из лучших детокс-продуктов, которые вы можете добавить в свой рацион.

4. Красная фасоль

Красная фасоль — один из лучших продуктов по ускорению метаболизма. В своем составе она содержит так называемый резистентный крахмал, который не переваривается, но зато очищает кишечник. А благодаря тому что фасоль включает большое количество клетчатки, она надолго поддерживает чувство сытости.

Кроме того, она содержит цинк и витамины группы В, влияющие на выработку тестостерона. Этот гормон крайне важен для формирования мышечной ткани, в том числе и у женщин.

5. Кофе и зеленый чай

Давно не секрет, что кофе и зеленый чай — это наиболее действенные ускорители метаболизма. А также они содержат большое количество антиоксидантов, помогают снизить уровень сахара в крови и сжигать больше жира.

Главное — понимать, что кофе, как и зеленый чай, должны быть качественными и употребляться в умеренном количестве.

6. Яблоки и груши

Яблоки и груши — это лучшие союзники, когда дело доходит до борьбы с лишним весом. Не только из-за их низкой калорийности, но и потому что эти два фрукта значительно ускоряют обменные процессы в организме.

Это также подтверждают исследования, проведенные в Государственном университете Рио-де-Жанейро, в ходе которых выяснилось, что женщины, которые ели 3 яблока или груши в день, потеряли больше веса, чем те, кто этого не делал.

7. Специи

Специи, такие как черный перец, горчица, чеснок и имбирь, поддерживают метаболизм на высоком уровне. Доказано, что люди, которые включают специи в свой рацион, могут сжечь более чем 1000 калорий ежедневно, и это не считая каких-либо физических нагрузок.

8. Цитрусовые

Цитрусовые фрукты — апельсины, грейпфруты и лимоны — также помогают сжигать жир и ускорять обмен веществ. Кроме того, из-за высокого содержания витамина С цитрусовые регулируют уровень инсулина в крови, поэтому их часто включают в диетическое медицинское питание.

9. Продукты, богатые кальцием

Если вы хотите ускорить обменные процессы в своем организме, важно употреблять побольше продуктов с высоким содержанием кальция.

Исследования Университета Теннесси подтвердили, что люди, которые потребляют от 1200 до 1300 мг кальция в день, теряют вдвое больше веса, чем те, кто получает его в меньших количествах.

10. Омега-3 жирные кислоты

Омега-3 жирные кислоты в основном содержатся в рыбе, но они также присутствуют в орехах, семечках и льняном масле.

Эти продукты ускоряют обмен веществ, так как снижают выработку гормона под названием лептин (естественное химическое соединение, снижающее метаболизм).

Фото на превью Depositphotos

Какие продукты ускорят обмен веществ?

Ученые не прекращают исследования и поиск ингредиентов, которые оказывают влияние на метаболизм и сжигание жира и жировых отложений естественным путем. В этой статье приведены факты последних научных исследований и список продуктов, которые выполняют важную роль в процессе восстановления и ускорения обмена веществ и снижения веса.

10 самых распространенных продуктов, которые ускоряют обмен веществ и способствуют похудению:

ВОДА

В списке продуктов, улучшающих обмен веществ, вода оказалась на первом месте. Согласно последним научным исследованиям, вода участвует во всех обменных процессах и реально помогает похудеть. Если воды недостаточно в организме, то все обменные функции не могут выполняться со 100-процентной эффективностью. И наоборот, достаточное количество воды, ускоряет обмен веществ. Поэтому диетологи рекомендуют пить не менее 8 стаканов обычной чистой воды за день, не считая соков, чая и супов.

ПЕРЕЦ ОСТРЫЙ

Именно острый перец содержит вещество капсаицин, значительно влияющее на обмен веществ. Результаты исследования показывают, что приправленная острым перцем пища на 25% ускоряет обмен веществ. И еще в течение нескольких часов после приема пищи, этот эффект сохраняется. Кроме этого, ученые выяснили, что капсаицин убивает злокачественные клетки в организме.

ЗЕЛЕНЫЙ ЧАЙ

Зеленый чай называют мощнейшим «убийцей жиров». Исследования показали – зеленый чая помогает в снижении веса, так как ускоряет обмен веществ. Также зеленый чай служит профилактикой сердечных заболеваний, обладает антиканцерогенными свойствами, улучшает настроение.

МОЛОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ НЕЖИРНЫЕ.

Молочные продукты (кроме молока) с низким содержанием жира увеличивают в организме гормон кальцитриол, который заставляет клетки сжигать жир. Исследования подтвердили – нежирные молочные продукты стимулируют обмен веществ благодаря содержанию в них большого количества кальция.

РЫБИЙ ЖИР

Французские диетологи говорят: если всего 6 г обычных жиров в день заменять рыбьим жиром, то обмен веществ настолько ускорится, что за 12 недель потеряешь 1 кг лишнего веса, без всяких усилий. Тем более, что рыбий жир в капсулах продается – проглотил и все.

БРОККОЛИ

В процессе похудения, брокколи – неизменный помощник. Брокколи – кладовая витаминов и микроэлементов — содержит калий, кальций, фолиевую кислоту, бета-каротин, витамин C и E. Основным важным элементом брокколи является индол-3-карбинол, который регулирует обмен женских половых гормонов, блокирует развитие опухолевых клеток, выводит из печени вредные вещества: продукты метаболизма спиртосодержащих и аллергических веществ. Индол-3-карбинол активизирует естественные системы очищения организма при воспалительных процессах. Для похудения брокколи лучше употреблять в отварном и запечённом виде.

ГРЕЙПФРУТ

Исследования, проводимые в клинике Скриппса, доказали, что съедая в день половинку грейпфрута на протяжении 12 недель, можно на 1,5 кг похудеть. Как это происходит? Грейпфрут со своими уникальными химическими свойствами и огромным количеством витамина C уменьшает уровень инсулина, а это способствует снижению веса. Кроме этого, грейпфрут активно сжигает жиры в организме. Высокое содержание флавоноида нарингина в этом цитрусовом, оказывает мощное желчегонное действие, в результате происходит расщепление жиров, поступающих с пищей. Но есть нужно обязательно и внутренние горькие перепонки грейпфрута, потому что только в них содержатся вещества, сжигающие жир.

ИМБИРЬ

Имбирь улучшает секрецию желудка — тем самым улучшается пищеварение и ускоряется метаболизм (обмен веществ). Большое количество эфирных масел в имбире усиливают сгорание жировых клеток. При употреблении имбиря кожа становится молодой и красивой. Корень имбиря можно заваривать и пить как чай, можно измельченный корень добавлять в овощные салаты.

КОРИЦА

Корицу используют при похудении в качестве прекрасного жиросжигающего средства. Порошок корицы добавляют в кофе, чай или кефир. Можно чайную ложку корицы заварить кипятком, настоять, затем смешать с медом – 1 ч. л. — получится напиток, который избавляет от лишнего веса.

ЗЕЛЕНЫЕ ЯБЛОКИ ИЛИ ГРУШИ

В государственном университете Рио-де-Жанейро проводили исследования, которые показали: если в день съедать 3 небольших зеленых яблока или 3 груши, одновременно придерживаясь низкокалорийной диеты, то теряется больше веса, чем без них. Оказалось, что те, кто ели эти фрукты на перекус, употребляли во время еды меньше калорий. Дело в том, что яблоки и груши мало калорийны, содержат много клетчатки, поэтому перекусив ими, дольше чувствуется насыщение и меньше съедается пищи.

7 продуктов, ускоряющих метаболизм — L’officiel

Продукты с “минусовой калорийностью”, диета на соках, салат на «завтракобедужин». Мы знаем сотни диет для похудения, но забываем о том, что даже самые действенные из них могут оказаться бессильными, если ваш метаболизм замедлен. 

После истощающих диет (например гречневой, питьевой или очищения на соках) организм приспосабливается к недостатку пищи. Как результат — обменные процессы замедляются, чтобы сохранить энергию. Дефицит калорий больше не помогает похудеть, и вашему телу все равно, потребляете вы 500 килокалорий в день или 5000. Оно начинает накапливать лишний жир, чтобы подготовиться к очередной «угрозе». 

Вы можете отказаться от сахара и считать калории, но все еще набирать лишние килограммы. Перед тем как сесть на очередную строгую диету, советуем восстановить свой обмен веществ — и тогда ваше тело скажет вам спасибо, а мучения в спортзале не будут напрасными. Рассмотрим продукты, ускоряющие метаболизм.

Белковая пища

Мясо, рыба, яйца, бобовые и орехи ускоряют обменные процессы после того, как организм приспособился к легкой низкокалорийной пище. Дело в том, что на их переваривание затрачивается большее количество энергии, чем, например, для салата. Врачи называют это “термическим эффектом пищи” — количеством калорий, необходимых для переваривания, транспортировки и усвоения еды. Белки повышают ТЭП лучше других макронутриентов — на целых 15-30% (по сравнению с 5-10% углеводов и 0-3% жиров).
Кроме того, потребляя достаточное количество белка на диете, вы не рискуете потерять мышечную массу, а еще всегда будете сытыми.

Красная фасоль — один из лучших продуктов, ускоряющих обмен веществ. Она богата клетчаткой, за счет чего насыщает организм на долгое время. Цинк и витамины В способствуют формированию мышечной ткани. А чем больше в теле мышц, тем быстрее в нем процессы обмена веществ.

Вода

Вода также в списке продуктов, ускоряющих метаболизм на 24-30%. Ученые объясняют это тем, что много энергии уходит на нагрев воды до температуры тела. О полезных свойствах воды и о том, что мы на 70% состоим из нее, все уже давно знают. Мы только напомним: употребление нужного количества воды — это основа здорового функционирования организма. Двух литров в день будет достаточно.

Продукты, богатые железом, цинком и селеном

У каждого из этих микроэлементов разные функции, но их объединяет одно: все они отвечают за слаженную работу щитовидной железы, обеспечивающей обменные процессы. Диета с недостаточным количеством цинка, железа (продукты с высоким содержанием железа) или селена может снизить выработку гормонов, а значит, замедлить метаболизм. Мясо, морепродукты, бобовые и орехи обеспечат вас достаточным количеством микроэлементов (жиросжигающие продукты).

Яблочный уксус

Яблочный уксус очищает организм от токсинов и способствует активному сжиганию жиров. Причем большая часть жировых запасов уходит из области живота. Если верить исследованию Шведского университета, в  среднем люди потребляют на 200-275 калорий меньше, добавляя в свой рацион яблочный уксус. Все потому, что он продлевает чувство сытости и улучшает работу желудка. 

Яблочный уксус обычно пьют натощак вместе со стаканом воды. Вводить в рацион его нужно постепенно, начиная с нескольких чайных ложек и не превышая максимально допустимой дозы в 30 миллилитров, или двух столовых ложек. Уксус — это кислота, избыток которой может привести к ожогам, а еще разрушить зубную эмаль. Дантисты советуют пить его через соломинку (главное, не одноразовую), а после этого ополоснуть рот.

Яблочный уксус противопоказан тем, у кого есть проблемы с почками и желудочно-кишечным трактом, диабет, язва, гепатит и панкреатит. Перед тем как добавить его в свой рацион, проконсультируйтесь с врачом. 

В отличие от строгих диет, уксус не дает быстрых результатов — придется подождать 3 месяца, пока талия уменьшится на несколько сантиметров. Но длительное ожидание — это всегда стойкий результат.

Кофе

Пожалуй, один из самых неоднозначных продуктов, который большинство из нас пьет каждое утро. Одни говорят, что избыток кофеина задерживает воду в организме и потому препятствует похудению, другие — что он способен ускорить обмен веществ на 11%. Мы верим, что истина где-то посередине и чашка кофе в день, без молока и сахара, уж точно не принесет вреда. Если верить исследованию, три чашки черного кофе помогают сжигать лишние 100 калорий в день. К латте с соленой карамелью и раф-кофе это, к сожалению, к продуктам для метаболизма не относится.

Специи и пряности

Кайенский перец ускоряет процесс сжигания жира (если, конечно, вы не едите острые блюда каждый день). Два грамма имбиря сжигают как минимум 43 дополнительные калории в день. Конечно, одними специями в процессе ускорения метаболизма не обойтись, но они послужат дополнительным фактором. А еще поводом съесть карри без чувства вины. Главное — добавляйте побольше перца.

Омега-3

Жирные кислоты — ответ на все проблемы со здоровьем. Они очищают кожу, замедляют процессы старения, помогают похудеть и способствуют нормальной работе пищеварения. Омега-3 снижают выработку лептина — гормона, замедляющего обменные процессы, что особенно важно после изнурительных диет. Орехи, семена, растительные масла, жирные сорта рыбы и морские водоросли особенно ценны для метаболизма — они поддерживают работу щитовидной железы.

 Для ускорения обмена веществ нужен комплексный подход. Добавляя в рацион полезные продукты, не забывайте, что обработанная, жирная и сладкая пища его замедляет. Сбалансированная диета — это ключ к здоровой жизни. 

Ускорению метаболизма также способствуют силовые нагрузки — чем больше мышц, тем больше энергии затрачивает ваш организм в состоянии покоя. А значит, тем больше вы можете есть и не толстеть.

Читайте также: 7 документальных фильмов о питании, которые перевернут ваше сознание

Читайте также: Мода на микрогрин: Как вырастить микрозелень дома

Читайте также: Низкокалорийные продукты, которые стоит добавить в ежедневный рацион

Названы продукты, ускоряющие обмен веществ

https://ria.ru/20191111/1560791479.html

Названы продукты, ускоряющие обмен веществ

Названы продукты, ускоряющие обмен веществ — РИА Новости, 11.11.2019

Названы продукты, ускоряющие обмен веществ

Диетологи составили список рекомендаций людям, которые хотят ускорить метаболизм, пишет Food News. РИА Новости, 11.11.2019

2019-11-11T10:17

2019-11-11T10:17

2019-11-11T10:17

здоровье

общество

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn24.img.ria.ru/images/155168/69/1551686967_0:0:2917:1641_1920x0_80_0_0_987c6e4efe5feeea3fe1839c999616bf.jpg

МОСКВА, 11 ноя — РИА Новости. Диетологи составили список рекомендаций людям, которые хотят ускорить метаболизм, пишет Food News.В первую очередь следует пить зеленый чай, который способен увеличить расход энергии на пять процентов, что способствует борьбе с лишним весом и ожирением. Диетологи также советуют употреблять вареные вкрутую яйца, поскольку оно содержит около 6,29 грамм белка.»Поэтому это отличное дополнение к диете, если вы хотите ускорить обмен веществ», — говорится в статье.Так, богатые протеином продукты значительно увеличивают термический эффект пищи (калории, потраченные на переваривание).Среди других рекомендаций — имбирь, чечевица, перец чили, льняные семечки, кофе, бразильские орехи, брокколи и темно-зеленые листовые овощи.

https://ria.ru/20191106/1560653751.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn25.img.ria.ru/images/155168/69/1551686967_188:0:2917:2047_1920x0_80_0_0_7f1c8bf652afa0a6eeb345217e520095.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

здоровье, общество

МОСКВА, 11 ноя — РИА Новости. Диетологи составили список рекомендаций людям, которые хотят ускорить метаболизм, пишет Food News.В первую очередь следует пить зеленый чай, который способен увеличить расход энергии на пять процентов, что способствует борьбе с лишним весом и ожирением.

Диетологи также советуют употреблять вареные вкрутую яйца, поскольку оно содержит около 6,29 грамм белка.

«Поэтому это отличное дополнение к диете, если вы хотите ускорить обмен веществ», — говорится в статье.

6 ноября 2019, 22:56

Врач назвала лучшую диету для похудения

Так, богатые протеином продукты значительно увеличивают термический эффект пищи (калории, потраченные на переваривание).

Среди других рекомендаций — имбирь, чечевица, перец чили, льняные семечки, кофе, бразильские орехи, брокколи и темно-зеленые листовые овощи.

15 продуктов, ускоряющих обмен веществ • INMYROOM FOOD

Не секрет, что чаще всего не страдают лишним весом те, у кого хороший метаболизм. Ведь именно благодаря быстрому обмену веществ организм превращает пищу в энергию. 

Но что делать, если именно вам не повезло и вы понимаете, что пора бы разогнать обмен веществ? Помимо активного образа жизни также важно соблюдать правильный рацион. При нашем темпе жизни эта задача кажется довольно сложной. 

Чтобы ускорить обмен веществ, стоит заменить вредные продукты на полезные нутриенты. Эта здоровая альтернатива поможет повлиять на гормональный баланс и разогнать ваш метаболизм.

Несколько советов

Не пропускайте прием пищи, так как это замедляет обмен веществ и способствует откладыванию лишних килограммов «про запас». Обязательно завтракайте.

Ешьте медленно и при этом часто. Разделите три больших приема пищи на 5-6 маленьких. Употребляйте как можно больше воды.

По возможности отказывайтесь от сладкого, больше отдавайте предпочтение клетчатке – фрукты, овощи, зерновые, семечки, орехи и так далее.

Не бойтесь добавлять специй в пищу. Попробуйте жгучие специи – они великолепно разгоняют обмен веществ в организме.

Занимайтесь спортом. Даже легкая зарядка способна увеличить кардиоактивность и дать толчок вашему метаболизму.

Вода

Вода участвует во всех обменных процессах. Если воды не мало, наш организм не может выполнять все обменные процессы эффективно. Когда мы часто пьем воду, мы даем возможность нашему метаболизму работать с максимальной скоростью. Не стоит дожидаться, пока замучает жажда. Лучше в течение дня постоянно выпивать по стакану воды.

Продукты из цельного зерна

Цельнозерновые продукты отличаются большим содержанием в них клетчатки. Для того чтобы переварить клетчатку, организму нужно прикладывать очень много усилий. Соответственно, организм тратит на переработку больше калорий, происходит ускорение обменных процессов. 

Цельнозерновые продукты сохраняют все природные микроэлементы и витамины. Чтобы правильно начать ваш день, съедите на завтрак овсянку. Она удерживает баланс уровня сахара в крови дольше, чем многие другие блюда.

Красная фасоль

Красная фасоль имеет в своем составе так называемый резистентный крахмал, который практически не переваривается, но при этом борется с патогенной флорой и очищает кишечник. Благодаря высокому содержанию клетчатки красная фасоль надолго поддерживает у человека чувство сытости. 

Также в фасоли содержатся цинк и витамины группы B, которые косвенно влияют на повышение тестостерона в крови. А этот гормон очень нужен для формирования мышечной ткани, в том числе у женщин.

Постное мясо

Продукты, которые содержат высокое количество белка (постное мясо, курица), идеальны для ускорения обмена веществ. Во-первых, белок достаточно трудно усваивается организмом. Это значит, что организм вынужден прикладывать больше усилий, чем обычно, чтобы переварить белок. Любители мяса теперь могут вздохнуть с облегчением, зная, что этим они ускоряют свой метаболизм на 50%.

Рыба

Британские ученые провели наблюдение за племенами аборигенов, одни из которых регулярно употребляли рыбу, а другие вовсе не знали, что ее можно есть. Уровень лептина в крови у первых был в пять раз ниже. Именно этот гормон отвечает за скорость обмена веществ. Так что рыбу нужно есть обязательно, если хотите снизить уровень лептина и не знать проблем ожирения.

Капуста

Квашеная капуста укрепляет иммунитет, так как после брожения выделяется молочная кислота, которая нейтрализует вредные бактерии в кишечнике. Этот продукт является лучшим природным средством для ускорения обмена веществ.

Грейпфрут и другие цитрусовые

Грейпфрут содержит много воды. Он низкокалориен, почти не содержит жиров и белков, зато переполнен витаминами. Ко всему прочему, в нем содержится половина суточной потребности в витамине С. Грейпфрут является одним из самых эффективных борцов с жировыми отложениями.

Цитрусовые оранжевого цвета являются сильным природным стимулятором обмена веществ, благодаря уникальному набору витаминов, микроэлементов, фруктовых кислот и клетчатки. Регулярное употребление цитрусовых улучшит пищеварение.

Яблоки

Яблоки стимулируют обмен веществ в организме. Они необходимы для крепкого здоровья. Чтобы ускорить ваш обмен веществ, постарайтесь съедать по несколько яблок ежедневно. При этом, желательно не очищать их от кожуры, так как в ней содержится масса витаминов и полезных веществ.

Молочные продукты

Молочные продукты являются мощным стимулятором метаболизма. Ученые считают, что такой эффект происходит благодаря высокому содержанию в них кальция, ибо его дефицит — настоящая угроза для правильного обмена веществ. Если употреблять молочные продукты три раза в день, можно ускорить обмен веществ до 70%. 

Стоит отдавать предпочтение молочным продуктам с небольшим содержанием жира. На обмен веществ это не влияет, но не стоит насыщать свой организм лишними калориями.

