Pasteur-Effekt
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LoslegenNach Louis Pasteur (1822-1895), französischer Hygieniker und Mikrobiologe
Englisch: Pasteur's effect
Definition
Der Pasteur-Effekt beschreibt das Phänomen, dass Hefe in Abwesenheit von Sauerstoff (d.h. unter anaeroben Bedingungen) mehr Glukose verbraucht als in dessen Gegenwart (d.h. unter aeroben Bedingungen).
siehe auch: Pasteureffekt
Hintergrund
Im erweiterten Sinne subsumiert man unter diesem Begriff Schaltvorgänge zwischen anaerobem und aerobem Energiestoffwechsel. Sie basieren auf dem Energiestatus der Zelle bzw. der Verfügbarkeit von Sauerstoff. Ein analoger Effekt findet sich auch bei höheren Eukaryonten. Dort entsteht jedoch statt des Ethanols in Hefe Laktat (Milchsäure). Beide Reaktionen können aufgrund ihres anaeroben Verlaufs als Gärung bezeichnet werden.
Physiologie
Intensive Betätigung des Skelettmuskels erfordert spontan Energie, die nur durch anaeroben Umsatz von Glukose zu Lactat verfügbar ist. Der letzte Reaktionsschritt (Bildung von Laktat) regeneriert dabei das erforderliche Oxidationsmittel NAD+ (vgl. Glykolyse).
Steht der Zelle Sauerstoff zur Verfügung, so besteht die Möglichkeit, NAD+ in einer ausgedehnten Reaktionsfolge (Glykolyse - Zitratzyklus - Atmungskette) zu regenerieren und dies bei fast zwanzigfacher Energie-Ausbeute (ATP). Am Beispiel der Hefe ließ sich bei Sauerstoffzufuhr die Umstellung von anaerobem auf aeroben Stoffwechsel beobachten: ausgehend von der Glukose wird der Umsatz aller Metabolite drastisch gedrosselt, was beispielhaft über die Absorption (bzw. Fluoreszenz) von intrazellulärem NADH,H+ verfolgt werden konnte. Für die Einstellung des Metabolitenstroms unter diesen Bedingungen sind offenbar überwiegend Regulationsphänomene an der Phosphofruktokinase verantwortlich.
Obgleich die Skelettmuskulatur wenig ökonomisch mit dem Betriebsstoff Glukose umzugehen scheint, ist dies nicht als Energievergeudung zu werten. Leber und Herzmuskel sind in der Lage, Laktat (nach Überführung in Pyruvat) den oxidativen Abbauwegen zuzuführen (Cori-Zyklus).
Zellen, die über keine Mitochondrien verfügen (Erythrozyten), zeigen definitionsgemäß keinen Pasteur-Effekt. Tumorzellen umgehen ihn dadurch, dass aerobe Abbauwege aufgrund einer Fehlregulation ausgeschaltet sind, wodurch ständig Laktat produziert wird (Warburg-Effekt). Diese Fehlregulation bildete in der Vergangenheit Ansätze für bestimmte Formen der Tumortherapie (Hyperthermie nach Manfred von Ardenne).
Eine griffige Formulierung (Umschreibung des Pasteur-Effektes) besagt:
- Die Gärung ist ein alternativer Stoffwechselweg, der manchen Organismen hilft, lebensfeindliche Zeiten zu überstehen, obwohl dies energetisch ungünstig ist.