Специи: имбирь, цикорий и корица

Чтобы разнообразить ваше меню, не бойтесь использовать специи, ведь они не только помогут сделать блюдо вкусным, но и смогут разогнать ваш метаболизм. 

Просто добавляя имбирь, цикорий, карри, корицу и другие душистые травы в блюда, которые мы готовим каждый день, мы ускоряем наш метаболизм на 10%.

Перец

В остром перце содержится вещество касаицин, которое может значительно влиять на обмен веществ. Он содержится во многих видах стручкового перца. Еда, приправленная острым перцем, ускоряет скорость обмена веществ на 25%. Эффект перца будет длиться несколько часов после приема пищи. 

Шпинат

Шпинат используется для ускорения метаболизма. В его соке содержится много марганца – вещества, которое жизненно необходимого для нормального обмена веществ в организме человека,. Кроме того, он нужен для крови, состава костей, качественной работы мозга, щитовидной железы, нервных окончаний, половой активности и выработки гормонов счастья.

Кокосовое масло

Некоторые исследования показывают, что кокосовое масло естественно улучшает обмен веществ на 25%. Употребление стакана теплой воды с 1 чайной ложечкой кокосового масла поможет усилить метаболизм и улучшить здоровье.

Кофе

Один из лучших способ заставить метаболизм работать с ускорением с самого утра– горячий кофе. Всего одна чашечка кофе ускоряет обмен веществ на 3-4%. Для лучшего достижения результатов по ускорению метаболизма, пить нужно свежесваренный натуральный кофе.

Зеленый чай

Благодаря своему уникальному свойству ускорять процесс сжигания сложных жиров зеленый чай входит в состав практически всех известных диет. Многие врачи и диетологи уже давно отметили пользу этого напитка. Ведь именно зеленый чай прекрасно тонизирует, выводит шлаки и является сильнейшим антиоксидантом.  

Зеленый чай, выпитый с утра, – заставит организм оперативно запустить обмен веществ в усиленном режиме. Этот напиток снижает аппетит и улучшает пищеварение. Зеленый чай регулирует уровень глюкозы и благодаря пектинам избавляет от ощущения тяжести в желудке, снижает уровень холестерина в крови и нейтрализует вредные жиры.

10 продуктов, ускоряющих метаболизм — Женский журнал «ЗОЛОТОЙ»

Отвечаем на вечный вопрос «что бы такое съесть, чтобы похудеть». Убедись, что в твоем холодильнике вместо тортика и колбасы припасены продукты из нашего списка.

Что бы такое съесть, чтобы похудеть? Это вполне возможно, если включить в рацион несколько продуктов из нашего списка. 

Брокколи

Брокколи – кладезь витаминов С, А и К. Они нужны для здоровой кожи, нормальной работы мозга и поддержания иммунитета. Кроме того, в брокколи содержится большое количества фолата (витамина В9), антиоксидантов и пищевых волокон. Для очищения организма ты можешь добавить в свой рацион смузи на основе брокколи, яблока и лайма. Получается вкусно и очень полезно.

Зеленый чай

Он присутствует практически в любой диете, поскольку способствует быстрому обмену веществ и богат антиоксидантами. Работает только заварной вариант, холодного чая в бутылках лучше избегать – там содержится много сахара, подсластителей и консервантов.

Читай также: 8 мифов о здоровом питании, в которые мы все еще верим >>>>>

Ускорит метаболизм не только традиционная сенча, но и улун, поскольку он богат полифенолами, которые блокируют ферменты, отвечающие за образование жира.

Острый перец

Красный кайенский перец, чили, халапеньо, хабанеро или табаско помогает обуздать аппетит и сжечь калории после еды. Все дело в том, что в нем присутствует капсаицин, способствующий разрушению жиров.

Какая диета тебе подходит? – худеем к лету с нашим тестом >>>>>

В 2015 году американские ученые из университета штата Вайоминг провели эксперимент на мышах и обнаружили, что при употреблении чили их вес не увеличивался, даже если животные ели высококалорийную и жирную пищу. Два года спустя ученые из Китая заявили, что чили начали эффективно использовать при борьбе с ожирением.

Красная фасоль

В составе фасоли много белка, нужного для поддержания мышц в тонусе, а также клетчатки и резистентного крахмала, помогающего очистить кишечник. Есть в фасоли также необходимые нам цинк и витамины группы В. Плюс красная фасоль очень питательна и станет незаменимым продуктом для длительного и напряженного рабочего дня, если вдруг нужно работать допоздна, а времени на ужин нет.

Яблоки и груши

Диетологи и фитнес-тренеры любят повторять: «Хочешь перекусить – съешь яблоко». Честно говоря, если перекусывать одними яблоками, то чувство голода только усилится, поэтому лучше есть их, например, с орехами или творогом.

Смотри также: Как НЕ надо худеть – вредные диеты звезд >>>>>

Ученые из университета Рио-де-Жанейро даже провели эксперимент, в ходе которого выяснили, что женщины, которые съедали по 3 яблока и груши в день, теряли больше веса, нежели чем те, кто этого не делал.

Грейпфруты и другие цитрусовые

Отлично сжигают жир и ускоряют обмен веществ грейпфруты, апельсины и лимоны. В них содержится витамин С, регулирующий уровень инсулина в крови. Есть даже специальная цитрусовая детокс-диета, но у нее довольно много противопоказаний.

Смотри также: Новая жизнь с понедельника – вся правда о разгрузочных днях >>>>>

Лучше выбрать щадящий вариант: добавь к утреннему омлету половинку грейпфрута, а салат сбрызни соком лимона. После ужина через час можно съесть апельсин или грейпфрут.

Имбирь и корица

Еще одни усилители обмена веществ – это имбирь и корица. Они, кстати, отлично сочетаются с вышеупомянутыми цитрусовыми. Например, можно заварить чай с лимоном, корицей и имбирем прохладным весенним вечером. Используй имбирь как приправу к мясу — он хорошо подходит к курице или индейке. А корица сделает ароматной утреннюю чашечку кофе и добавит приятную нотку утренней овсянке или несладкому творогу.

Продукты, богатые кальцием

Мощный стимулятор метаболизма – молочные продукты. Кальций, содержащийся в них, способствует ускорению обмена веществ и укреплению костей. Только отдавай предпочтение творогу, кефиру, натуральным йогуртам и особенно сырам с небольшим содержанием жира, но и не с нулевой жирностью.

Читай также: ГМО – вред или польза? >>>>>

Также возьми в привычку добавлять в салаты кунжут – чемпион по содержанию Ca среди продуктов питания, семечки и в целом налегай на темно-зеленые овощи и салатные листья вроде шпината.

Рыба и продукты, содержащие Омега-3

В жирных видах рыбы содержится большое количество Омега-3 кислот, снижающих производство гормона под названием лептин. Именно он замедляет обмен веществ. Омега-3-жирами богата красная рыба фроде лосося, форели, семги, кеты, а также скумбрия, треска, сельдь, тунец, сом, камбала, креветки и икра. Жирные кислоты можно найти также в орехах, оливковом и льняном масле и авокадо.

Шпинат и спаржа

Шпинат содержит много витаминов группы В, полезных пищевых волокон, улучшает пищеварение и выводит из организма шлаки и токсины. Кроме того, употребление шпината полезно для эндокринной и кровеносной систем, а также для мозговой активности и гормонального баланса.

Читай также: 10 бьюти-советов из интернета, которые нам вредят >>>>>

С не менее полезной спаржей (спорную соевую из корейских салатов лучше отложить в сторону) можно кулинарно фантазировать сколько угодно: от разнообразных крем-супов и гарнира до смузи с авокадо или грушей – она везде к месту.

Вилена Введенская

Распространение метаболического пути среди микробного консорциума увеличивает производство натуральных продуктов

Оценка эндогенных кислых продуктов метаболизма, связанных с углеводным обменом в опухолевых клетках

Опухолевые клетки обладают высокой толерантностью к кислой и гипоксической микросреде, а также продуцируют большое количество молочной кислоты за счет ускоренного гликолиза в присутствии или в отсутствие O (2).Хотя считается, что накопление лактата является основным фактором снижения агрессивных опухолей, ограничивающих pH, неизвестно, влияют ли другие эндогенные продукты метаболизма на эту кислотность. Кроме того, анаэробный метаболизм в раковых клетках имеет сходство с гомоферментативными молочнокислыми бактериями, однако очень мало известно об альтернативном пути, который может управлять выработкой аденозинтрифосфата (АТФ) независимо от гликолиза. В этом исследовании мы количественно определяем более 40 конечных продуктов (амины, кислоты, спирты, альдегиды или кетоны), продуцируемых злокачественной нейробластомой при ускоренном гликолизе (+ глюкоза (GLU) поставляет 1-10 мМ) +/- митохондриальный токсин; 1-метил-4-фенилпиридиний (MPP (+)) для уменьшения аэробного дыхания, чтобы очертить различия между анаэробным и анаэробным.аэробной клетке необходимы метаболические пути. Данные показывают, что ускорение анаэробного гликолиза вызывает ожидаемое снижение внеклеточного pH (pH (ex)) с нейтрального до 6,7 +/- 0,006. Различные метаболические кислоты, связанные с этим падением кислотности, были количественно определены с помощью ионообменной жидкостной хроматографии (ЖХ), показав сопутствующее повышение лактата (Ctrls 7,5 +/- 0,5 мМ; + GLU 12,35 +/- 1,3 мМ; + GLU + MPP 18,1 + / — 1,8 мМ), ацетат (Ctrl 0,84 +/- 0,13 мМ: + GLU 1,3 +/- 0,15 мМ; + GLU + MPP 2,7 +/- 0.4 мМ), фумарат и α-кетоглутарат (<10 мкМ), в то время как ряд других метаболических органических кислот оставался необнаруженным. Аминокислоты, определенные количественно с помощью дериватизации о-фталевого альдегида на предколоночной основе / электрохимической детекции. ЖХ показывают накопление L: -аланина (1,6 +/- 0,052 мМ), L: -глутамата (285 +/- 9,7 мкМ), L: -спарагина (202 мкМ). +/- 2,1 мкМ) и L: -аспартат (84,2 +/- 4,9 мкМ), продуцируемые в ходе обычного метаболизма, в то время как другие аминокислоты остаются необнаруженными. Напротив, данные не свидетельствуют о накоплении ацетальдегида, альдегидов или кетонов (реактив Пурпальда / 2,4-динитрофенилгидразина-Брэди), ацетоина (тест Фогеса-Проскауэра) или спиртов (NAD (+) - связанная алкогольдегидрогеназа). .В заключение, эти результаты предоставляют предварительные доказательства, позволяющие предположить существование активного пути пируват-аланинтрансаминазы или фосфотрансацетилазы / ацетил-КоА-синтетазы, который участвует в анаэробном энергетическом метаболизме раковых клеток.

границ | Метаболическая инженерия Escherichia coli для производства конечных продуктов смешанно-кислотного брожения

Введение

На протяжении десятилетий Escherichia coli изучалась на предмет множества факторов, которые определяют его физиологию и различные фенотипы, которые она может принять.Молекулярный инструментарий, обеспечивающий генную инженерию и изучение регуляции и экспрессии генов, по-видимому, является самым большим из существующих для одного конкретного организма (Richter and Gescher, 2012). Следовательно, неудивительно, что E. coli широко использовалась прикладными микробиологами, чтобы попытаться направить метаболизм этого организма в сторону производства молекул с биотехнологической ценностью.

Эта тема приобретает все больший интерес в связи с развитием нашего общества в сторону биоэкономики.Технологии химического производства с использованием ископаемого топлива в качестве субстратов все чаще заменяются устойчивыми процессами, работающими с биологическим катализом и возобновляемыми субстратами. Интересно, что штаммы, разработанные несколько лет назад, по-прежнему являются отправной точкой для разработки новых штаммов, которые либо расширяют спектр производимых веществ, либо повышают эффективность применяемого процесса.

Имея это в виду, мы проводим обзор исследований за несколько десятилетий, чтобы показать развитие штаммов для производства веществ смешанного брожения с акцентом на анаэробные процессы.После обзора метаболических возможностей и регуляторных механизмов будут описаны разработки, касающиеся расширения спектра используемых субстратов. После этого представлены стратегии производства этанола, ацетата, лактата и сукцината.

Центральный метаболизм

Escherichia coli — это факультативный анаэробный грамотрицательный организм, способный использовать широкий спектр источников органического углерода для гетеротрофного роста. Доступность акцепторов электронов запускает стратегии, используемые для производства энергии — дыхание или ферментацию.В большинстве исследований, описывающих использование E. coli для прикладных процессов, в качестве источника углерода и электронов используются сахара. Их импорт может быть осуществлен с помощью различных устройств приема. Глюкоза, например, в основном импортируется и одновременно фосфорилируется до глюкозо-6-фосфата с использованием фосфотрансферазной системы (Hunter and Kornberg, 1979; Escalante et al., 2012). Тем не менее, было показано, что механизмы поглощения галактозы и маннозы могут также перемещать глюкозу, которая затем попадает в цитоплазму в нефосфорилированной форме и превращается в глюкозо-6-фосфат глюкокиназой (Steinsiek and Bettenbrock, 2012).Путь гликолиза превращает фосфорилированный сахар в две молекулы пирувата, что сопровождается высвобождением двух молекул АТФ и двух молекул НАДН. В кислородных условиях пируват превращается в ацетил-КоА и диоксид углерода комплексом пируватдегидрогеназы. Этот мультимерный фермент подавляется в анаэробных условиях и контролируется соотношением НАДН / НАД ⁺ (de Graef et al., 1999), а также концентрацией пирувата (Quail et al., 1994). В кислородных условиях ацетил-КоА дополнительно перерабатывается в цикле лимонной кислоты.Это приводит к производству большего количества АТФ и восстанавливающих эквивалентов.

Escherichia coli также способна дышать в бескислородных условиях и может использовать различные вещества в отсутствие кислорода в качестве акцепторов электронов (Ingledew and Poole, 1984; Stewart, 1993). Тем не менее, отсутствие кислорода вызывает подавление цикла лимонной кислоты, что приводит к неполному окислению сахаров. В этих условиях в качестве основного продукта образуется ацетат. Пируватдегидрогеназа заменяется пируватформиатлиазой, которая предотвращает высвобождение НАДН во время потребления пирувата и вместо этого катализирует образование формиата и ацетил-КоА.Последний превращается в накапливающийся ацетат под действием фосфотрансацетилазы ( pta ) и ацетаткиназы ( ack ) (Trotter et al., 2011). Два центральных регулятора фумарат-нитрат-восстановления (FNR) и ArcAB (бескислородный окислительно-восстановительный контроль) опосредуют различие между кислородным и бескислородным метаболизмом (Sawers and Suppmann, 1992).

В условиях ферментации образуется смесь сукцината, формиата, ацетата, лактата и этанола для поддержания окислительно-восстановительного баланса (Clark, 1989).Образование этанола устанавливается с помощью алкогольдегидрогеназы ( adhE ), которая катализирует реакцию от ацетил-КоА до этанола с потреблением двух молекул НАДН. Производство лактата катализируется растворимой лактатдегидрогеназой ( ldhA ) путем восстановления пирувата (потребление одной молекулы НАДН). Образование сукцината начинается с карбоксилирования фосфоенолпирувата до оксалоацетата с помощью PEP-карбоксилазы ( ppc ), а затем достигается за счет активности малатдегидрогеназы ( mdh ), фумаразы ( fumB ) и 000fumarate reductase ( fumB ). ) (Фигура 1).

Рисунок 1. Анаэробный ферментативный метаболизм в Escherichia coli . Химические структуры показаны для всех смешанных продуктов брожения и пировиноградной кислоты. Жирные серые стрелки: системы транспорта глюкозы; тонкие черные стрелки: гликолиз; жирные черные стрелки: ферментативные реакции; пунктирные, зеленые стрелки: цикл TCA, только анаболические функции, полностью активны в кислородных условиях. Гены: malEFG (переносчик мальтозы ABC), galP (галактоза: H ^{+ симпортер} ), ptsG (слитый глюкозоспецифический фермент PTS: компонент IIB и IIC), manXYZ (манноза), пермеаза PTS glk (глюкокиназа), pgi (глюкозо-6-фосфат-изомераза), pfk (6-фосфофруктокиназа), fba (фруктозо-бисфосфатальдолаза), tpi 000 (изомераза 000 (триозефосфат) глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа), pgk (фосфоглицераткиназа), галлонов в минуту, (фосфоглицератмутаза), ено (енолаза), pyk (пируваткиназа, rudAphosphod (пируват-киназа), rudc (фосфо-п-ца), rudAphosphovac (rudc) лактатдегидрогеназа), pfl (пируватформиатлиаза), aceEF (пируватдегидрогеназный комплекс), adhE (алкогольдегидрогеназа), pta (фосфат-ацетилтрансфераза), ack (ацетилтрансфераза) ase), gltA (цитрат-синтаза), acnB (аконитаза), icd (изоцитратдегидрогеназа), sucA (2-оксоглутарат декарбоксилаза), sucB (2-оксоглутара) сукцинил-КоА-синтетаза), sdhABCD (сукцинатдегидрогеназа), fumB (фумаратгидратаза), frd (фумаратредуктаза) и mdh (малатдегидрогеназа).

The Global Regulators ArcAB и FNR

ArcA и FNR сильно влияют на экспрессию генов, участвующих в центральном метаболизме (Salmon et al., 2003, 2005; Constantinidou et al., 2006). Фактически, они являются наиболее важными регуляторами, участвующими в аэробном и анаэробном росте (Gunsalus and Park, 1994; Unden et al., 1995; Unden and Bongaerts, 1997).

Двухкомпонентная система ArcAB состоит из ассоциированной с мембраной сенсорной киназы ArcB и регулятора цитоплазматического ответа ArcA (Iuchi, Lin, 1988; Iuchi et al., 1990) (рис. 2А). ArcB имеет три цитоплазматических домена (h2, D1 и h3) и два трансмембранных сегмента (Iuchi et al., 1990; Kwon et al., 2000). Фосфорилирование h2 ингибируется окисленными хинонами внутри цитоплазматической мембраны (Georgellis et al., 2001; Bekker et al., 2010) и стимулируется лактатом, ацетатом и пируватом (Georgellis et al., 1999). Фосфорилирование h2 через несколько стадий ведет к образованию фосфорилированного ArcA (Georgellis et al., 1997). Этот модифицированный белок регулирует экспрессию множества генов, участвующих в энергетическом обмене.Он подавляет гены, участвующие в дыхании, и активирует те, которые участвуют в ферментации (Malpica et al., 2006; Liu et al., 2009). Например, цикл TCA, почти исключительно способствующий анаболическим реакциям в условиях аноксии, активируется в штамме с делецией arcA во время нитратного дыхания (Prohl et al., 1998; Toya et al., 2012). Таким образом, Pettinari et al. (2008) предположили, что делеционных штаммов arcA могут быть многообещающими кандидатами для производства восстановленных биопродуктов, таких как полигидроксиалканоаты.Обоснование этого предположения состоит в том, что активация ферментов цикла лимонной кислоты в бескислородных условиях может потенциально привести к повышенным концентрациям НАДН или НАДФН. Помимо описанных выше функций, система ArcAB также участвует в аэробной устойчивости к перекиси водорода (Loui et al., 2009) и микроаэробной окислительно-восстановительной регуляции (Alexeeva et al., 2003).

Рис. 2. (A) Обзор активации двухкомпонентной системы ArcAB [в соответствии с и с изменениями Liu et al.(2009)]. Накопление лактата, пирувата или NADH запускает каскад фосфорилирования в ArcB, который в конечном итоге приводит к фосфорилированию ArcA. ArcA изображается как двухкомпонентный белок, содержащий вторичный принимающий домен D2 и домен спираль-поворот-спираль (HTH). Молекулы окисленного хинона отрицательно модулируют активность ArcB. (B) Схематический обзор активации FNR-регулятора (согласно и с изменениями Tolla and Savageau, 2010). Кислород инактивирует активную димерную форму FNR, которая содержит один 4Fe-4S-кластер на мономер (4Fe-4S FNR).Непрерывное продуцирование новых молекул FNR и реактивация неактивной 2Fe-2S-формы (2Fe-2S FNR) или апофермента (апо FNR) приводит к постоянному циклическому изменению трех форм FNR. Отсутствие кислорода вызывает быстрое накопление формы 4Fe-4S, которая димеризуется и тем самым становится активным фактором транскрипции.

Регуляторный белок FNR является вторым глобальным регулятором энергетического метаболизма у E. coli . Он является частью суперсемейства Crp-Fnr (Korner et al., 2003) и содержит мотив спираль-поворот-спираль с нуклеотид-связывающим доменом (Spiro and Guest, 1990). Экспрессия fnr не связана с условиями роста. Следовательно, равные количества FNR доступны в клетке в кислородных и бескислородных условиях (Unden and Duchene, 1987). Внутри клетки встречаются три различные формы FNR: (i) апофермент (apoFNR), (ii) мономерный FNR с кластером [2Fe-2S] и (iii) гомодимер, содержащий один [4Fe-4S] кластер на мономер. (Джервис и др., 2009; Толла и Саважо, 2010). Из этих трех форм только гомодимер функционирует как регулятор транскрипции (Shalel-Levanon et al., 2005). Доступность кислорода внутри клетки приводит к мономеризации гомодимера и потере кластера Fe-S (Рис. 2B) (Lazazzera et al., 1996). Отсутствие кислорода вызывает быстрое увеличение концентрации гомодимеров (Tolla, Savageau, 2010). FNR регулирует экспрессию генов на уровне транскрипции. Таким образом, FNR активирует экспрессию генов, участвующих в анаэробной ферментации и дыхании, в то время как вызывает подавление генов, необходимых для аэробного дыхания (Unden et al., 1995).

Обеспечение использования рентабельных и обильных источников углерода

Наличие рентабельных и обильных источников углерода является требованием для биотехнологического производства продуктов ферментации E. coli . Эти углеродные соединения включают лигноцеллюлозу, патоку и глицерин (da Silva et al., 2009). Что касается утилизации потоков отходов, то до сих пор в центре внимания исследований находились этанологические штаммы E. coli , скорее всего, из-за растущего спроса на биотопливо.

Escherichia coli способна производить этанол из предварительно обработанной пшеничной соломы (Saha and Cotta, 2011; Saha et al., 2011) или гидролизатов морских водорослей (Kim et al., 2011) без дальнейшей экспрессии гетерологичных генов. Однако накопление побочных продуктов предварительной обработки, таких как фурфурол или фенольные соединения, подавляет рост микробов и затрудняет ферментацию (Mills et al., 2009). Следовательно, Geddes et al. (2011) разработали этанологенный штамм E. coli с повышенной устойчивостью к токсичным побочным продуктам гидролиза.Они использовали эксперименты по метаболической эволюции, чтобы выделить клеток E. coli , которые способны расти в среде, содержащей 60% гидролизата фосфорной кислоты — условиях, токсичных для родительского штамма. Авторы указывают, что токсичные побочные продукты могут служить барьером для заражения нежелательными организмами, что может снизить затраты на ферментацию. Wang et al. (2013) рационально разработали устойчивый к фурфуролу штамм E. coli . Они удалили yqhD , ген, кодирующий алкогольдегидрогеназу, и вставили гены fucO (кодирующие НАДН-зависимую фурфурол оксидоредуктазу) и ucpA (криптический ген, кодируемый рядом с опероном ассимиляции серы) в геном этанологический штамм.Результатом было уменьшение фурфурола и, как следствие, повышение толерантности к фурфуролу.

Способность к утилизации сахарозы не является преобладающей среди всех культивируемых штаммов E. coli . Только половина из них может использовать сахарозу в качестве единственного источника углерода (Jahreis et al., 2002). Сахароза — преобладающий углевод в патоке, побочном продукте производства сахара. штаммов E. coli , использующих сахарозу, могут обладать плазмидной ( scrKYAB и scrR ) или хромосомной системой ( cscRAKB ).Шукла и др. (2004) экспрессировали гена csc в сахарозонегативном родительском штамме для продукции d-лактата из сахарозы и патоки. Они вставили оперон csc в геном E. coli W3110 и определили продукцию лактата в смеси сахара и разбавленной патоки. Как и ожидалось, E. coli может использовать разбавленную мелассу в качестве единственного источника углерода. Следовательно, метаболизм сахарозы может успешно передаваться между разными штаммами.

Напротив, дикий тип E.coli не могут развиваться на целлобиозе, димере глюкозы, образующемся в процессе гидролиза целлюлозы. Для разложения целлобиозы β-глюкозидаза BglC из Thermobifida fusca была локализована на внешней мембране этанологенного штамма E. coli . Транспорт и прикрепление к внешней мембране обеспечивались с помощью системы секреции типа V, адгезина AIDA-I (Munoz-Gutierrez et al., 2012). AIDA-I участвует в адгезии энтеропатогенной E. coli и уже рассматривался как инструмент для отображения на поверхности (Jose and Meyer, 2007).Была сконструирована система экспрессии на основе плазмиды, и BglC был слит с сигнальным пептидом и единицей транслокации. Обе сигнальные последовательности важны для транслокации, а также для прикрепления белка к внешней мембране. Полученный штамм был способен ферментировать целлобиозу до этанола с выходом 84% от теоретического максимума (Munoz-Gutierrez et al., 2012).

Целлюлоза может разлагаться четырьмя различными типами ферментов: эндоглюканазой, экзоглюканазой, β-глюкозидазой и недавно открытыми литическими полисахаридмонооксигеназами (Lynd et al., 2002; Vaaje-Kolstad et al., 2010; Hemsworth et al., 2014). Этанологенный штамм E. coli LY01 (таблица 1) был снабжен плазмидой, несущей эндоглюканазу (Cel5A), экзоглюканазу (Cel9E) и β-глюкозидазу (BGL) из Clostridium cellulolyticum . Все ферменты были слиты с якорным белком PgsA из Bacillus subtilis и могли функционально экспрессироваться и локализоваться на поверхности клеток E. coli . Полученный штамм может сбраживать предварительно обработанную кислотой кукурузную солому до этанола с выходом 95% (Ryu and Karim, 2011).

Таблица 1 . Сравнение этанологических штаммов E. coli .

Левоглюкозан — самый распространенный сахар в биомасле и, следовательно, привлекательный субстрат для ферментации. Он может быть преобразован в глюкозо-6-фосфат под действием левоглюкозанкиназы (Kitamura et al., 1991). Следовательно, Layton et al. (2011) представили оптимизированную по кодонам версию этой киназы (LGK) из Lipomyces starkeyi YZ-215 в геном E.coli KO11 (таблица 1). Полученный штамм может сбраживать левоглюкозан как единственный источник углерода в этанол. Тем не менее полной ферментации субстрата достичь не удалось. Авторы предположили, что это произошло из-за высокого значения K _м (71,2 мМ) LGK или из-за транспортных ограничений.

В заключение, E. coli был адаптирован для использования различных источников углерода. Это очень важные улучшения в использовании метаболической способности и знаменуют важные шаги в развитии биотехнологических процессов с возобновляемыми субстратами или потоками отходов в качестве субстратов.

Производство этанола

Биоэтанол — это самый крупный биотехнологический товар, который чаще всего используется в качестве биотоплива. Сегодня его в больших количествах производят из глюкозы или сахарозы. Ряд микроорганизмов производят этанол в качестве конечного продукта естественной ферментации, иногда даже при гомоэтанологическом типе ферментации (Otero et al., 2007). Этанол является одним из конечных продуктов смешанно-кислотного брожения E. coli . Его продукция в клетках дикого типа E.coli катализируется в двухстадийной реакции алкогольдегидрогеназой ( adhE ). Этот фермент превращает ацетил-КоА через ацетальдегид в этанол и регенерирует две молекулы NAD ⁺ . Этанол нельзя производить в качестве единственного конечного продукта ферментации E. coli дикого типа, поскольку ферментация глюкозы приводит к образованию двух молекул ацетил-КоА и только двух (вместо четырех) молекул НАДН. Следовательно, использование пируватформиатлиазы вместо пируватдекарбоксилазы (катализирующей реакцию от пирувата до ацетальдегида) запрещает E.coli при проведении дрожжевой или Zymomonas mobilis -подобной ферментации этанола (Knappe et al., 1974; Conway et al., 1987). Таким образом, Ingram et al. (1987) трансформировали плазмиду, несущую гены пируватдекарбоксилазы ( pdc ) и алкогольдегидрогеназы ( adhB ) из Z. mobilis в E.coli , что привело к значительному увеличению продукции этанола из различных сахарных соединений (таблица 1) (Ingram et al., 1987; Alterthum, Ingram, 1989).Поскольку экспрессия генов на основе плазмид требует добавления антибиотиков, Ohta et al. (1991) интегрировали гены пируватдекарбоксилазы ( pdc ) и алкогольдегидрогеназы ( adhB ) в геном E. coli под контролем промотора пируватформиатлиазы (штамм КО3). К сожалению, полученная в результате более низкая дозировка гена вызвала снижение выхода этанола с сопутствующим более высоким загрязнением другими конечными продуктами смешанно-кислотного брожения (Таблица 1). Поэтому Охта и его коллеги выбрали сначала штаммы, которые были гиперэкспрессивными pdc и adh .Это было выполнено с использованием высоких концентраций антибиотика хлорамфеникола в среде, поскольку ген устойчивости к хлорамфениколу ( cat ) был введен совместно с геном pdc и adh . Это привело к штамму KO4, в котором делеция гена фумаратредуктазы frd (теперь штамм KO11) привела к более высокому гликолитическому потоку во время ферментации ксилозы (Tao et al., 2001), более низким концентрациям сукцината и выходам этанола, близким к теоретический максимум (Ohta et al., 1991) (таблица 1). Интересно, что штамм KO11 недавно был проанализирован с помощью оптического картирования и секвенирования. Таким образом, Turner et al. (2012) смогли показать, что штамм содержит приблизительно 25 тандемных повторов кассеты pdc — adh — cat из-за реаранжировок, стимулированных IS10. Тем не менее, максимальный выход производства этанола с глюкозой и ксилозой был достигнут более 20 лет назад. Тем не менее, высокие концентрации спирта в ферментационном бульоне не были достигнуты в этот момент из-за токсичности этанола.

Yomano et al. (1998) выделили и охарактеризовали толерантные к этанолу штаммов E. coli , несущие гены пируватдекарбоксилазы и алкогольдегидрогеназы. Они инокулировали E. coli KO11 в жидкую среду LB и чашки с агаром с возрастающими концентрациями этанола. В результате может быть выделен штамм E. coli (LY01) с толерантностью к этанолу 60 г L ^-1 и выходом этанола 85% (родительский штамм: 35 г L ^-1 ), который был ориентир в эволюции производства этанола E.coli (Yomano et al., 1998). Woodruff et al. (2013) с целью выявления генетических факторов, критически важных для повышения устойчивости к этанолу у E. coli . Авторы создали геномные библиотеки E. coli на основе плазмид с тремя размерами вставок. Библиотеки трансформировали в штамм, продуцирующий этанол, и его отбирали для роста в среде, которая должна была имитировать условия в промышленном биореакторе (высокая концентрация этанола, высокая осмолярность). Используя этот метод, авторы смогли идентифицировать три гена otsA, otsB и uspC как решающие для повышения устойчивости к этанолу и продуктивности.В предыдущих исследованиях UspC был идентифицирован как универсальный стрессовый белок, участвующий в устойчивости к условиям осмотического шока, а также к УФ-индуцированному повреждению ДНК (Gustavsson et al., 2002; Heermann et al., 2009). Гены otsA и otsB составляют путь биосинтеза трегалозы. Трегалоза образуется в E. coli при различных стрессовых условиях, включая осмотический стресс (Purvis et al., 2005).

Yomano et al. (2008) выявили несколько проблем в KO11, ограничивающих способность штамма производить высокие количества этанола в минеральной солевой среде.Следовательно, был сконструирован штамм LY160. Этот штамм содержит гены Z. mobilis для производства алкоголя ( pdc, adhA, adhB ), гены эндоглюканазы из Erwinia carotovora и гены утилизации целлобиозы из Klebsiella oxytoca . Более того, Yomano et al. (2008) удалили лактатдегидрогеназу ( ldhA ), ацетаткиназу ( ackA ) и нативную алкогольдегидрогеназу ( adhE ) (таблица 1). Полученный штамм ферментировал ксилозу до этанола в минимальной солевой среде почти так же эффективно, как KO11 в среде LB.Дополнительная делеция msgA (метилглиоксальсинтаза) позволила коферментацию глюкозы и ксилозы (Yomano et al., 2009).

Hildebrand et al. (2013) использовали КО11 в качестве исходного штамма для производства этанола на основе глюконовой кислоты. Подобно Yomano et al. авторы увидели, что КО11 содержит генетический репертуар реакций, которые все еще могут приводить к потенциальным побочным продуктам. Кроме того, авторы поняли, что KO11 все еще содержит функциональную пируватформиатлиазу и пируватдегидрогеназу.Последний сильно подавляется в бескислородных условиях, но некоторое количество пирувата все еще превращается в ацетил-КоА с помощью этого фермента. Поэтому авторы объединили делеции в соответствующих генах лактатдегидрогеназы ( ldhA ), пируватформиатлиазы ( pflA ) и комплекса пируватдегидрогеназы ( pdh ), чтобы определить продукцию этанола с глюкозой и глюконатом в качестве субстрата. Для обоих субстратов удаление ldh и pfl улучшило выход этанола.Для глюконовой кислоты выход увеличился с 87,5 до 97,5%, а для глюкозы — с 101,5 до 106%. Выходы выше теоретического максимума были достигнуты, скорее всего, за счет потребления казаминокислот в среде LB. Однако делеция только pdh или ldhA и pdh не оказала значительного влияния на выход этанола (Hildebrand et al., 2013).

Все вышеупомянутые модификации для продукции этанола включали трансгенную экспрессию Z.mobilis в E. coli . Вот почему Kim et al. (2007) сконструировали мутант E. coli K-12, который не зависел от экспрессии чужеродных генов, но сохранял способность производить этанол в качестве единственного продукта ферментации. Делеция генов pflB и ldhA , кодирующих пируватформиатлиазу и лактатдегидрогеназу, соответственно, ингибировала рост без кислорода, но анаэробный рост мог быть восстановлен после случайного мутагенеза с этилметансульфонатом.Фактически, мутагенез привел к гомоэтанологическому штамму (Kim et al., 2007). Позднее мутация была сопоставлена ​​с геном пируватдегидрогеназы и, скорее всего, обеспечила экспрессию и активность этого фермента в бескислородных условиях. Чжоу и др. (2008) провели аналогичный подход. Авторы установили пируватдегидрогеназу под контроль нативного промотора пируватформиатлиазы. Дальнейшая делеция генов frd, ackA, focA и pflB привела к штамму SZ420, который превращает глюкозу, а также ксилозу в этанол с выходом 90% в анаэробных условиях с использованием только генов и промоторов из E.coli .

Используя анализ элементарных мод, Trinh et al. (2008) стремились расширить спектр условий роста, при которых можно было бы получить оптимальное производство этанола с E. coli . Помимо исключения путей к другим смешанным продуктам ферментации, авторы удалили гены, кодирующие глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназу ( zwf ), NADH-дегидрогеназу II ( ndh ), NAD ⁺ / NADP ⁺ зависимый малат. фермент ( scfA, maeB ) и пируватоксидаза ( poxB ).В полученный штамм (TCS083) дополнительно вводили плазмиду, содержащую пируватдегидрогеназу, а также алкогольдегидрогеназу из Z. mobilis (pLOI297). TCS083 / pLOI297 затем может одновременно преобразовывать пентозу и гексозу в этанол с выходом 94–96% (Trinh et al., 2008). Используя ту же стратегию, штамм E. coli был сконструирован для получения этанола из глицерина аэробно (Trinh and Srienc, 2009). Авторы использовали штамм TCS083 с плазмидой pLOI297 и дополнительно удалили малатдегидрогеназу ( mdh ).Развитый штамм продуцировал этанол в условиях низкого содержания кислорода с выходом 0,37 г этанола / г израсходованного глицерина, что близко к теоретическому максимуму 0,5 г / г.

В дополнение к деятельности по получению этанола из глицерина в кислородных условиях, Dharmadi et al. (2006) показали, что E. coli способна ферментировать глицерин при определенных условиях. По-видимому, E. coli использует различные наборы ферментов для превращения глицерина в дигидроксиацетонфосфат в ферментативных и респираторных условиях.Без концевого акцептора электронов глицериндегидрогеназа ( gldA ) катализирует в зависимости от NAD ⁺ образование дигидроксиацетона, который впоследствии фосфорилируется под действием дигидроксиацетонкиназы DHAK (Gonzalez et al., 2008 г.). NAD ⁺ в качестве кофактора (вместо менахинон-зависимой реакции глицерин-3-фосфатредуктазы) обеспечивает сбалансированную ферментацию глицерина в этанол, и действительно было показано, что этанол является основным конечным продуктом.Брожение глицерина лучше всего протекает при низком pH и в среде, содержащей низкие концентрации фосфата и калия. Кроме того, преобразование формиата в водород и CO ₂ было выявлено как решающий этап. Группа Трчуниана показала, что активность формиат-гидрогенлиазы, связанной с гидрогеназой Hyd-3, увеличивается при более низких значениях pH. Возможно, что более низкие pH и гидрогеназная активность способствуют регулированию подходящего мембранного потенциала в условиях ферментации глицерина (Trchounian et al., 2012; Трчунян, Трчунян, 2013). Недавно было показано, что довольно строгие требования к эффективной ферментации глицерина можно обойти, просто используя совместное культивирование E. coli с формиатом, потребляющим метаноген Methanobacterium formicicum . Последний организм стабилизирует pH среды и активирует потребление глицерина, эффективно удаляя формиат из среды (Richter and Gescher, 2014).

Производство ацетата

Гомоацетогенная ферментация сахаров невозможна с использованием дикого типа E.coli клеток. При расщеплении тиоэфирной связи в ацетил-КоА с образованием АТФ электроны не потребляются. Следовательно, NAD ⁺ , восстановленный во время потребления глюкозы, не может быть восстановлен. Другими словами, необходимо выбрать респираторный путь, если предполагается, что ацетат является единственным конечным продуктом. Известно, что ацетат накапливается во время анаэробного дыхания (Trotter et al., 2011), но коммерческое производство предпочитает среды без дополнительного акцептора электронов, которые будут накапливаться в восстановленной форме в ферментационном бульоне.Вот почему Causey et al. (2003) установили гомоацетатный путь в E. coli , комбинируя ферментативную и респираторную стратегии. На первом этапе авторы удалили пируватформиатлиазу, фумаратредуктазу и лактатдегидрогеназу ( focA-pflB, frdBC, ldhA ), чтобы минимизировать образование конечных продуктов ферментации. Они снижали продукцию биомассы и обеспечивали рециклинг АДФ за счет делеции частей мембраносвязанной АТФазы (Δ atpFH ). Следовательно, был разработан растворимый цитоплазматический фермент, который гидролизует АТФ до АДФ.Рост полученного штамма зависел от присутствия ферментируемого источника углерода, который можно было использовать для фосфорилирования на уровне субстрата. Тем не менее, пул хинолов мог быть окислен восстановлением кислорода, поскольку дыхательная цепь per se все еще присутствовала. Авторы модифицировали штамм дополнительно, удалив ген алкогольдегидрогеназы adhE , что устранило конкурирующую реакцию для субстрата ацетил-КоА. Более того, цикл лимонной кислоты был заблокирован за счет делеции α-кетоглутаратдегидрогеназы.Сопутствующая ауксотрофия по сукцинату была излечена путем отбора спонтанных мутантов. Полученный штамм продуцировал ацетат с максимальным выходом 86% в расчете на потребленную глюкозу (Causey et al., 2003).

Можно спорить, почему необходимо превращать E. coli в эффективный продуцент ацетата. Биотехнологическое производство ацетата основано на окислении этанола штаммами Acetobacter (Распор и Горанович, 2008). Этот этанол в основном производится дрожжами.Следовательно, использование генно-инженерного штамма E. coli сначала откроет процесс производства ацетата для множества источников углерода и позволит в дальнейшем обойти потенциальную конкуренцию за этанол для биотоплива. Однако наиболее важный момент исследования Causey et al. (2003) заключается в том, что авторам удалось установить своего рода несбалансированную ферментацию в E. coli . Они смогли использовать преимущества бескислородных ферментативных процессов (низкая клеточная масса, высокая скорость катаболизма) и объединить их с образованием на основе дыхания продукта, который более окислен, чем субстрат для роста.Это может быть технология, позволяющая использовать множество других биотехнологических производственных процессов, которые пока невозможны из-за недостаточного окислительно-восстановительного баланса.

Фактически, Causey et al. (2004) использовали эту технологию для дальнейшей разработки штамма для производства пирувата. Дополнительная делеция ацетаткиназы ( ackA ) и пируватоксидазы ( poxB ) привела к образованию штамма TC44. Этот штамм продуцирует 0,75 г пирувата / г глюкозы в среде с минеральными солями в микротоксичных условиях.Это самый высокий выход продукции пирувата в минеральной солевой среде, зарегистрированный для E. coli на сегодняшний день (Causey et al., 2004).

Производство лактата

Производство молочной кислоты представляет биотехнологический интерес в основном из-за производства пластмасс на основе полимолочной кислоты (PLA-). Поскольку молочнокислые бактерии имеют высокие потребности в питании (van Niel and Hahn-Hagerdal, 1999), E. coli , по-видимому, лучше подходит для производства этой карбоновой кислоты.

Есть два оптических изомера лактата, и концентрация каждого энантиомера определяет свойства PLA (Wee et al., 2006). Молочная кислота может быть получена химическим путем, но только в виде смеси двух изомеров. Напротив, микроорганизмы могут вырабатывать молочную кислоту в оптически чистой d- или l-форме (Qin et al., 2012; Wang et al., 2012). При выходе 0,13 г лактата / г глюкозы d-молочная кислота является конечным продуктом смешанно-кислотной ферментации в E. coli (Clark, 1989; Bunch et al., 1997; Chang et al., 1999). Его образование катализируется растворимой цитоплазматической лактатдегидрогеназой ldhA , в то время как две мембраносвязанные формы отвечают за потребление лактата в дыхательных путях (Haugaard, 1959; Kline and Mahler, 1965; Tarmy and Kaplan, 1968; Bunch et al., 1997). .

Ранние эксперименты Chang et al. (1999) привели к продуцирующему молочную кислоту штамму E. coli RR1. Конкурирующие пути были заблокированы делецией фосфотрансацетилазы ( pta ) и PEP-карбоксилазы ( ppc ).Двойной мутант продуцировал лактат с выходом почти 90% (0,9 г лактата / г глюкозы) от теоретического максимума в двухфазном процессе ферментации с фазой аэробного роста и фазой анаэробной продукции при pH 7. Внесение l -лактатдегидрогеназа из Lactobacillus casei на плазмиде вызвала E. coli (Δ ldhA Δ pta ) с образованием оптически чистого l-лактата. В этой работе авторы доказали, что можно получить любой из двух оптических изомеров с использованием E.coli . Dien et al. (2001) использовали l-лактатдегидрогеназу на основе плазмиды из Streptococcus bovis в пируватформиатлиазе и ферментативной лактатдегидрогеназе (Δ pfl Δ ldhA ), дефицитной производным E. coli B. Они достигли с этим штаммом B более высокого выхода лактата (93% по сравнению с 61–63% в производных K-12) и смогли ферментировать глюкозу и ксилозу до l-лактата (Dien et al., 2001).

Чтобы предотвратить использование плазмид и их необходимость в постоянном селективном давлении, Zhou et al.(2003) заменили нативный ген ldhA на ген ldhL из Pediococcus acidilactici в геноме мутанта E. coli W3110. После отбора для улучшения роста был выделен штамм SZ85 (Δ focA-pflB Δ frdBC Δ adhE Δ ackA Δ ldhA ), который показал выход лактата 94% с глюкозой и 82% с ксилозой, как показано на рис. субстрат (Zhou et al., 2003). Гомоэтанологенный штамм E. coli B (Δ frdBC Δ ldhA , Δ ackA Δ focA-pflB Δ pdhR: pflBp6-pflBrbs-ace-ace-ldhR) был переработан для производства l-ace-ldh5-l). молочная кислота из ксилозы.Чтобы предотвратить образование этанола, adhE было удалено и было введено ldhL из P. acidilactici , что привело к образованию штамма WL203. После метаболической эволюции посредством роста в среде LB-ксилозы был выделен штамм WL204. Этот штамм продуцировал оптически чистый l-лактат с выходом 97% от теоретического максимума и титрами 62–66 г лактата L ^-1 . Однако более высокие концентрации ксилозы не могли увеличить конечные титры молочной кислоты, что указывает на то, что молочная кислота ингибирует рост и ферментацию WL204.Более того, достижимый выход (91%) и конечный титр (42,9 г L ^-1 ) были значительно ниже в минимальной среде по сравнению со сложной средой (Zhao et al., 2013).

В другом подходе был разработан E. coli MG1655 для эффективного микротоксичного превращения глицерина в l-молочную кислоту посредством нескольких делеций в ферментативном метаболизме. Гены pta, adhE и frd были удалены, чтобы исключить образование побочных продуктов. Удаление mgsA предотвратило образование d-молочной кислоты через обходной путь метилглиоксаля.l-лактатдегидрогеназа из S. bovis была введена в геном E. coli , что привело к продуцированию l-молочной кислоты. Авторы добавили копии аэробного пути потребления глицерина (глицеринкиназа glpK и глицерин-3-фосфатдегидрогеназа glpD ) на плазмиду и удалили мембраносвязанную дегидрогеназу молочной кислоты ( lldD ), чтобы предотвратить потребление l-молочная кислота. Полученный штамм продуцирует 0,875 г l-молочной кислоты / г глицерина, что соответствует выходу 90% от теоретического максимума (0.98 г молочной кислоты / г глицерина) (Mazumdar et al., 2013).

Штамм КО11, первоначально созданный как эффективный продуцент этанола (Ohta et al., 1991), позже был также модифицирован несколькими делециями (Δ focA-pflB Δ adhE Δ ackA ), чтобы обеспечить образование d-лактата (Zhou и др., 2005). Ферментация глюкозы и сахарозы привела к выходу 99% (глюкоза) и 95% (сахароза) от теоретического максимума на основе метаболизированного сахара в течение 144 часов. Конечные концентрации лактата достигли 1 моль / л, что сопоставимо с молочнокислыми бактериями.В этом штамме (SZ186) отсутствовали чужеродные гены или гены устойчивости к антибиотикам, но у него отсутствовала способность полностью ферментировать большие количества сахара в среде с минеральными солями. Метаболическая эволюция была использована для выделения штамма SZ194. Этот штамм был способен превращать 12% глюкозы, которая была добавлена ​​к минимальной среде, содержащей 1 мМ бетаина, полностью в d-лактат с выходом 95%. Однако чистота d-лактата снизилась с 99 до 95% (Zhou et al., 2006). Причина примеси была обнаружена в обходе гликолиза метилглиоксалем (Grabar et al., 2006). Следовательно, делеция соответствующего гена метилглиоксальсинтазы ( msgA ) устраняет хиральное загрязнение, в то время как выход лактата остается постоянным. Интересно, что основание, используемое для контроля pH, важно для конечного выхода. Zhu et al. (2007) смогли увеличить конечную концентрацию лактата примерно на 17%, используя Ca (OH) ₂ вместо NaOH. Используя двухфазную стратегию продуцирования, авторы смогли достичь концентрации лактата до 138 г L ^-1 со штаммом, который был модифицирован путем делеции aceEF, pflB, pps, poxB и frdABCD .

Производство сукцината

Сукцинат является промежуточным звеном цикла лимонной кислоты и конечным продуктом дыхания, если E. coli растет анаэробно с фумаратом в качестве концевого акцептора электронов (Ingledew and Poole, 1984). Клетки дикого типа продуцируют незначительные количества сукцината в условиях ферментации (0,15 г / г глюкозы) (Kim et al., 2004). Теоретический максимум образования сукцината, основанный на балансе углерода, составляет 1,3 г сукцината / г глюкозы (2 моль / моль), поскольку карбоксилирование фосфоенолпирувата (PEP) до оксалоацетата с помощью PEP-карбоксилазы является этапом связывания диоксида углерода.Такой выход не может быть достигнут из-за баланса электронов и АТФ смешанно-кислотного пути ферментации (рис. 1). Превращение глюкозы в две молекулы PEP не приводит к чистому производству АТФ, поскольку две молекулы необходимы для активации глюкозы до фруктозо-1,6-бисфосфата, которые образуются при превращении 1,3-бисфосфоглицерата в 3-бисфосфат. фосфоглицерат (рисунок 1). Кроме того, производство двух PEP из одной молекулы глюкозы приводит к производству только двух молекул NADH вместо четырех.

Тем не менее, ранние эксперименты Милларда и др. (1996) нацелены на сверхэкспрессию фосфоенолпируваткарбоксилазы и привели к увеличению выхода сукцината до 0,29 г / г глюкозы. Миллард и др. (1996) также предположили, что удаление лактатдегидрогеназы может в дальнейшем привести к увеличению продукции янтарной кислоты. Следовательно, Stols и Donnelly (1997) удалили гены лактатдегидрогеназы и пируватформиатлиазы ( ldhA и pflB ) с целью избежать синтеза побочных продуктов смешанно-кислотного брожения.Этот штамм плохо рос в бескислородных условиях на глюкозе (Bunch et al., 1997) и показал высокие внутриклеточные отношения NADH / NAD ⁺ (Singh et al., 2009). Тем не менее, рост в бескислородных условиях может быть восстановлен за счет сверхэкспрессии НАДН-зависимого яблочного фермента (превращения пирувата в малат) и доступности CO ₂ (Stols and Donnelly, 1997; Hong and Lee, 2001). Новый метаболический путь от пирувата до малата, скорее всего, восполняет необходимый кофактор NAD ⁺ и позволяет производить АТФ из PEP.Повышенные уровни CO ₂ поддерживают не только PEP-карбоксилазу, но и активность яблочного фермента (Cook, 1983). В результате была получена янтарная кислота с выходом 0,64 г / г глюкозы. В более поздних экспериментах было обнаружено, что фенотип штамма Δ ldhA Δ pfl также может быть спасен спонтанной мутацией (Donnelly et al., 1998). Эта мутация позже была картирована в гене транспорта глюкозы ptsG (Escalante et al., 2012). Транспорт и фосфорилирование глюкозы возможны даже в отсутствие ptsG , поскольку две другие системы кодируются в E.coli (рисунок 1). Причина, по которой делеция ptsG может спасти фенотип мутанта с делецией ldhA pfl , еще не совсем ясна. Одна из гипотез состоит в том, что довольно неспецифический импорт через другие системы приводит к снижению скорости поглощения. Следовательно, это может привести к более медленному образованию промежуточных продуктов гликолиза и тем самым предотвратить накопление высоких концентраций НАДН до того, как оксалоацетат восстановится до сукцината.

Другие исследовательские группы пытались увеличить производство янтарной кислоты, используя подходы гетерологичной экспрессии.Kim et al. (2004) экспрессировали фосфоенолпируваткарбоксикиназу (PEP + ADP + P _i + CO ₂ → оксалоацетат + АТФ) из Actinobacillus succinogenes в E. coli , дефицитном по фосфоенолпируват-карбоксилазе , тем самым продукция сукцината увеличилась примерно в два раза (0,26 г / г глюкозы). Из-за многообещающих результатов с этим ферментом Singh et al. (2011) использовали штамм E. coli AFP111 (Δ ldhA Δ pflB Δ ptsG ), удалили ppc и дополнили штамм вышеупомянутым ферментом из A.сукциногены . В результате скорость образования янтарной кислоты, а также продукции биомассы по сравнению с тройным мутантом Δ ldhA Δ pflB Δ ptsG может быть увеличена при двухфазной ферментации до 50%, но сукцинат выход остался на уровне 0,66 г сукцината / г глюкозы. Сингх и его коллеги попытались дополнительно увеличить продукцию сукцината путем делеции генов, кодирующих ацетаткиназу ( ackA ) и фосфотрансацетилазу ( pta ).Однако полученный мутант не рос в микрококсических или бескислородных условиях, что может быть связано с накоплением ацетил-КоА (Singh et al., 2011). Тем не менее, Vemuri et al. (2002) использовали штамм AFP111 и смогли получить выход сукцината 0,96 г сукцината / г глюкозы за счет сочетания сверхэкспрессии гена pyc (пируваткарбоксилазы из Rhizobium etli ) в Δ ldhA , Δ pfl , и штамм Δ ptsG с двухфазной ферментацией.

Проблема плохого роста в результате делеции ackA и pta , наблюдаемая Singh и коллегами, была решена Sanchez et al. (2005). Авт. Активировали поток ацетил-КоА через глиоксилатный путь путем делеции iclR , который кодирует репрессор транскрипции генов обхода глиоксилата. Еще одним преимуществом этого второго метаболического пути является то, что необходима только одна молекула НАДН на сукцинат, но это имеет недостаток, заключающийся в потере одного атома углерода при декарбоксилировании пирувата.Тем не менее, сконструированный штамм Δ ldhA , Δ adhE и Δ ack-pta , который гетерологично экспрессировал вышеупомянутый ген pyc , продуцировал в среде LB сукцинат с выходом более 1 г сукцината. / г глюкозы. Этот штамм недавно был дополнительно улучшен путем совместной экспрессии формиатдегидрогеназы из Candida boindii (Balzer et al., 2013). Эта активность фермента привела к снижению продукции формиата и увеличению доступного пула НАДН.Следовательно, глюкоза потреблялась быстрее, в ферментационном бульоне было обнаружено меньше побочных продуктов, а сукцинат производился из глюкозы с выходом 1,1 г / г.

Заключение и прогноз

После десятилетий прикладных исследований E. coli было разработано множество штаммов, которые позволяют производить конечные продукты смешанно-кислотного брожения с высокими выходами. Решающим и ограничивающим фактором в отношении спектра веществ, производимых в ферментативных условиях, является окислительно-восстановительный баланс.До сих пор несбалансированная ферментация была показана только с использованием кислорода в качестве акцептора электронов, но без окислительного фосфорилирования с использованием частичной делеции АТФазы. Дальнейшие разработки в этой области кажутся необходимыми, чтобы расширить спектр веществ, которые могут производиться в бескислородных условиях, и тем самым повысить эффективность за счет минимального производства биомассы и затрат энергии. Интересный подход был недавно продемонстрирован Flynn et al. (2010). Они использовали анод в микробном топливном элементе в качестве акцептора для избытка электронов.Электроды — это неисчерпаемые акцепторы электронов. Их нельзя исчерпать. Следовательно, анодный перенос электронов может быть устойчивым процессом для расширения спектра производимых веществ. К сожалению, микробные топливные элементы требуют определенных цепей переноса электронов к поверхности клетки. Тем не менее, проницаемые для клеток электронные носители, такие как нейтральный красный или метиленовый синий, также могут связывать метаболизм других микроорганизмов с анодным восстановлением.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарны Министерству образования и исследований Германии за финансовую поддержку в рамках программы «BioEnergie 2021» (грант № 03SF0382).

Список литературы

Алексеева, С., Хеллингверф, К. Дж., И Тейшейра де Маттос, М. Дж. (2003). Требование ArcA для регуляции окислительно-восстановительного потенциала в Escherichia coli в микроаэробных, но не анаэробных или аэробных условиях. J. Bacteriol. 185, 204–209.DOI: 10.1128 / JB.185.1.204-209.2003

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Alterthum, F., and Ingram, L.O. (1989). Эффективное производство этанола из глюкозы, лактозы и ксилозы рекомбинантной Escherichia coli . заявл. Environ. Microbiol. 55, 1943–1948.

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст

Бальцер, Г. Дж., Таккер, К., Беннет, Г. Н., Сан, К. Ю. (2013). Метаболическая инженерия Escherichia coli для минимизации побочного продукта формиата и повышения продуктивности сукцината за счет увеличения доступности НАДН за счет гетерологичной экспрессии НАД (+) — зависимой формиатдегидрогеназы. Metab. Англ. 20, 1–8. DOI: 10.1016 / j.ymben.2013.07.005

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Беккер, М. С., Алексеева, В., Лаан, Г., Соерс, Г., Тейшейра де Маттос, Дж., И Хеллингверф, К. (2010). Двухкомпонентная система ArcBA Escherichia coli регулируется окислительно-восстановительным состоянием как убихинона, так и пула менахинона. J. Bacteriol. 192, 746–754. DOI: 10.1128 / JB.01156-09

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Букет, П.К., Мат-Ян Ф., Ли Н. и Кларк Д. П. (1997). Ген ldhA , кодирующий ферментативную лактатдегидрогеназу Escherichia coli . Микробиология 143 (Pt 1), 187–195. DOI: 10.1099 / 00221287-143-1-187

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Кози, Т. Б., Шанмугам, К. Т., Йомано, Л. П., и Инграм, Л. О. (2004). Разработка Escherichia coli для эффективного преобразования глюкозы в пируват. Proc. Natl. Акад. Sci. США 101, 2235–2240. DOI: 10.1073 / pnas.0308171100

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Кози, Т. Б., Чжоу, С., Шанмугам, К. Т., и Инграм, Л. О. (2003). Разработка метаболизма Escherichia coli W3110 для преобразования сахара в окислительно-восстановительные и окисленные продукты: производство гомоацетата. Proc. Natl. Акад. Sci. США 100, 825–832. DOI: 10.1073 / pnas.0337684100

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Чанг, Д.Э., Юнг, Х. С., Ри, Дж. С. и Пан, Дж. Г. (1999). Гомоферментативная продукция D- или L-лактата в метаболически сконструированной Escherichia coli RR1. заявл. Environ. Microbiol. 65, 1384–1389.

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст

Кларк, Д. П. (1989). Пути ферментации Escherichia coli . FEMS Microbiol. Ред. 5, 223–234. DOI: 10.1016 / 0168-6445 (89)

-8

CrossRef Полный текст

Константиниду, К., Hobman, J. L., Griffiths, L., Patel, M. D., Penn, C. W., Cole, J. A., et al. (2006). Переоценка регулона FNR и транскриптомный анализ эффектов нитрата, нитрита, NarXL и NarQP, поскольку Escherichia coli K12 адаптируется от аэробного к анаэробному росту. J. Biol. Chem. 281, 4802–4815. DOI: 10.1074 / jbc.M512312200

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Конвей, Т., Осман, Ю.А., Коннан, Дж. И., Хоффманн, Э.М., и Ингрэм, Л. О. (1987). Промоторные и нуклеотидные последовательности пируватдекарбоксилазы Zymomonas mobilis . J. Bacteriol. 169, 949–954.

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст

Кук, Р. А. (1983). Определенные конформационные состояния, индуцированные металлическими кофакторами в NAD-специфическом яблочном ферменте Escherichia coli , как показали исследования протеолиза. Биохим. Биофиз. Acta 749, 198–203. DOI: 10.1016 / 0167-4838 (83) -4

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

да Силва, Г.П., Мак, М., Контьеро, Дж. (2009). Глицерин: многообещающий и обильный источник углерода для промышленной микробиологии. Biotechnol. Adv. 27, 30–39. DOI: 10.1016 / j.biotechadv.2008.07.006

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

де Граеф, М. Р., Алексеева, С., Сноп, Дж. Л., и Тейшейра де Маттос, М. Дж. (1999). Устойчивое внутреннее окислительно-восстановительное состояние (НАДН / НАД) отражает внешнее окислительно-восстановительное состояние и коррелирует с катаболической адаптацией у Escherichia coli . J. Bacteriol. 181, 2351–2357.

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст

Дхармади Ю., Мурарка А. и Гонсалес Р. (2006). Анаэробная ферментация глицерина Escherichia coli : новая платформа для метаболической инженерии. Biotechnol. Bioeng. 94, 821–829. DOI: 10.1002 / бит. 21025

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Дин Б.С., Николс Н.Н. и Ботаст Р.Дж. (2001). Рекомбинантная Escherichia coli разработана для производства L-молочной кислоты из гексозных и пентозных сахаров. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 27, 259–264. DOI: 10.1038 / sj.jim.7000195

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Доннелли М.И., Миллард С.С., Кларк Д.П., Чен М.Дж. и Ратке Дж. У. (1998). Новый путь ферментации в мутанте Escherichia coli , продуцирующем янтарную кислоту, уксусную кислоту и этанол. заявл. Biochem. Biotechnol. 70-72, 187–198. DOI: 10.1007 / BF02

5

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Эскаланте А., Сервантес А. С., Госсет Г. и Боливар Ф. (2012). Современные знания о системе фосфоенолпируват-углевод-фосфотрансфераза Escherichia coli : особенности регуляции и влияние на рост и образование продуктов. заявл. Microbiol. Biotechnol. 94, 1483–1494. DOI: 10.1007 / s00253-012-4101-5

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Флинн, Дж. М., Росс, Д. Э., Хант, К. А., Бонд, Д. Р., и Гралник, Дж. А. (2010). Обеспечение несбалансированной ферментации с помощью искусственно созданных бактерий, взаимодействующих с электродом. MBio 1, e190 – e110. DOI: 10.1128 / mBio.00190-10

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Geddes, C.C., Mullinnix, M.T., Nieves, I.U., Peterson, J.J., Hoffman, R. W., York, S. W. и др. (2011). Упрощенный процесс производства этанола из жома сахарного тростника с использованием устойчивого к гидролизату штамма Escherichia coli MM160. Биоресурсы. Technol. 102, 2702–2711. DOI: 10.1016 / j.biortech.2010.10.143

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Джорджеллис Д., Квон О. и Лин Э. К. (1999). Усиление сигнальной активности дуговой двухкомпонентной системы Escherichia coli за счет анаэробных метаболитов.Исследование in vitro с различными белковыми модулями. J. Biol. Chem. 274, 35950–35954. DOI: 10.1074 / jbc.274.50.35950

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Джорджеллис Д., Линч А. С. и Лин Э. С. (1997). Исследование фосфорилирования in vitro двухкомпонентной системы передачи сигнала дуги Escherichia coli . J. Bacteriol. 179, 5429–5435.

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст

Гонсалес, Р., Мурарка А., Дхармади Ю. и Яздани С. С. (2008). Новая модель анаэробной ферментации глицерина в кишечных бактериях: ствол и вспомогательные пути в Escherichia coli . Metab. Англ. 10, 234–245. DOI: 10.1016 / j.ymben.2008.05.001

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Грабар, Т. Б., Чжоу, С., Шанмугам, К. Т., Йомано, Л. П., и Инграм, Л. О. (2006). Обход метилглиоксаля идентифицирован как источник хирального загрязнения при ферментации l (+) и d (-) — лактата рекомбинантной Escherichia coli . Biotechnol. Lett. 28, 1527–1535. DOI: 10.1007 / s10529-006-9122-7

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Гансалус, Р. П., и Парк, С. Дж. (1994). Аэробно-анаэробная регуляция гена в Escherichia coli : контроль регулонами ArcAB и Fnr. Res. Microbiol. 145, 437–450. DOI: 10.1016 / 0923-2508 (94) -2

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Густавссон, Н., Diez, A., and Nystrom, T. (2002). Универсальные паралоги стрессового белка Escherichia coli скоординированно регулируются и взаимодействуют в защите от повреждений ДНК. Мол. Microbiol. 43, 107–117. DOI: 10.1046 / j.1365-2958.2002.02720.x

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Haugaard, N. (1959). Оксидазы D- и L-молочной кислоты Escherichia coli . Биохим. Биофиз. Acta 31, 66–72.DOI: 10.1016 / 0006-3002 (59)

-1

CrossRef Полный текст

Heermann, R., Weber, A., Mayer, B., Ott, M., Hauser, E., Gabriel, G., et al. (2009). Универсальный стрессовый белок UspC является каркасом для сигнального каскада KdpD / KdpE Escherichia coli в условиях солевого стресса. J. Mol. Биол. 386, 134–148. DOI: 10.1016 / j.jmb.2008.12.007

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Хемсворт, Г. Р., Хенриссат, Б., Дэвис, Дж. Дж., И Уолтон, П. Х. (2014). Открытие и характеристика нового семейства литических полисахаридных монооксигеназ. Nat. Chem. Биол. 10, 122–126. DOI: 10.1038 / nchembio.1417

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Хильдебранд, А., Шлакта, Т., Вармак, Р., Касуга, Т., и Фан, З. (2013). Разработка Escherichia coli для улучшения производства этанола из глюконата. J. Biotechnol. 168, 101–106.DOI: 10.1016 / j.jbiotec.2013.07.033

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Хонг, С. Х., и Ли, С. Ю. (2001). Анализ метаболического потока для продукции янтарной кислоты рекомбинантной Escherichia coli с усиленной активностью яблочного фермента. Biotechnol. Bioeng. 74, 89–95. DOI: 10.1002 / бит 1098

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Хантер И.С., Корнберг Х.Л. (1979). Транспорт глюкозы Escherichia coli , выращиваемый в непрерывной культуре с ограничением глюкозы. Biochem. J. 178, 97–101.

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст

Ингледью У. Дж. И Пул Р. К. (1984). Дыхательные цепи Escherichia coli . Microbiol. Ред. 48, 222–271.

Ингрэм, Л. О., Конвей, Т., Кларк, Д. П., Сьюэлл, Г. У., и Престон, Дж. Ф. (1987). Генная инженерия производства этанола в Escherichia coli . заявл. Environ. Microbiol. 53, 2420–2425.

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст

Ючи, С., и Лин, Э.С. (1988). arcA ( краситель ), глобальный регуляторный ген в Escherichia coli , опосредующий репрессию ферментов в аэробных путях. Proc. Natl. Акад. Sci. США 85, 1888–1892. DOI: 10.1073 / pnas.85.6.1888

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Юти, С., Мацуда, З., Фудзивара, Т., и Лин, Э.С. (1990). Ген arcB из Escherichia coli кодирует белок-сенсор-регулятор для анаэробной репрессии дугового модуля. Мол. Microbiol. 4, 715–727. DOI: 10.1111 / j.1365-2958.1990.tb00642.x

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Jahreis, K., Bentler, L., Bockmann, J., Hans, S., Meyer, A., Siepelmeyer, J., et al. (2002). Адаптация метаболизма сахарозы в штамме Escherichia coli дикого типа EC3132. J. Bacteriol. 184, 5307–5316. DOI: 10.1128 / JB.184.19.5307-5316.2002

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Джервис, А. Дж., Крэк, Дж. К., Уайт, Г., Артимюк, П. Дж., Чизман, М. Р., Томсон, А. Дж. И др. (2009). Чувствительность к O2 фактора транскрипции FNR контролируется Ser24, модулирующим кинетику преобразования [4Fe-4S] в [2Fe-2S]. Proc. Natl. Акад. Sci. США 106, 4659–4664. DOI: 10.1073 / pnas.0804943106

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ким, Н.Дж., Ли, Х., Юнг, К., Чанг, Х. Н., и Ли, П. К. (2011). Производство этанола из гидролизатов морских водорослей с использованием Escherichia coli KO11. Биоресурсы. Technol. 102, 7466–7469. DOI: 10.1016 / j.biortech.2011.04.071

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ким П., Лайвениекс М., Вьей К. и Зейкус Дж. Г. (2004). Эффект сверхэкспрессии Actinobacillus succinogenes фосфоенолпируваткарбоксикиназы на продукцию сукцината в Escherichia coli . заявл. Environ. Microbiol. 70, 1238–1241. DOI: 10.1128 / AEM.70.2.1238-1241.2004

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ким Ю., Ингрэм Л. О. и Шанмугам К. Т. (2007). Конструирование мутанта Escherichia coli K-12 для гомоэтанологической ферментации глюкозы или ксилозы без чужеродных генов. заявл. Environ. Microbiol. 73, 1766–1771. DOI: 10.1128 / AEM.02456-06

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Китамура, Ю., Abe, Y., and Yasui, T. (1991). Метаболизм левоглюкозана (1,6-ангидро-бета-D-глюкопираноза) в микроорганизмах. Agric. Биол. Chem. 55, 515–521. DOI: 10.1271 / bbb1961.55.515

CrossRef Полный текст

Клайн, Э. С., и Малер, Х. Р. (1965). Молочнокислые дегидрогеназы E. coli . Ann. Акад. Sci. 119, 905–919. DOI: 10.1111 / j.1749-6632.1965.tb47451.x

CrossRef Полный текст

Knappe, J., Блашковски, Х. П., Гробнер, П., и Шмитт, Т. (1974). Пируватформиатлиаза Escherichia coli : промежуточный ацетил-фермент. евро. J. Biochem. 50, 253–263. DOI: 10.1111 / j.1432-1033.1974.tb03894.x

CrossRef Полный текст

Корнер, Х., София, Х. Дж. И Цумфт, В. Г. (2003). Филогения бактериального суперсемейства регуляторов транскрипции Crp-Fnr: использование метаболического спектра путем контроля альтернативных генных программ. FEMS Microbiol.Ред. 27, 559–592. DOI: 10.1016 / S0168-6445 (03) 00066-4

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Квон, О., Джорджеллис, Д., Линч, А.С., Бойд, Д., и Лин, Е.С. (2000). Сенсорная киназа ArcB из Escherichia coli : генетическое исследование трансмембранной области. J. Bacteriol. 182, 2960–2966. DOI: 10.1128 / JB.182.10.2960-2966.2000

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Лейтон, Д.С., Аджарапу, А., Чой, Д. В., и Джарбо, Л. Р. (2011). Инженерный этанологический препарат Escherichia coli для утилизации левоглюкозана. Биоресурсы. Technol. 102, 8318–8322. DOI: 10.1016 / j.biortech.2011.06.011

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Лазаззера Б. А., Бейнерт Х., Хорошилова Н., Кеннеди М. К. и Кили П. Дж. (1996). Связывание ДНК и димеризация Fe-S-содержащего белка FNR из Escherichia coli регулируются кислородом. J. Biol. Chem. 271, 2762–2768. DOI: 10.1074 / jbc.271.5.2762

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Лю X., Пена Сандовал Г. Р., Ваннер Б. Л., Юнг В. С., Джорджеллис Д. и Квон О. (2009). Доказательства против физиологической роли ацетилфосфата в фосфорилировании регулятора ответа ArcA в Escherichia coli . J. Microbiol. 47, 657–662. DOI: 10.1007 / s12275-009-0087-9

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Луи, К., Чанг, А.С., и Лу, С. (2009). Роль двухкомпонентной системы ArcAB в устойчивости Escherichia coli к реактивному кислородному стрессу. BMC Microbiol. 9: 183. DOI: 10.1186 / 1471-2180-9-183

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Линд, Л. Р., Веймер, П. Дж., Ван Зил, В. Х. и Преториус, И. С. (2002). Утилизация микробной целлюлозы: основы и биотехнология. Microbiol. Мол. Биол. Ред. 66, 506–577.DOI: 10.1128 / MMBR.66.4.739.2002

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Мальпика Р., Сандовал Г. Р. П., Родригес К., Франко Б. и Джорджеллис Д. (2006). Передача сигналов от двухкомпонентной системы arc обеспечивает связь между окислительно-восстановительным состоянием хинонового пула и экспрессией генов. Антиоксид. Редокс-сигнал. 8, 781–795. DOI: 10.1089 / ars.2006.8.781

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Мазумдар, С., Blankschien, M.D., Clomburg, J.M., и Gonzales, R. (2013). Эффективный синтез L-молочной кислоты из глицерина с помощью метаболической инженерии Escherichia coli . Microb. Cell Fact. 12, 7. DOI: 10.1186 / 1475-2859-12-7

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Миллард, С. С., Чао, Ю. П., Ляо, Дж. К. и Доннелли, М. И. (1996). Повышенное производство янтарной кислоты за счет сверхэкспрессии фосфоенолпируваткарбоксилазы в Escherichia coli . заявл. Environ. Microbiol. 62, 1808–1810.

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст

Муньос-Гутьеррес И., Оропеза Р., Госсет Г. и Мартинес А. (2012). Отображение на клеточной поверхности бета-глюкозидазы с использованием системы секреции типа V на этанологенном Escherichia coli для ферментации целлобиозы до этанола. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 39, 1141–1152. DOI: 10.1007 / s10295-012-1122-0

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Охта, К., Beall, D. S., Mejia, J. P., Shanmugam, K. T., and Ingram, L.O. (1991). Генетическое улучшение Escherichia coli для производства этанола: хромосомная интеграция генов Zymomonas mobilis , кодирующих пируватдекарбоксилазу и алкогольдегидрогеназу II. заявл. Environ. Microbiol. 57, 893–900.

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст

Петтинари М. Дж., Никель П. И., Руис Дж. А. и Мендес Б. С. (2008). Редокс-мутанты ArcA как источник восстановленных биопродуктов. J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 15, 41–47. DOI: 10.1159 / 000111991

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Prohl, C., Wackwitz, B., Vlad, D., and Unden, G. (1998). Функциональный цикл лимонной кислоты в мутанте arcA из Escherichia coli во время роста с нитратом в бескислородных условиях. Arch. Microbiol. 170, 1–7. DOI: 10.1007 / s002030050608

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Первис, Дж.Э., Йомано, Л. П., и Ингрэм, Л. О. (2005). Повышенное производство трегалозы улучшает рост Escherichia coli при осмотическом стрессе. заявл. Environ. Microbiol. 71, 3761–3769. DOI: 10.1128 / AEM.71.7.3761-3769.2005

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Цинь, Х., Гонг, С.С., Ге, X.Y., и Чжан, В.Г. (2012). Влияние температуры на продукцию L-молочной кислоты и распределение метаболитов Lactobacillus casei . Prep. Biochem. Biotechnol. 42, 564–573. DOI: 10.1080 / 10826068.2012.665114

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Перепел, М. А., Хейдон, Д. Дж., И Гест, Дж. Р. (1994). Оперон pdhR — aceEF — lpd из Escherichia coli экспрессирует комплекс пируватдегидрогеназы. Мол. Microbiol. 12, 95–104. DOI: 10.1111 / j.1365-2958.1994.tb00998.x

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Рихтер, К.и Гешер Дж. (2012). Набор молекулярных инструментов для хромосомной гетерологичной мультипротеиновой экспрессии в Escherichia coli . Biochem. Soc. Пер. 40, 1222–1226. DOI: 10.1042 / BST20120143

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Рихтер, К., Гешер, Дж. (2014). Ускоренная ферментация глицерина в Escherichia coli с использованием потребления метаногенного формиата. Биоресурсы. Technol. 162, 389–391.DOI: 10.1016 / j.biortech.2014.04.011

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Рю, С., Карим, М. Н. (2011). Цельноклеточный биокатализатор для производства целлюлозного этанола из гидролизатов кукурузной соломы, предварительно обработанных разбавленной кислотой. заявл. Microbiol. Biotechnol. 91, 529–542. DOI: 10.1007 / s00253-011-3261-z

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Саха, Б. К., и Котта, М. А. (2011).Непрерывное производство этанола из гидролизата соломы пшеницы рекомбинантным этанологическим штаммом Escherichia coli FBR5. заявл. Microbiol. Biotechnol. 90, 477–487. DOI: 10.1007 / s00253-010-3082-5

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Саха, Б. К., Николс, Н. Н., Котта, М. А. (2011). Производство этанола из соломы пшеницы рекомбинантным штаммом Escherichia coli FBR5 при высокой твердой загрузке. Биоресурсы.Technol. 102, 10892–10897. DOI: 10.1016 / j.biortech.2011.09.041

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Лосось, К., Хунг, С. П., Мекджиан, К., Балди, П., Хэтфилд, Г. У., и Гансалус, Р. П. (2003). Глобальный профиль экспрессии генов в Escherichia coli K12. Влияние доступности кислорода и FNR. J. Biol. Chem. 278, 29837–29855. DOI: 10.1074 / jbc.M213060200

CrossRef Полный текст

Лосось, К.A., Hung, S.P., Steffen, N.R., Krupp, R., Baldi, P., Hatfield, G.W. и др. (2005). Глобальный профиль экспрессии генов в Escherichia coli K12: влияние доступности кислорода и ArcA. J. Biol. Chem. 280, 15084–15096. DOI: 10.1074 / jbc.M414030200

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Санчес А. М., Беннетт Г. Н. и Сан К. Ю. (2005). Новый инженерный дизайн пути анаэробного центрального метаболического пути в Escherichia coli для увеличения выхода сукцината и продуктивности. Metab. Англ. 7, 229–239. DOI: 10.1016 / j.ymben.2005.03.001

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Соерс, Г., и Суппманн, Б. (1992). Анаэробная индукция экспрессии гена пируватформиат-лиазы опосредуется белками ArcA и FNR. J. Bacteriol. 174, 3474–3478.

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст

Шалель-Леванон, С., Сан, К. Ю., Беннет, Г. Н. (2005). Влияние ArcA и FNR на экспрессию генов, связанных с регуляцией кислорода и путем гликолиза в Escherichia coli в условиях микроаэробного роста. Biotechnol. Bioeng. 92, 147–159. DOI: 10.1002 / bit.20583

CrossRef Полный текст

Шукла, В. Б., Чжоу, С., Йомано, Л. П., Шанмугам, К. Т., Престон, Дж. Ф., и Ингрэм, Л. О. (2004). Производство D (-) — лактата из сахарозы и патоки. Biotechnol. Lett. 26, 689–693. DOI: 10.1023 / B: BILE.0000024088.36803.4e

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Сингх, А., Шер Со, К., Хатзиманикатис, В., и Гилл, Р. Т. (2011). Манипулирование окислительно-восстановительным потенциалом и балансировкой АТФ для улучшения производства сукцината в E. coli . Metab. Англ. 13, 76–81. DOI: 10.1016 / j.ymben.2010.10.006

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Steinsiek, S., and Bettenbrock, K. (2012). Транспорт глюкозы в мутантных штаммах Escherichia coli с дефектами в системах транспорта сахара. J. Bacteriol. 194, 5897–5908. DOI: 10.1128 / JB.01502-12

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Столс Л. и Доннелли М. И. (1997). Производство янтарной кислоты за счет сверхэкспрессии НАД (+) — зависимого яблочного фермента в мутанте Escherichia coli . заявл. Environ. Microbiol. 63, 2695–2701.

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст

Тао, Х., Гонсалес, Р., Мартинес, А., Родригес, М., Инграм, Л. О., Престон, Дж.F., et al. (2001). Разработка пути гомоэтанола в Escherichia coli : повышенный гликолитический поток и уровни экспрессии гликолитических генов во время ферментации ксилозы. J. Bacteriol. 183, 2979–2988. DOI: 10.1128 / JB.183.10.2979-2988.2001

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Тарми, Э. М., и Каплан, Н. О. (1968). Химическая характеристика D-лактатдегидрогеназы из Escherichia coli B. J. Biol. Chem. 243, 2579–2586.

Тоя Ю., Накахигаши К., Томита М. и Симидзу К. (2012). Анализ метаболической регуляции дикого типа и мутанта arcA Escherichia coli в нитратных условиях с использованием различных уровней данных omics. Мол. Биосист. 8, 2593–2604. DOI: 10.1039 / c2mb25069a

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Трчунян, К., Пинске, К., Саверс, Р.Г., Трчунян А. (2012). Характеристика распределения Escherichia coli [NiFe] -гидрогеназы во время ферментативного роста при различных pH. Cell Biochem. Биофиз. 62, 433–440. DOI: 10.1007 / s12013-011-9325-y

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Трчунян К., Трчунян А. (2013). Множественные [Ni-Fe] -гидрогеназы Escherichia coli чувствительны к осмотическому стрессу во время ферментации глицерина, но при разных значениях pH. FEBS Lett. 587, 3562–3566. DOI: 10.1016 / j.febslet.2013.09.016

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Trinh, C. T., and Srienc, F. (2009). Метаболическая инженерия Escherichia coli для эффективного преобразования глицерина в этанол. заявл. Environ. Microbiol. 75, 6696–6705. DOI: 10.1128 / AEM.00670-09

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Trinh, C.Т., Унреан П. и Шриенк Ф. (2008). Минимальная клетка Escherichia coli для наиболее эффективного производства этанола из гексоз и пентоз. заявл. Environ. Microbiol. 74, 3634–3643. DOI: 10.1128 / AEM.02708-07

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Троттер, Э. У., Рольф, М. Д., Хаунслоу, А. М., Крейвен, К. Дж., Уильямсон, М. П., Сангинетти, Г. и др. (2011). Перепрограммирование метаболизма Escherichia coli K-12 во время начальной фазы перехода от анаэробной к микроаэробной среде. PLoS ONE 6: e25501. DOI: 10.1371 / journal.pone.0025501

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Тернер, П. К., Йомано, Л. П., Джарбо, Л. Р., Йорк, С. В., Баггет, К. Л., Мориц, Б. Е. и др. (2012). Оптическое картирование и секвенирование генома Escherichia coli KO11 выявили обширные хромосомные перестройки и множественные тандемные копии генов Zymomonas mobilis pdc и adhB. J. Ind. Microbiol.Biotechnol. 39, 629–639. DOI: 10.1007 / s10295-011-1052-2

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Унден, Г., Беккер, С., Бонгаертс, Дж., Холигхаус, Г., Ширавски, Дж. И Сикс, С. (1995). O2-сенсорная и O2-зависимая регуляция генов у факультативно анаэробных бактерий. Arch. Microbiol. 164, 81–90. DOI: 10.1007 / s002030050238

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Унден, Г.и Bongaerts, J. (1997). Альтернативные дыхательные пути Escherichia coli : энергетика и регуляция транскрипции в ответ на акцепторы электронов. Биохим. Биофиз. Acta 1320, 217–234. DOI: 10.1016 / S0005-2728 (97) 00034-0

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Vaaje-Kolstad, G., Westereng, B., Horn, S.J., Liu, Z., Zhai, H., Sørlie, M., et al. (2010). Окислительный фермент, усиливающий ферментативное превращение устойчивых полисахаридов. Наука 330, 219–222. DOI: 10.1126 / science.11

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

van Niel, E. W. J., and Hahn-Hagerdal, B. (1999). Потребность лактококков в питательных веществах в определенных питательных средах. заявл. Microbiol. Biotechnol. 52, 617–627. DOI: 10.1007 / s002530051569

CrossRef Полный текст

Вемури, Г. Н., Эйтман, М. А., и Альтман, Э. (2002). Влияние режима роста и пируваткарбоксилазы на продукцию янтарной кислоты метаболически модифицированными штаммами Escherichia coli . заявл. Environ. Microbiol. 68, 1715–1727. DOI: 10.1128 / AEM.68.4.1715-1727.2002

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Wang, X., Yomano, L.P., Lee, J.Y., York, S.W., Zheng, H., Mullinnix, M.T., et al. (2013). Инженерная устойчивость к фурфуролу в Escherichia coli улучшает ферментацию лигноцеллюлозных сахаров в возобновляемые химические вещества. Proc. Natl. Акад. Sci. США 110, 4021–4026. DOI: 10.1073 / pnas.1217958110

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Wang, Y., Tian, ​​T., Zhao, J., Wang, J., Yan, T., Xu, L., et al. (2012). Гомоферментативное производство D-молочной кислоты из сахарозы с помощью метаболически модифицированной Escherichia coli . Biotechnol. Lett. 34, 2069–2075. DOI: 10.1007 / s10529-012-1003-7

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ви, Ю. Дж., Ким, Дж. Н., и Рю, Х. В. (2006). Биотехнологическое производство молочной кислоты и ее недавнее применение. Food Technol. Biotechnol. 44, 163–172.

Вудрафф, Л. Б., Бойл, Н. Р., Гилл, Р. Т. (2013). Разработка улучшенного производства этанола в Escherichia coli с использованием общегеномного подхода. Metab. Англ. 17, 1–11. DOI: 10.1016 / j.ymben.2013.01.006

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Йомано, Л.П., Йорк, С. В., и Ингрэм, Л. О. (1998). Выделение и характеристика толерантных к этанолу мутантов Escherichia coli KO11 для производства топливного этанола. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 20, 132–138. DOI: 10.1038 / sj.jim.26

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Йомано, Л. П., Йорк, С. В., Шанмугам, К. Т., и Ингрэм, Л. О. (2009). Делеция гена метилглиоксальсинтазы ( mgsA ) увеличивала совместный метаболизм сахара в образующих этанол Escherichia coli . Biotechnol. Lett. 31, 1389–1398. DOI: 10.1007 / s10529-009-0011-8

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Йомано, Л. П., Йорк, С. В., Чжоу, С., Шанмугам, К. Т., и Инграм, Л. О. (2008). Реконструкция Escherichia coli для производства этанола. Biotechnol. Lett. 30, 2097–2103. DOI: 10.1007 / s10529-008-9821-3

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Чжао, Дж., Xu, L., Wang, Y., Zhao, X., Wang, J., Garza, E., et al. (2013). Гомоферментативное производство оптически чистой L-молочной кислоты из ксилозы с помощью генной инженерии Escherichia coli B. Microb. Cell Fact. 12, 57. doi: 10.1186 / 1475-2859-12-57

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Чжоу, С., Айверсон, А. Г., и Грейберн, В. С. (2008). Разработка нативного пути гомоэтанола в Escherichia coli B для производства этанола. Biotechnol. Lett. 30, 335–342. DOI: 10.1007 / s10529-007-9544-x

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Чжоу, С., Шанмугам, К. Т., и Инграм, Л. О. (2003). Функциональная замена гена Escherichia coli D — (-) — лактатдегидрогеназы ( ldhA ) на ген L — (+) — лактатдегидрогеназы ( ldhL ) из Pediococcus acidilactici . заявл. Environ. Microbiol. 69, 2237–2244.DOI: 10.1128 / AEM.69.4.2237-2244.2003

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Чжоу, С., Шанмугам, К. Т., Йомано, Л. П., Грабар, Т. Б., и Инграм, Л. О. (2006). Ферментация 12% (мас. / Об.) Глюкозы до 1,2 М лактата штаммом Escherichia coli SZ194 с использованием среды с минеральными солями. Biotechnol. Lett. 28, 663–670. DOI: 10.1007 / s10529-006-0032-5

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Чжоу, С., Йомано, Л. П., Шанмугам, К. Т., и Инграм, Л. О. (2005). Ферментация 10% (мас. / Об.) Сахара до D: (-) — лактата с помощью сконструированной Escherichia coli B. Biotechnol. Lett. 27, 1891–1896. DOI: 10.1007 / s10529-005-3899-7

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Чжу Ю., Эйтман М. А., ДеВитт К. и Альтман Э. (2007). Ферментация гомолактата метаболически модифицированными штаммами Escherichia coli . заявл.Environ. Microbiol. 73, 456–464. DOI: 10.1128 / AEM.02022-06

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
  Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
  браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
  Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Экскреция | биология | Британника

Полная статья

Экскреция , процесс, с помощью которого животные избавляются от продуктов жизнедеятельности и азотистых побочных продуктов обмена веществ. Через экскрецию организмы контролируют осмотическое давление — баланс между неорганическими ионами и водой — и поддерживают кислотно-щелочной баланс. Таким образом, этот процесс способствует гомеостазу, постоянству внутренней среды организма.

Каждый организм, от мельчайших простейших до самых крупных млекопитающих, должен избавляться от потенциально вредных побочных продуктов собственной жизнедеятельности.Этот процесс в живых существах называется устранением, который можно рассматривать как охватывающий все различные механизмы и процессы, с помощью которых формы жизни удаляют или выбрасывают продукты жизнедеятельности, токсичные вещества и мертвые части организма. Характер процесса и специальные структуры, разработанные для удаления отходов, сильно различаются в зависимости от размера и сложности организма.

Четыре термина обычно связаны с процессами утилизации отходов и часто используются взаимозаменяемо, хотя и не всегда правильно: экскреция, секреция, элиминация и устранение.

Выделение — это общий термин, относящийся к отделению и выбросу отходов или токсичных веществ из клеток и тканей растения или животного.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Разделение, выработка и устранение определенных продуктов, возникающих в результате клеточных функций в многоклеточных организмах, называется секрецией. Хотя эти вещества могут быть продуктом жизнедеятельности клетки, производящей их, они часто полезны для других клеток организма.Примерами секреции являются пищеварительные ферменты, продуцируемые клетками ткани кишечника и поджелудочной железы позвоночных животных, гормоны, синтезируемые специализированными железистыми клетками растений и животных, и пот, выделяемый железистыми клетками кожи некоторых млекопитающих. Секреция подразумевает, что секретируемые химические соединения были синтезированы специализированными клетками и имеют функциональную ценность для организма. Следовательно, удаление обычных отходов не следует рассматривать как секретный характер.

Переваривание — это процесс выделения непригодного для использования или непереваренного материала из клетки, как в случае одноклеточных организмов, или из пищеварительного тракта многоклеточных животных.

Как определено выше, ликвидация в широком смысле определяет механизмы удаления отходов живыми системами на всех уровнях сложности. Термин может использоваться как синоним экскреции.

Ликвидация

Биологическое значение ликвидации

Удаление отходов одноклеточными и многоклеточными организмами жизненно важно для их здоровья и продолжения жизни.Животные должны поглощать (проглатывать) энергосодержащие химические соединения, извлекать часть энергии для обеспечения своих жизненных процессов и избавляться от непригодных для использования материалов или побочных продуктов, образующихся в процессе извлечения энергии. Аналогичная серия событий происходит в двигателе внутреннего сгорания. Топливо, содержащее энергию, забирается в двигатель, где оно сжигается, а часть высвобождаемой энергии используется для движения поршней. Как и в живых клетках, часть энергосодержащего материала (топлива), не используемого в двигателе, истощается в виде оксида углерода, диоксида углерода и других побочных продуктов сгорания.Блокировка выхлопной системы двигателя приводит к потере эффективности и, в конечном итоге, к полной поломке. Точно так же скорость удаления отходов в биологических системах может обеспечивать и обеспечивает средства контроля скорости метаболизма. Полная блокировка механизмов утилизации отходов в живых системах так же эффективна в разрушении жизненно важных функций, как отключение пищи, кислорода или воды из системы. Кроме того, некоторые вещества, образующиеся в качестве побочных продуктов метаболизма, токсичны сами по себе и должны удаляться из живых клеток со скоростью, равной той, с которой они производятся этими клетками.Таким образом, выведение продуктов жизнедеятельности из живых клеток должно происходить постоянно, чтобы обеспечить нормальное развитие жизненно важных химических процессов.

Отходы и ядовитые вещества, образующиеся в результате метаболической деятельности сообществ растений и животных, должны аналогичным образом удаляться или детоксифицироваться для сохранения здоровья населения. Коллективные отходы отдельных организмов, составляющих сообщество, если им позволено накапливаться в какой-либо заметной степени, в конечном итоге разрушат жизни всех членов сообщества.

Биосфера, состоящая из всех людей и сообществ форм жизни и окружающей их среды на Земле, одинаково чувствительна к воздействию отходов и накопления ядов. Постоянное накопление веществ, вредных для форм жизни, может привести только к окончательному уничтожению большей части или всех существующих в настоящее время видов растений и животных. Люди уникальны среди живых существ тем, что их деятельность приводит к образованию отходов (загрязнителей), которые в силу своей химической структуры ядовиты для всех живых существ, включая самих себя.(Информацию об удалении отходов в биосфере см. В разделе «Биосфера и сохранение».)

На пути к прогнозированию продуктов метаболизма поликетидных синтаз: анализ in Silico

Различия между модульными и итеративными ПКС

доменов KS являются наиболее консервативными среди различных каталитических доменов PKS и ответственны за катализ на стадии цепной конденсации. Мы подробно проанализировали их, чтобы определить сохраняемые шаблоны для конкретных классов, которые различают модульные и итерационные системы PKS.Для доменов KS общий набор данных состоял из 217 чистых модульных доменов KS, 82 чистых итерационных доменов, 19 энедийных, 43 транс-типовых и 34 KS доменов из гибридных кластеров NRPS-PKS. Помимо последовательностей 20 экспериментально охарактеризованных модульных кластеров бактерий типа I, включенных в наш более ранний анализ [2], был использован дополнительный набор из 18 модульных кластеров PKS, как описано в разделе «Методы». Несмотря на общую значительную степень гомологии от 24% до 40% идентичности последовательностей, аналоги домена KS из модульных и итеративных PKS и других подсемейств PKS разделяются на отдельные кластеры на филогенетической дендрограмме (Рисунок S1).Мы использовали профильные скрытые марковские модели (HMM) для количественной оценки тонких позиционно-специфических различий в вероятности появления аминокислот в различных подсемействах KS доменов (см. методы для описания различных подсемейств). Доступный набор данных KS был разделен на обучающий и тестовый набор, и последовательности, принадлежащие обучающему набору, использовались для построения профильных скрытых марковских моделей с помощью пакета HMMER [33]. Сравнительный анализ тестового набора показал, что эти профили HMM были высокочувствительными, с точностью предсказания 100% для подсемейств ендиин и транс-AT, 97% для чистых итеративных PKS, 92% для модульных доменов KS и 88% для гибридных кластеры.Следовательно, используя профили HMM, можно не только с очень высокой точностью различать модульный и итеративный PKS, эти профили также можно использовать для классификации не охарактеризованной последовательности домена KS на различные подсемейства в модульных и итерационных системах. Этот результат имеет интересное значение для усилий по секвенированию генома с целью идентификации новых кластеров PKS, потому что только по последовательности KS можно получить подсказку о семействе PKS и решить, следует ли секвенировать весь кластер или нет.

Идентификация последовательности и структурных особенностей, контролирующих количество итераций

Поликетидные продукты различных итерационных белков PKS биосинтезируются с помощью различного количества этапов итеративной конденсации и подвергаются разным степеням восстановления. Филогенетический анализ итеративных доменов KS показал, что кластеризация итеративных последовательностей PKS сильно коррелирует с количеством итераций, которые они выполняют, и степенью сокращений, которым подвергается метаболит во время биосинтеза (Рисунок 1).Биосинтез поликетидов, ловастатина и бикаверина включает восемь стадий конденсации, но их конечные структуры различаются из-за различных паттернов циклизации. Наш анализ показывает, что последовательность домена KS кодирует информацию о химической структуре поликетидного продукта. Следовательно, последовательности KS ловастатина и бикаверина образуют два разных кластера. Основываясь на подобном филогенетическом анализе, более ранние отчеты предложили, что домены KS группируются в группы в зависимости от того, содержит ли соответствующий итеративный PKS типа I дополнительные редуктивные домены [34] — [36].Мы связываем эту особенность со сложным программированием в доменах KS, которое обеспечивает специфическое молекулярное распознавание продуктов. Наблюдаемая кластеризация на рисунке 1 может, таким образом, возникать из-за особенностей последовательности, которые контролируют распознавание определенных субстратов, которые претерпели разную степень химических и структурных модификаций из-за присутствия восстановительных доменов. Поэтому мы хотели проанализировать структурные модели различных итерационных доменов KS для идентификации конкретных аминокислот или участков последовательности, которые потенциально могут контролировать размер субстрата и степень ненасыщенности.Различные итерационные домены KS были смоделированы с использованием подхода сравнительного моделирования (подробности см. В разделе «Методы»). Структурные шаблоны для различных итеративных доменов KS были идентифицированы с помощью поиска BLAST по PDB или с использованием подхода потоковой передачи. Белок E. coli KAS-II (pdbids 1KAS, 1B3N) использовали в качестве шаблонов для моделирования этих итерационных доменов KS. Поскольку 1B3N был лиганд-связанной структурой (рис. 2A), предполагаемые карманы активного сайта (рис. 2B) различных итерационных структурных моделей KS можно было идентифицировать на основе аминокислот, которые контактировали со связанным лигандом в 1B3N.Структурные особенности карманов активного сайта различных итерационных доменов KS были проанализированы дополнительно, чтобы идентифицировать остатки выстилки полости (CLR) и объемы полости, следуя протоколам, описанным в разделе методов. Паттерны остатков активного сайта (рис. 2B) в этих структурных моделях позволили нам сопоставить объем полости и гидрофобность карманов активного сайта с количеством итераций и степенью ненасыщенности продуктов поликетидов, которые они синтезируют.

Рисунок 1.Дендрограмма доменов KS из итеративных кластеров PKS I типа.

Ветви дендрограммы раскрашены в соответствии с количеством итераций, катализируемых соответствующим доменом KS. Соответствующие поликетидные структуры изображены тем же цветом.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1000351.g001

Рисунок 2. Структурный шаблон для моделирования итерационных доменов KS.

(A) Гомодимер E. coli KAS-II с лигандом.(B) Остовы (вторичная структурная визуализация) и боковые цепи (шар и палочка) различных участков аминокислот, которые составляют полость связывания лиганда E.coli KAS-II, были изображены разными цветами.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1000351.g002

Полость для связывания субстрата в 1KAS является высокогидрофобной благодаря полностью насыщенному субстрату. С другой стороны, поликетиды могут содержать несколько гидроксильных групп и ненасыщенные двойные связи.Соответственно, каталитические карманы в структурных моделях поликетидных доменов KS оказались менее гидрофобными по сравнению с полостями FAS. В таблице 1 сравниваются характеристики продукта PKS с различными характеристиками резонатора. Мы наблюдали отчетливую разницу в гидрофобности кармана в поликетидах, и она отрицательно коррелировала со степенью ненасыщенности, наблюдаемой в продукте (рис. 3А). Например, полость модели T-токсина PKS более гидрофобна, чем полость модели синтазы метилсалициловой кислоты (MSAS), и это коррелирует с тем фактом, что T-токсин является восстанавливающим PKS, имеющим большую долю насыщенных углеродов в своем конечном продукте, чем полость модели. частично восстанавливающий поликетид MSAS.Интересно, что объем полости положительно коррелирует с количеством итераций (или соответствующим размером продукта). Мы обнаружили, что объемы полостей поликетида KS делятся на три отдельные группы; маленькие, большие и промежуточные (рис. 3B и 3C). Наименьшие полости (∼300Å ³ ) принадлежат ПКС типа MSAS, которые выполняют три итерации. Полости среднего размера (∼800Å ³ ) принадлежат нафтопирону (NAP), как ПКС, которые повторяются от пяти до восьми раз. Самые большие полости, 1780Å ³ , наблюдались для моделей T-Toxin, выполняющих 20 итераций.На рис. 2В изображены остатки, которые выстилают гидрофобную полость матричного белка KAS-II (объем 934 Å ³ ) и окружают аналог лиганда церуленин. Сравнение смоделированных структур со структурой шаблона FAS KS показало, что в случае MSAS и NAP, основы моделей не претерпели значительных изменений во время моделирования (рис. S2), и, таким образом, их функциональное различие может быть связано с конкретной облицовкой полости. остатков (CLR) (рис. 4). На рис. 5A и 5B показана топология поверхности полостей малого и среднего размера.На рис. 5А изображен смоделированный домен MSAS KS с двумя тирозинами, выступающими в полость KS с противоположных стенок и, таким образом, блокируя нисходящий поток полости вдоль границы раздела димеров. Эти два остатка, блокирующие полость, соответствуют позициям 229 и 400 (нумерация 1KAS). Интересно, что профили консервации CLR, показанные на фиг. 4, показали, что эти два остатка Tyr являются высококонсервативными во всех PKS, которые выполняют три итерации. Это дополнительно подтверждает важную роль, приписываемую этим остаткам, на основе нашего структурного моделирования кармана активного сайта.Примечательно, что домены KS типа NAP имеют Ala в позиции 400, что позволяет полости расширяться дальше вниз, делая их полости подобными каталитической полости FAS, показанной для справки на Фигуре 5C.

Рис. 3. Вариация гидрофобности и размера полостей активных центров различных итерационных доменов KS.

Домены KS, выполняющие разное количество итераций, выделены отдельными цветами. Точки, соответствующие разным моделям гомологии одной и той же области KS, имеют общий цвет.Гидрофобность CLR отрицательно коррелирует со степенью ненасыщенности в конечном продукте (A). Объемы полости (Å ³ ) положительно коррелируют с количеством итераций (B). Объемы полостей (Å ^{3 905 · 10) итеративных карманов домена KS показывают положительную корреляцию с размером конечного продукта (количеством атомов углерода в основной цепи в поликетиде) (C).}

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1000351.g003

Рис. 4. Список остатков, выстилающих карманы активных сайтов доменов KS в различных итеративных кластерах PKS.

Для ясности из этой таблицы были удалены положения с полностью инвариантными остатками (например, каталитическая триада) или положения с большим количеством пробелов. Выделенные позиции подробно обсуждались в тексте и, вероятно, будут определять длину углеродной цепи в различных итеративных PKS. Обведены две ключевые позиции, 229 и 400.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1000351.g004

Рис. 5. Функционально важные остатки выстилки полости двух типов итерационных доменов KS.

MSAS (A) и NAP (B). Полости моделей показаны при визуализации поверхности. На каждую модель накладывается структурный шаблон. Два оранжевых остатка соответствуют позициям 229 и 400, которые вместе блокируют нисходящий поток полости MSAS. Один из этих остатков представляет собой Ala в случае промежуточной полости типа NAP, и это позволяет полости течь вниз. Эти полости фактически скрыты внутри белка, а остатки, образующие верхний слой, были удалены для ясности.(C) Внутренняя топология структурной матрицы, полость белка E. coli KAS-II была изображена для справки. Поверхность окрашена таким образом, что каталитическая триада имеет фиолетовый цвет, а области, которые инвариантны для различных итерационных доменов KS, показаны зеленым. Таким образом, различия в форме полости возникают из-за остатков, лежащих в серой области изображенной поверхности полости. Полость полностью засыпана, но верхний слой остатков удален для наглядности рисунка.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1000351.g005

Таким образом, структурный анализ показал, как сайты связывания субстрата различного размера и гидрофобности могут быть созданы в итеративных доменах KS типа I за счет тонких вариаций остатков на сходных складках основной цепи. . Кристаллическая структура KS-CLF также подчеркивает, как специфические остатки могут регулировать длину цепи в PKS типа II [37]. Наши результаты о роли объема полости в контроле количества итерационных конденсаций или длины цепи итеративных продуктов PKS типа I также подтверждаются недавними экспериментальными исследованиями, включающими замену доменов KS в итеративных PKS грибов, где замена домена KS фумонизина на KS из ловастатина LDKS в результате были получены поликетиды с короткой цепью [38].Совсем недавние эксперименты, включающие генерацию измененных гибридных продуктов жирных кислот и поликетидов путем рационального манипулирования путём биосинтеза бенастатина [39], также предполагают, что количество удлинений цепи зависит от размера полости фермента PKS. Анализ in silico последовательности и структурных особенностей итерационных доменов KS, представленный здесь, обеспечивает структурное обоснование этих экспериментально наблюдаемых вариаций специфичности субстрата и дополнительно помогает в идентификации остатков, которые могут быть специфически мутированы, чтобы контролировать количество итераций в типе. -Я ПКС.Пока не сообщалось об экспериментальных исследованиях по изменению количества итераций в PKS типа I с помощью сайт-направленного мутагенеза. Настоящий анализ in silico дает важные выводы для таких экспериментов.

Прогнозирование порядка канализации подложки в модульных кластерах ПКС

В модульных кластерах PKS химическая структура продукта определяется порядком, в котором субстраты направляются между различными ORF. Часто наблюдалось, что порядок ORF для PKS во время биосинтеза поликетида не совпадает с порядком соответствующих ORF в геноме.Эта сложность смены модулей была изображена на рисунке S3 с использованием схематического представления модульного кластера PKS типа I. Этот биосинтетический кластер имеет четыре ORF поликетидсинтазы, и их порядок в геноме — Orf1, Orf2, Orf3 и Orf4. Но во время биосинтеза Orf4 действует первым, а продукт Orf4 передается Orf1. Orf2 функционирует на более поздней стадии, и его продукт конденсируется с остальной частью поликетида. Это несоответствие между порядком ORF в геноме и порядком субстратного канала — часто наблюдаемое явление, как видно из симоциклинона [40], нанчангмицина [41], микроцистина [42], пимарицина, рапамицина и биосинтетических кластеров нистатина.Предсказание правильного порядка каналирования субстрата важно для in silico идентификации поликетидных продуктов нехарактеризованных модульных кластеров PKS. Следовательно, расшифровка родственной комбинации ORF в модульном PKS-кластере из большого числа теоретически возможных несвойственных комбинаций была основным узким местом при формулировании правил прогнозирования для in silico идентификации поликетидных продуктов. Следовательно, мы попытались исследовать, могут ли правила предсказания, основанные на специфичности взаимодействия между ORF, быть сформулированы для расшифровки правильного порядка каналирования субстрата в нехарактеризованном кластере PKS.

Несколько экспериментальных исследований подтвердили, что межбелковые взаимодействия в модульных PKS опосредуются специфическим распознаванием между стыковочными доменами или так называемыми областями «интерполипептидного линкера» [24], [25], [29]. Аминокислота простирается от N-конца к первому домену KS и от C-конца к последнему домену ACP и называется межполипептидными линкерами или стыковочными доменами. Они были тщательно изучены, и было предложено, чтобы C-концевые (Cter) стыковочные домены специфически спаривались с N-концевыми (Nter) стыковочными доменами последующей ORF для облегчения перекрестного взаимодействия между последовательными ORF.Структурное выяснение [29] родственных стыковочных доменов из эритромицинового PKS (DEBS) показало, что, в отличие от обычных линкерных последовательностей, которые ковалентно соединяют белковые домены внутри полипептидов, эти стыковочные области домена не являются неструктурированными, а принимают относительно компактный четырехспиральный пучок структура. Было высказано предположение, что эта структура пучка из четырех спиралей является основной складкой перекрестных помех [29] между ORF модульных кластеров PKS. Эти структуры были названы межбелковыми «стыковочными доменами», чтобы подчеркнуть, что они отвечают за распознавание и последующее стыковку между последовательными белковыми модулями.Сообщается, что C-концевой стыковочный домен содержит три спирали (далее называемые спиралями 1, 2 и 3), тогда как N-концевой стыковочный домен содержит одну более длинную спираль (далее называемую спиралью 4). Этот комплекс стыковочных доменов представляет собой симметричный димер, состоящий из двух независимых структурных единиц, называемых доменом A и доменом B. Домен A представляет собой необычный переплетенный α-спиральный пучок, содержащий спирали 1 и 2. Домен B также является α-спиральным пучком, но с Совершенно другая топология и состоит из спирали 3 (от Cter) и спирали 4 (от Nter).Таким образом, фактическое стыковочное взаимодействие происходит в домене B через несколько пар заряженных остатков и консервативный набор гидрофобных остатков. Однако было предложено, что из этих различных взаимодействующих остатков две пары соответствующим образом размещенных заряженных остатков в критических положениях стыковочного интерфейса образуют своего рода «стыковочный код» для DEBS [29] (Рисунок S4). Когда DEBS1 стыкуется с DEBS2, заряды в этих положениях вызывают благоприятные взаимодействия. Однако в случае несовместимых комбинаций между DEBS1 и DEBS3 результирующие зарядовые взаимодействия являются отталкивающими.Наличие структуры домена стыковки DEBS дало нам возможность проверить, существует ли такой код и в других системах PKS. Мы провели структурный анализ последовательностей стыковочных доменов, чтобы выяснить, можно ли сформулировать правила для идентификации родственной комбинации ORF на основе ключевых взаимодействий, обнаруженных в структуре стыковочного домена DEBS.

Можно отметить, что, основываясь на биоинформатическом анализе стыковочных доменов в модульных PKS-белках типа I, Broadhurst и др. [29] также предположили, что DEBS-подобные структуры стыковочных доменов будут присутствовать в других модульных PKS-кластерах типа I и они управляют перекрестным взаимодействием между ORF.Поскольку анализ вторичной структуры, проведенный Broadhurst и соавт. [29], ясно продемонстрировал склонность последовательностей стыковочного домена к структуре пучков четырех спиралей, аналогичной стыковочному домену DEBS, межполипептидные контакты были извлечены как для родственных, так и для неконфекционных пар ORF в различных модульных структурах. ПКС, использующие структуру домена стыковки DEBS в качестве шаблона. Поскольку недавние исследования [16], [29], [43] предполагают, что стыковочные домены PKS попадают по крайней мере в три разных филогенетических класса, наше предположение относительно стыковочных доменов из разных филогенетических групп, принимающих сходные структурные складки, требует дальнейшего обоснования.Хорошо известно, что для данного семейства белков структура консервативна в гораздо большей степени, чем последовательность [44], [45]. Существует множество примеров белков, принимающих подобную трехмерную структурную складку даже при отсутствии детектируемого сходства последовательностей [44], [45]. Недавно доступные структуры [46] белков FAS типа I млекопитающих также демонстрируют чрезвычайно высокое сходство со структурами доменов белка PKS, даже если они имеют лишь ограниченную гомологию последовательностей. Следовательно, наше предположение относительно «стыковочных доменов» миксобактериальных PKS, принимающих структурные складки, подобные стыковочным доменам актиномицетов, не является необоснованным.Следовательно, мы извлекли важные взаимодействующие остатки для различных пар стыковочных доменов на основе выравнивания со структурой стыковочных доменов DEBS. На рис. 6 показано выравнивание родственных пар различных последовательностей стыковочного домена PKS со структурой стыковочного домена DEBS. Взаимодействующие пары остатков, полученные в результате этого сопоставления, оценивались как благоприятные, неблагоприятные или нейтральные в соответствии с простой схемой подсчета баллов (таблица S1). Взаимодействия между парой противоположно заряженных аминокислот или между парой гидрофобных аминокислот были оценены как благоприятные, в то время как электростатическое отталкивание между парой заряженных аминокислот было названо неблагоприятным.С другой стороны, взаимодействия между любыми другими парами аминокислот, в частности, взаимодействия между заряженными и гидрофобными аминокислотами, оценивались как нейтральные. Можно отметить, что эта упрощенная схема оценки была определена на основе типов аминокислотных контактов, обнаруженных в интерфейсах белок-белковых комплексов [47]. Всего было проверено 66 родственных пар последовательностей док-домена для двух пар положений, которые вызывают благоприятные электростатические взаимодействия в структуре док-домена.Было обнаружено, что из них 54 пары ORF содержат по крайней мере одну пару остатков с благоприятным взаимодействием. Более того, не было родственной пары, в которой оба этих взаимодействия были бы неблагоприятными. Таким образом, можно сделать вывод, что родственные пары ORF действительно создают энергетически благоприятные контакты.

Рис. 6. Выравнивание последовательностей стыковочных доменов из различных кластеров PKS на основе структуры.

Спираль 3 и спираль 4 были объединены перед предсказанием вторичной структуры. Служба ESPript [89] с сервера прогнозирования белков использовалась для структурного выравнивания последовательностей стыковочных доменов.Док-домен с N-концом состоит из участка последовательности, простирающегося от N-конца до начала первого KS-домена, в то время как док-домен с С-концом простирается от конца последнего домена ACP до C-конца белка PKS. . Межполипептидные контакты экстрагировали с использованием структуры ЯМР DEBS в качестве матрицы. Две пары взаимодействующих остатков, которые составляют код стыковки, были выделены зеленым и желтым цветом соответственно. Эталонная последовательность стыковочных доменов DEBS выделена фиолетовым цветом.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1000351.g006

Поскольку хорошее взаимодействие стыковочного кода наблюдалось более чем в 80% случаев, мы исследовали, можно ли использовать эти важные межполипептидные контактные пары для прогнозирования правильных порядок смены модулей в данном модульном ПКС. Если все возможные комбинации ORF в кластере PKS рассматривать вместе, будет только один биосинтетически правильный порядок ORF. Эта правильная комбинация, в свою очередь, будет иметь набор всех родственных интерфейсов и, следовательно, наибольшее количество благоприятных взаимодействий.Остальные комбинации ORF будут неправильными и, соответственно, они будут иметь различное количество не связанных интерфейсов, что приведет к неблагоприятным взаимодействиям. Здесь можно добавить, что идентичность первой и последней ORF обычно может быть установлена ​​по наличию модуля инициирующей загрузки и терминального TE домена соответственно. Наличие очень короткой С-концевой последовательности за пределами консервативного ТЕ-домена также может быть использовано в качестве критерия для идентификации последнего модуля.На рисунке 7 показан пример биосинтетического кластера Spinosad, который состоит из десяти модулей, расположенных в пяти ORF. Эти пять ORF могут быть объединены шестью различными способами, если первая и последняя ORF фиксированы. Каждая из шести комбинаций будет иметь четыре интерфейса. Все интерфейсы были просканированы на предмет благоприятных, неблагоприятных или нейтральных взаимодействий в позициях, соответствующих коду стыковки DEBS. Как видно на рисунке 7, правильный порядок ORFs имеет наибольшее количество благоприятных взаимодействий и отсутствие отталкивающих взаимодействий на любом из интерфейсов.Напротив, каждая из оставшихся пяти комбинаций имеет по крайней мере два отталкивающих взаимодействия и, таким образом, может быть отклонена по сравнению с правильной комбинацией.

Рис. 7. Список различных комбинаторных возможностей для порядка канализации субстрата в модульном кластере PKS Spinosad.

Spinosad PKS имеет пять ORF, которые могут быть расположены в шести различных комбинациях, если идентичность первой и последней ORF фиксирована. Это показано в первом столбце, где выделен собственный или правильный порядок ORF.Каждая комбинация имеет четыре возможных интерфейса, и каждый интерфейс оценивается по двум парам критических контактов. Эти два взаимодействия могут быть благоприятными (зеленая галочка), неблагоприятными (красный крестик) или нейтральными (розовая точка). В последнем столбце указано общее количество и тип контактов. Комбинация ORF с наибольшим числом благоприятных контактов и наименьшим числом неблагоприятных контактов назначается лучшим бомбардиром. Как видно, в этом случае наибольшая оценка набирает нативная комбинация.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1000351.g007

Всего 39 охарактеризованных кластеров PKS были проанализированы таким образом, чтобы проверить справедливость этого предположения. Для репрезентативного набора кластеров PKS на Рисунке 8 в табличной форме показано количество благоприятных, неблагоприятных и нейтральных контактов в родственной комбинации, а также количество не связанных между собой комбинаций, имеющих лучший, равный или худший балл по сравнению с родственной комбинацией. . Как видно из рисунка 8, в нескольких модульных кластерах PKS присутствуют неблагоприятные взаимодействия.Однако количество неблагоприятных взаимодействий намного меньше, чем благоприятных или нейтральных взаимодействий, присутствующих в родственных интерфейсах. Т.о. анализ родственных межполипептидных контактов в 17 модульных кластерах PKS предполагает, что оба взаимодействия не обязательно должны быть благоприятными для эффективных взаимодействий стыковочного домена. Однако у непохожих интерфейсов больше неблагоприятных взаимодействий. Следовательно, существует относительно мало комбинаций, не являющихся родственными, с оценкой лучше, чем комбинация родственных родств.В десяти из 17 кластеров PKS ни одна непородная комбинация не имеет лучшего результата, чем родственная комбинация. Даже несмотря на то, что существуют неконнородные комбинации, имеющие оценки, равные родственной комбинации, родственная комбинация все же может быть оценена среди нескольких лучших в этих 10 случаях. В случае с четырьмя другими кластерами PKS существует значительное количество несоответствующих комбинаций, имеющих более высокий балл, чем родственная комбинация. Тем не менее, родственная комбинация все еще может быть отнесена к первым 20% всех возможных комбинаций.Например, в случае нанчангмицина 480 непородных возможностей имеют лучшую оценку, чем родственные, 239 имеют оценки, равные родственной комбинации. Таким образом, родственная комбинация входит в топ 720 комбинаций. Однако общее количество комбинаторных возможностей составляет 5040. Таким образом, наш вычислительный метод ставит родственную комбинацию в верхние 14% в случае кластера nanchangmycin PKS. Важно отметить, что, несмотря на большое количество комбинаторных возможностей, предсказание, основанное только на последовательностях стыковочных доменов, способно отклонить достаточно большое количество непохожих комбинаций.Таким образом, наши результаты анализа последовательностей стыковочных доменов показывают, что более чем в 80% случаев родственный порядок субстратного канала может быть правильно предсказан. Однако мы должны уточнить, что «правильное предсказание» означало бы исключение значительного числа несвязанных комбинаций и ограничение родственной комбинации относительно меньшим числом возможностей. Такое упрощенное определение «правильного предсказания» может быть оправдано тем фактом, что мы используем простой метод предсказания, включающий несколько важных контактирующих остатков, а не все взаимодействия, присутствующие в структуре стыковочного домена.Во-вторых, мы не принимаем во внимание роль других каталитических доменов в предотвращении удлинения цепи в случае не связанных ассоциаций.

Рисунок 8. Результат анализа кода стыковки.

Первые два столбца отображают кластер PKS и соответствующее ему количество ORF. В третьем столбце показано общее количество возможных комбинаций ORF, из которых только одна является правильным (или собственным) порядком. Все возможные комбинации были проверены на наличие двух критических взаимодействий.Четвертый и пятый столбцы были дополнительно разделены на три подстолбца каждый. Четвертый столбец показывает оценку взаимодействия (благоприятный, неблагоприятный и нейтральный) для правильного порядка ORF. В пятом столбце показано количество неродных комбинаций, в результате которых была получена оценка лучше, такая же или хуже, чем у нативных. Строки, окрашенные в красный цвет, отображают случаи, когда этот метод прогнозирования не удался.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1000351.g008

Несмотря на то, что в недавних теоретических исследованиях [5], [16] была предпринята попытка предсказать физическое взаимодействие между белками PKS на основе анализа совместной эволюции стыковки. Последовательности доменов, точность предсказания порядка каналирования субстрата либо не изучалась подробно [16], либо была обнаружена как низкая в случаях, когда используются кластеры, состоящие из более чем четырех ORF [5].Однако, в отличие от этих методов, основанных исключительно на последовательностях, мы использовали подход, основанный на структуре. Используя консервативную структуру ядра док-домена в качестве матрицы, мы извлекли важные взаимодействующие остатки, которые были предложены ранее Broadhurst et al. [29] как детерминанты специфичности межсубъединичных взаимодействий. Использование этой важной информации в нашем исследовании, вероятно, помогает повысить точность прогнозов. Идентификация конкретных взаимодействующих пар остатков также делает прогнозы легко поддающимися экспериментальному тестированию с помощью подхода сайт-направленного мутагенеза.Недавние экспериментальные исследования [30], [31] дополнительно установили возможность изменения специфичности межсубъединичных взаимодействий на основе манипулирования предполагаемыми взаимодействующими остатками в каркасе док-домена. Помимо помощи в расшифровке химической структуры конечного поликетидного продукта, наш вычислительный анализ «стыковочного кода» в родственных и несвязанных взаимодействующих парах в экспериментально охарактеризованном модульном кластере PKS также может предоставить базу знаний для плодотворного комбинирования несхожих пар ORF для генерации новых структур агликона.Наш анализ таких взаимодействующих остатков в стыковочных доменах микобактериального белка PKS, участвующего в биосинтезе микокетида, привел к открытию совершенно нового «модульно-итеративного» механизма биосинтеза поликетидов [48]. Однако мы должны уточнить, что, помимо взаимодействий между N-концевыми и C-концевыми стыковочными доменами белков PKS, субстратная специфичность различных каталитических доменов также будет играть роль в предотвращении удлинения цепи в случае неконородных ассоциаций ORF PKS. .Точно так же взаимодействия между ACP и нижележащим KS также будут различать неродственные ассоциации. В этой работе мы рассмотрели только роль стыковочных доменов.

метаболических факторов при усталости

КЛЮЧЕВЫЕ МОМЕНТЫ

• Устойчивое производство мышечной силы и мощности во время упражнений зависит от выработки аденозинтрифосфата (АТФ), который обеспечивает энергию для ряда клеточных процессов во время сокращения мышц.
• АТФ вырабатывается неокислительными (фосфорилирование на уровне субстрата, «анаэробный») и окислительным (окислительное фосфорилирование, «аэробное») метаболическими процессами, причем их относительный вклад определяется в первую очередь интенсивностью и продолжительностью упражнений.
• Усталость часто возникает, когда истощаются субстраты для выработки АТФ и / или когда в сокращающихся мышцах и крови накапливаются побочные продукты метаболизма.
• Снижение внутримышечных уровней АТФ, фосфокреатина и гликогена, а также низкий уровень глюкозы в крови (гипогликемия) могут ухудшить работу скелетных мышц.Гипогликемия также может отрицательно повлиять на функцию центральной нервной системы.
• Повышение внутримышечных уровней аденозиндифосфата (АДФ), неорганического фосфата, ионов магния и водорода, а также активных форм кислорода может нарушать мышечную функцию. Повышенный уровень аммиака и гипертермия также могут способствовать утомлению через центральные и периферические механизмы.
• Соответствующие программы тренировок и диетические вмешательства повышают сопротивляемость усталости и работоспособность за счет улучшения способности скелетных мышц поддерживать выработку АТФ и противостоять негативным эффектам накопления побочных продуктов метаболизма.

ВВЕДЕНИЕ

Усталость — это многофакторный процесс, снижающий физическую активность и спортивные результаты. В широком смысле это можно определить как снижение силы или мощности, генерирующей мощность, или неспособность поддерживать требуемую или ожидаемую выходную силу или мощность. Хотя усталость затрагивает многие системы органов, больше всего внимания уделяется скелетным мышцам и их способности генерировать силу и мощь. Таким образом, при поиске потенциальных участков и механизмов утомления необходимо учитывать этапы активации скелетных мышц во время упражнений.Они суммированы на рисунке 1 и представляют участки или процессы, вызывающие утомление, на которые потенциально влияет истощение субстрата и / или накопление побочных продуктов метаболизма.

Ученые, занимающиеся физическими упражнениями, рассмотрели как центральные, так и периферические механизмы в этиологии утомления, и, действительно, оба они способствуют снижению работоспособности скелетных мышц во время упражнений. Недавние исследования также изучили взаимодействие между ними и показали, что активация афферентных нервов III и IV типов метаболическими нарушениями в сокращении опорно-двигательных скелетных мышц важна не только для опосредования кардиореспираторных реакций на упражнения, но также может модулировать центральную двигательную активность (Amann , 2011).Эти же афференты могут быть активированы метаболическими нарушениями в дыхательных мышцах, что приводит к рефлекторному сужению симпатических сосудов и снижению доставки кислорода к сокращающимся скелетным мышцам, что способствует утомлению опорно-двигательных мышц (Romer & Polkey, 2008). Снижение доставки кислорода в мозг во время интенсивных упражнений также может способствовать снижению центрального моторики и нервно-мышечной усталости (Amann & Calbet, 2008).

Аденозинтрифосфат (АТФ) является непосредственным источником химической энергии для сокращения мышц.Поскольку внутримышечные запасы АТФ невелики (~ 5 ммоль / кг / влажная мышца), текущая регенерация АТФ имеет решающее значение для поддержания силы и выходной мощности во время продолжительных упражнений. При высоких выходных мощностях (например, наблюдаемых во время высокоинтенсивных спринтерских упражнений) это достигается за счет неокислительного (фосфорилирование на уровне субстрата, «анаэробное») производства АТФ, связанного с расщеплением фосфокреатина (PCr) и деградацией мышечного гликогена. кормить грудью. При более низкой выходной мощности, наблюдаемой во время длительных упражнений на выносливость, окислительный («аэробный») метаболизм углеводов (мышечный гликоген и глюкоза в крови, полученные из гликогена / глюконеогенеза в печени или кишечника, когда углеводы попадают в организм) и липидов (жирные кислоты, полученные из внутримышечных и запасы триглицеридов жировой ткани) обеспечивает практически весь АТФ, необходимый для энергозависимых процессов в скелетных мышцах.Эти метаболические процессы и их важность во время упражнений различной интенсивности и продолжительности хорошо описаны (Coyle, 2000; Sahlin et al., 1998). Значительное внимание было сосредоточено на потенциальных механизмах утомления, ответственных за снижение силы скелетных мышц и выходной мощности во время упражнений, а также на роли метаболических факторов в утомлении. Эти метаболические факторы можно в широком смысле классифицировать как истощение АТФ и других субстратов и накопление побочных продуктов метаболизма (Таблица 1).

Совершенно очевидно, что существует множество факторов и механизмов, ответственных за утомляемость во время упражнений, а метаболические факторы — лишь одна часть сложного явления. В этой статье основное внимание уделяется метаболическим факторам и потенциально связанным с ними вмешательствам, которые повышают устойчивость к усталости и, в конечном итоге, повышают эффективность упражнений.

УДАЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ

Пониженная доступность АТФ и ключевых субстратов, участвующих в энергетическом метаболизме, может ограничивать поступление АТФ во время упражнений и нарушать функцию как скелетных мышц, так и центральной нервной системы.Ключевые субстраты включают АТФ, PCr, мышечный гликоген и глюкозу в крови.

Аденозинтрифосфат

Многочисленные исследования показали, что концентрация АТФ в образцах смешанных мышечных волокон достаточно хорошо защищена, даже во время интенсивных упражнений, снижаясь всего на 30-40% (Spriet et al., 1989). Однако при анализе отдельных мышечных волокон уровни АТФ упали в большей степени в волокнах типа II («быстрые») и ограничили способность этих волокон вносить вклад в развитие силы (Casey et al., 1996). Также возможно небольшое временное и пространственное снижение АТФ в локальном микроокружении ключевых АТФ-зависимых ферментов (миозин-АТФаза, Na ⁺ / K ⁺ АТФаза, Са2 + АТФаза саркоплазматического ретикулума) и каналов высвобождения кальция в саркоплазматических каналах. reticulum ограничивают эти клеточные процессы и способствуют мышечной усталости (Allen et al., 2008). У людей как во время коротких высокоинтенсивных упражнений, так и на последних этапах длительных напряженных упражнений наблюдается значительное увеличение продуктов распада АТФ (например,g., монофосфат инозина) подразумевают, что скорость использования АТФ может превышать скорость ресинтеза АТФ (Sahlin et al., 1998).

Фосфокреатин

Другой высокоэнергетический фосфат в скелетных мышцах, PCr, играет ключевую роль в быстрой выработке АТФ во время упражнений (PCr + ADP + H ⁺ = креатин + АТФ). Уровни PCr в мышцах могут быть почти полностью истощены после максимальной нагрузки (Casey et al., 1996), и это способствует быстрому снижению выходной мощности мышц во время таких упражнений (Sahlin et al., 1998). Восстановление способности мускулов генерировать энергию после максимальных утомляющих упражнений тесно связано с ресинтезом мышечного PCr. Повышенная доступность PCr в мышцах является одним из возможных объяснений повышения эффективности упражнений высокой интенсивности после приема креатиновых добавок с пищей (Casey & Greenhaff, 2000). Уровень фосфокреатина может снижаться в отдельных мышечных волокнах в момент утомления во время длительных напряженных упражнений, что совпадает с истощением мышечного гликогена и необходимостью большей зависимости от других путей выработки АТФ (Sahlin et al., 1998).

Мышечный гликоген

Связь между утомлением и истощением мышечного гликогена во время длительных, напряженных упражнений постоянно наблюдалась в течение почти 50 лет (Hermansen et al., 1967). Новаторские исследования, проведенные в Скандинавии, проинформировали о практике «нагрузки гликогеном», которая улучшает выполнение упражнений на выносливость в упражнениях продолжительностью более ~ 90 минут (Hawley et al., 1997). Доступность гликогена в мышцах также может иметь важное значение для поддержания работоспособности при высокоинтенсивных упражнениях (Balsom et al., 1999). Было высказано предположение, что связь между истощением мышечного гликогена и усталостью заключается в неспособности поддерживать достаточную скорость ресинтеза АТФ для требуемой выходной мощности, вторичной по отношению к снижению доступности пирувата и ключевых промежуточных продуктов метаболизма в сокращающихся скелетных мышцах (Sahlin et al., 1998 ). Исследования с использованием электронной микроскопии для визуализации мышечного гликогена в ключевых субарколеммальных, меж- и интрамиофибриллярных участках до и после утомляющих упражнений, наряду с исследованиями отдельных волокон из мышц грызунов, предполагают, что истощение гликогена может отрицательно влиять на возбудимость сарколеммы и высвобождение кальция из саркоплазматического ретикулума. , что приводит к усталости (Allen et al., 2008; Ørtenblad et al., 2013). Наконец, недавно было замечено, что продолжительные упражнения приводят к истощению запасов гликогена в мозге у крыс, что повышает интригующую возможность того, что истощение гликогена в мозге может способствовать центральной усталости (Matsui et al., 2011).

Глюкоза крови

В отсутствие добавок глюкозы (при приеме углеводов) уровни глюкозы в крови снижаются во время длительных, напряженных упражнений, поскольку гликоген в печени истощается и глюконеогенез не может производить глюкозу с достаточной скоростью.Снижение доступности глюкозы в крови (гипогликемия) связано со снижением скорости окисления углеводов и утомляемости. Повышение уровня глюкозы в крови за счет приема углеводов поддерживает окисление углеводов, улучшает энергетический баланс мышц и повышает как выносливость, так и работоспособность (Cermak & van Loon, 2013). Поскольку глюкоза является ключевым субстратом для мозга, гипогликемия также снижает церебральный захват глюкозы и может способствовать центральной усталости (Nybo, 2003). Таким образом, эргогенная польза от приема углеводов может быть частично связана с улучшением баланса энергии мозга и поддержанием центрального нервного импульса.Улучшение выполнения упражнений также наблюдалось после простого присутствия углеводов во рту, и это было связано с активацией мозговых центров, участвующих в моторном контроле (Chambers et al., 2009).

НАКОПЛЕНИЕ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Активация метаболических путей, которые производят АТФ, также приводит к увеличению уровней многочисленных побочных продуктов метаболизма в мышцах и плазме, которые потенциально способствуют утомлению во время упражнений. К ним относятся, но не ограничиваются ими, Mg ²⁺ , ADP, неорганический фосфат Pi, H ⁺ , NH ₃ , ROS и тепло.

Mg ²⁺ , ADP, Pi

Во время быстрого распада АТФ и PCr в скелетных мышцах повышаются уровни Mg ²⁺ , ADP и Pi. Повышенный уровень Mg ²⁺ может ингибировать высвобождение кальция из саркоплазматического ретикулума и снижать выработку силы, особенно в сочетании со сниженным уровнем АТФ в мышцах (Allen et al., 2008). Повышенный уровень АДФ в мышцах снижает выработку силы и замедляет скорость расслабления мышц, отрицательно влияя на сократительные миофиламенты (актин и миозин) и обратный захват кальция саркоплазматической сетью (Allen et al., 2008). Увеличение Pi также снижает сократительную силу и высвобождение кальция из саркоплазматического ретикулума. Этот последний эффект, по-видимому, связан с осаждением фосфата кальция в саркоплазматическом ретикулуме (Allen et al., 2008). Увеличение как АДФ, так и Pi также снижает высвобождение энергии при распаде АТФ (Sahlin et al., 1998).

Лактат, H ⁺

Быстрое разрушение мышечного гликогена во время интенсивных упражнений связано с большим увеличением производства лактата и ионов H ⁺ .Обычно считается, что сам по себе лактат не оказывает серьезного отрицательного воздействия на способность мышц генерировать силу и мощность, хотя в литературе существуют противоречивые данные. Более важное значение имеет увеличение внутримышечного H ⁺ (снижение pH или ацидоз), которое связано с высокой скоростью распада АТФ, неокислительной выработкой АТФ и перемещением сильных ионов (например, K ⁺ ) через сарколемма. Широко распространено мнение, что повышенное H ⁺ мешает взаимодействию возбуждения-сокращения и производству силы миофиламентами; однако исследования in vitro отдельных отдельных волокон не всегда подтверждают это и даже предполагают, что ацидоз может оказывать положительное влияние на работоспособность мышц (Pedersen et al., 2004). Ацидоз сам по себе, по-видимому, не нарушает максимальную изометрическую выработку силы, но ухудшает способность поддерживать субмаксимальную мощность (Sahlin & Ren, 1989), предполагая ингибирующий эффект на производство мышечной энергии и / или гомеостаз K ⁺ и возбудимость сарколеммы. . Независимо от основных механизмов, ацидоз, по-видимому, влияет на работу мышц, поскольку вмешательства, улучшающие способность переносить ацидоз, улучшают выполнение упражнений высокой интенсивности.К ним относятся индуцированный алкалоз (Costill et al., 1984) и повышенная буферная способность мышц после высокоинтенсивных спринтерских тренировок (Sharp et al., 1986) и добавление β-аланина (Hill et al., 2007).

Аммиак и аминокислоты с разветвленной цепью

Аммиак вырабатывается скелетными мышцами во время упражнений в результате расщепления АТФ или аминокислот. Во время физических упражнений увеличивается высвобождение NH ₃ из сокращающихся скелетных мышц и повышается уровень NH ₃ в плазме.Поскольку NH ₃ может преодолевать гематоэнцефалический барьер, это приводит к увеличению церебрального поглощения NH ₃ и потенциальному влиянию на уровни нейротрансмиттеров в головном мозге и, возможно, к центральной усталости. Требуется дополнительная работа, чтобы полностью изучить роль NH ₃ в этиологии утомления. Следует отметить, что прием углеводов снижает накопление NH ₃ в плазме и мышцах во время длительных упражнений (Snow et al., 2000), и это может быть еще одним механизмом, с помощью которого прием углеводов оказывает эргогенный эффект.

Хотя «гипотеза центральной усталости», предложенная покойным профессором Эриком Ньюсхолмом, все еще остается в значительной степени теоретической конструкцией, потенциальные взаимодействия между метаболизмом аминокислот с разветвленной цепью (BCAA — лейцин, изолейцин и валин), церебральным поглощением триптофана и Уровни серотонина в головном мозге во время продолжительных упражнений связаны с утомлением центральной нервной системы. Триптофан является предшественником серотонина, и церебральное поглощение триптофана связано как с концентрацией свободного триптофана в плазме, так и с соотношением свободный триптофан / BCAA.Во время упражнений падение уровня BCAA в плазме и увеличение свободного триптофана может увеличить поглощение триптофана мозгом, а также повысить уровень серотонина и утомление центральной нервной системы. Прием BCAA был предложен для ослабления развития центральной усталости за счет поддержания уровней BCAA в плазме и снижения церебрального поглощения триптофана, но это, по-видимому, неэффективно. Лучшей стратегией может быть потребление углеводов, которые сдерживают повышение уровня жирных кислот в плазме, вызванное физической нагрузкой. Поскольку жирные кислоты и триптофан конкурируют за сайты связывания с альбумином плазмы, более низкий уровень жирных кислот, связанный с приемом углеводов, ослабляет рост соотношения свободного триптофана / BCAA (Davis et al., 1992).

Реактивные формы кислорода

Во время упражнений в сокращающихся скелетных мышцах образуются АФК, такие как супероксид-анионы, перекись водорода и гидроксильные радикалы. На низких уровнях АФК действуют как важные сигнальные молекулы; однако их накопление на более высоких уровнях может отрицательно повлиять на ряд процессов, участвующих в генерации мышечной силы и мощности, и вызвать утомление (Allen et al., 2008; Ferreira Reid, 2008). В скелетных мышцах есть несколько ферментных антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза), которые разрушают ROS, и неферментативные антиоксиданты, такие как восстановленный глутатион, β-каротин и витамины C и E, которые также могут противодействовать негативным эффектам. РОС.Введение N-ацетилцистеина усиливает антиоксидантную способность мышц и связано со снижением мышечной усталости и улучшением выносливости при езде на велосипеде (Ferreira & Reid, 2008). Исследования с добавлением витаминов C и E несколько неоднозначны (Powers et al., 2011), но активность антиоксидантных ферментов скелетных мышц увеличивается при тренировках.

Тепло

Только ~ 20% потребления кислорода во время упражнений преобразуется в механическую работу, а оставшаяся часть энергии выделяется в виде тепла, основного побочного продукта метаболизма.Большая часть этого тепла рассеивается за счет испарения пота и других механизмов потери тепла. Однако, когда скорость выделения тепла высока, например, при физических нагрузках, и / или когда потеря тепла снижается из-за повышенной температуры и / или влажности окружающей среды, может наблюдаться значительное повышение температуры тела и тканей (гипертермия). Гипертермия может влиять как на центральные, так и на периферические процессы, вызывающие мышечную усталость (Nybo, 2008), и в крайних случаях может быть фатальной. Негативное влияние гипертермии на физическую работоспособность усиливается обезвоживанием, которое возникает в результате больших потерь жидкости, вызванных потом (González-Alonso et al., 1997). Стратегии минимизации негативных последствий гипертермии включают акклиматизацию к жаре, охлаждение перед тренировкой и прием жидкости.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ

• Физическая подготовка увеличивает сопротивление усталости за счет увеличения максимального потребления кислорода за счет увеличения максимального сердечного выброса, плотности мышечных капилляров и окислительной способности; повышение порога лактата, что влияет на скорость использования гликогена в мышцах; и увеличение буферной емкости мышц и улучшенное регулирование электролита, особенно K ⁺ .
• Пищевые вмешательства, которые изменяют доступность углеводов и белков, могут модулировать адаптацию к тренировкам (Hawley et al., 2011).
• Учитывая зависимость от углеводов во время интенсивных тренировок и соревнований, стратегии повышения доступности углеводов и максимального окисления углеводов, такие как нагрузка гликогена в мышцах и прием углеводов, являются эффективными для повышения работоспособности.
• Индуцированный алкалоз может улучшить результативность во время спринта с высокой интенсивностью, как и добавка β-аланина за счет увеличения буферной емкости мышц.Добавка креатина с пищей увеличивает способность повторять высокоинтенсивные усилия.
• Прием жидкости, акклиматизация к жаре и предварительное охлаждение — эффективные стратегии для ослабления гипертермии, вызванной физической нагрузкой.

РЕЗЮМЕ

Повышенное неокислительное и окислительное производство АТФ через метаболические пути при сокращении скелетных мышц важно для поддержания силы и выходной мощности во время упражнений. Однако истощение субстрата и накопление побочных продуктов метаболизма являются потенциальными причинами утомления, поскольку нарушают как центральные нервные, так и периферические процессы, участвующие в активации мышц.Снижение доступности PCr может ограничивать выработку энергии во время высокоинтенсивных спринтерских упражнений, тогда как истощение углеводов является основным ограничением для выносливости. Во время интенсивных упражнений повышенные Pi и H ⁺ могут способствовать утомлению, а во время длительных, напряженных упражнений накопление NH ₃ , ROS и тепла может ограничивать работоспособность. Соответствующие программы тренировок и диетические вмешательства — это стратегии, направленные на повышение устойчивости к утомлению и улучшение результатов упражнений.

ССЫЛКИ

• Аллен Д.Г., Дж. Д. Лэмб и Х. Вестерблад (2008). Усталость скелетных мышц: клеточные механизмы. Physiol. Ред. . 88: 287-332.
• Аманн, М. (2011). Центральная и периферическая усталость: взаимодействие во время велосипедных упражнений у людей. Med. Sci. Спортивные упражнения. 43: 2039-2045.
• Amann, M. and J.A.L. Кальбет (2008). Конвективный перенос кислорода и утомление. J . Прил. Physiol. 104: 861-870.
• Балсом, П.D., G.C. Гайтанос, К. Седерлунд и Б. Экблом (1999). Высокоинтенсивные упражнения и доступность мышечного гликогена у людей. Acta Physiol. Сканд. 165: 337-345.
• Кейси А., Д. Константин-Теодосиу, С. Хауэлл, Э. Халтман и П.Л. Гринхафф (1996). Метаболические реакции мышечных волокон I и II типов во время повторных сеансов максимальной нагрузки у людей. г. J. Physiol. 271: E38-E43.
• Кейси А. и П.Л. Гринхафф (2000). Влияет ли диетическая добавка креатина на метаболизм и работоспособность скелетных мышц. г. J. Clin. Nutr. 72: S607-S617.
• Cermak, N.M., and L.J.C. ван Лун (2013). Использование углеводов во время упражнений в качестве эргогенного средства. Sports Med. 43: 1139-1155.
• Чемберс, E.S., M.W. Bridge, D.A. Джонс (2009). Чувство углеводов во рту человека: влияние на физическую работоспособность и активность мозга. J. Physiol. 587: 1779-1794.
• Костилл, Д.Л., Ф. Ферстаппен, Х. Койперс, Э. Янссен и В. Финк (1984).Кислотно-щелочной баланс при повторных тренировках: влияние HCO3-. Внутр. J. Sports Med. 5: 228-231.
• Койл, Э. Ф. (2000). Физическая активность как метаболический стрессор. г. J. Clin. Nutr. 72: S512-S520.
• Дэвис, Дж. М., С. П. Бейли, Дж. Вудс, Ф. Галиано, М. Гамильтон и В. Бартоли (1992). Влияние углеводного питания на свободный триптофан в плазме и аминокислоты с разветвленной цепью во время длительного цикла. евро. J. Appl. Physiol. 65: 513-519.
• Феррейра, Л.Ф., и М.Б. Рид (2008). Мышечные ROS и регуляция тиолов при мышечной усталости. J. Appl. Physiol. 104: 853-860.
• Гонсалес-Алонсо, Дж., Р. Мора-Родригес, П.Р. Боул и Э.Ф. Койл (1997). Обезвоживание заметно ухудшает сердечно-сосудистую функцию у спортсменов с гипертермической выносливостью во время упражнений. J. Appl. Physiol. 82: 1229-1236.
• Хоули, Дж. А., Э. Дж. Шаборт, Т.Д. Ноукс и С.С.Деннис (1997). Углеводная нагрузка и выполнение упражнений. Sports Med. 24: 73-81.
• Хоули, Дж. А., Л. М. Берк, С. М. Филлипс и Л.Л. Сприет (2011). Пищевая модуляция адаптации скелетных мышц, вызванная тренировками. J. Appl. Physiol. 110: 834-845.
• Хермансен, Л., Э. Халтман и Б. Салтин (1967). Мышечный гликоген во время длительных тяжелых упражнений. Acta Physiol. Сканд. 71: 129-139.
• Hill, CA, R.C. Харрис, Х.Дж. Ким, Б.Д. Харрис, К. Сейл, Л. Х. Бубис, К. К. Ким, Дж.А. Уайз (2007). Влияние добавок β-аланина на концентрацию карнозина в скелетных мышцах и способность к высокоинтенсивной езде на велосипеде. Аминокислоты. 32: 225-233.
• Мацуи, Т., С., Соя, М. Окамото, Ю. Ичитани, К. Каванака, Х. Соя (2011). Гликоген в мозге уменьшается при длительных упражнениях. J. Physiol. 589: 3383-3393.
• Нибо, Л. (2003). Усталость ЦНС и длительные упражнения: эффект от приема глюкозы. Med. Sci. Спортивные упражнения. 35: 589-594.
• Нибо, Л. (2008). Гипертермия и переутомление. J. Appl. Physiol. 104: 871-878.
• · Ортенблад, Н., Х. Ветсербальд и Дж. Нильсен (2013). Запасы гликогена в мышцах и усталость. J. Physiol. 591: 4405-4413.
• Pedersen, T.H., O.B. Нильсен, Г.Д. Лэмб и Д.Г. Стивенсон (2004). Внутриклеточный ацидоз усиливает возбудимость работающих мышц. Наука. 305: 1144-1147.
• Пауэрс, С., W.B. Нельсон и Э. Ларсон-Мейер (2011). Добавки антиоксидантов и витамина D для спортсменов: чепуха? J. Sports Sci. 29: S47-S55.
• Ромер, Л.М. и М.И. Полки (2008). Усталость дыхательных мышц, вызванная упражнениями: влияние на работоспособность. J. Appl. Physiol. 104: 879-888.
• Сахлин К. и Дж.М. Рен (1989). Связь способности к сокращению с метаболическими изменениями во время восстановления после утомительного сокращения. J. Appl. Physiol. 67: 648-654.
• Сахлин, К., М. Тонконоги и К. Сёдерлунд (1998). Энергоснабжение и мышечная усталость у человека.