巴斯德效应,此效应也存在人体组织中(例:肌肉组织).
巴斯德效应名词解释是供氧充分的条件下呼吸抑制酵解,以后在肌肉酵解中也观察到同样的现象。例如在激烈运动时,肌肉中缺氧糖氧化受到限制酵解加强糖消耗和乳酸生成都升高反之,在供氧充足的条件下,酵解受到抑制糖消耗和乳酸生成都减少。这种现象称为巴斯德效应。它实际上是糖酵解和有氧氧化间的一种调节。
产生原理
巴斯德观察到,在微生物发酵中,氧浓度增加能抑制酒精发酵,这个现象被命名为巴斯德效应。就是说,低浓度的氧,有利于发酵;高浓度的氧,抑制发酵,而促进有氧呼吸,同时使糖酵解速率减慢,有利于合理地利用能量和把来自糖的碳用于合成反应。
这是因为有NADH可穿梭进入线粒体而氧化而抑制了乳酸的生成。缺氧时NADH不能经呼吸链氧化,丙酮酸作为氢的接受体还原成乳酸,所以有氧抑制了酵解。这就说明,通过改变外界的氧浓度,可以对代谢过程进行调节。
以上内容参考:百度百科-巴斯德效应
法国微生物学家、化学家巴斯德,在研究酵母菌的乙醇发酵时最早发现;在无氧条件下,以葡萄糖为原料进行乙醇发酵时,只有少量酵母菌产生,却消耗大量的糖,每形成一份酵母菌消耗60~80份(重量比)的糖。而在有氧条件下,酵母菌细胞可进行有氧呼吸,酵母菌旺盛增殖,但其发酵特性则不明显,每生产一份酵母菌只用去4~10份糖,即单位时间内糖消耗速度减慢,乙醇产量显著下降。这种有氧呼吸抑制发酵的现象,后人称之为巴斯德效应。巴斯德效应不仅存在于酵母菌中,而且几乎在所有兼性微生物中都有。长期以来,人们对巴斯德效应的机理曾作过大量的研究,提出过不少设想,但都不够完善。近年来由于提出腺苷酸比值(ATP/ADP)对糖酵解途径中的关键酶有调节作用,特别是对磷酸果糖激酶(PFK)的别构调节是控制糖酵解与有氧呼吸速度的决定因素,从而认为巴斯德效应主要是代谢调节的结果。
1 腺苷酸比值对糖酵解的影响
酵母菌是兼性厌氧菌,在无氧条件下,通过糖酵解(EMP)途径进行葡萄糖的乙醇发酵。在糖酵解途径中,已糖激酶(HK),磷酸果糖激酶(PFK)和丙酮酸激酶(PK)是3个关键酶,调节这些酶的活性可以影响糖酵解速度。
目前已知ATP对磷酸果糖激酶的活性有抑制作用,而ADP对磷酸果糖激酶和已糖激酶的活性有激活作用。在有氧条件下,酵母菌进行有氧呼吸,大量的ADP和无机磷进入线粒体,通过氧化磷酸化反应,转变成ATP,ATP透过线粒体,使细胞质中ATP/ADP比值增高。由于ATP增多和ADP减少,抑制了磷酸果糖激酶的活性,从而抑制了糖酵解的速度。
2 无机磷和柠檬酸对糖酵解的影响
除了ATP之外,柠檬酸、异柠檬酸对磷酸果糖激酶的活性有抑制作用,而无机磷则对磷酸果糖激酶和已糖激酶的活性均有激活作用。当在有氧条件下,无机磷和ADP进入线粒体形成了ATP,使细胞质中无机磷浓度降低。另一方面,酵母菌进行有氧呼吸,经三羧酸循环产生柠檬酸和异柠檬酸,使细胞中柠檬酸、异柠檬酸等抑制物增多。由于无机磷的减少和柠檬酸等物质的增多,也会抑制磷酸果糖激酶的活性,使糖酵解速度减慢。
3 NAD+和NADH对糖酵解的影响
现已知酵母菌的乙醇发酵速度还与糖酵解过程中NAD+和NADH的周转有关。当3-磷酸甘油醛脱氢时,NAD+被还原为NADH;而乙醛还原为乙醇时,NADH被氧化为NAD+。在无氧条件下,NAD+和NADH的周转比较快,因而糖酵解加速,糖的消耗也多。然而,在有氧条件下,糖酵解产生的NADH,不能用于还原乙醛,而是进入线粒体,通过呼吸链的氢传递和电子传递生成水,由于NAD+和NADH不能周转,发酵作用便受到抑制,糖酵解速度随之减慢。
4 6-磷酸葡萄糖对糖酵解的影响
酵母菌进行有氧呼吸时,造成ATP/ADP比值增高,以及柠檬酸增多和无机磷减少,致使磷酸果糖激酶活性下降,最终导致6-磷酸葡萄糖的积累。而过多的6-磷酸葡萄糖对已糖激酶有反馈抑制作用,使葡萄糖磷酸化减慢,进而也影响糖酵解速度。另外,由于葡萄糖不能继续转化成6-磷酸葡萄糖,结果又使酵母菌细胞中葡萄糖浓度升高,间接地降低了外界葡萄糖向酵母菌细胞内运输的速率,从而使酵母菌在有氧条件下对糖的消耗速度大大降低。
总之,酵母菌有氧呼吸会造成ATP/ADP比值增高,以及柠檬酸等物质的增多和无机磷的相对减少,最终抑制了磷酸果糖激酶的活性;同时有氧呼吸消耗NADH,使糖酵解过程中的NAD+和NADH不能发生周转,影响糖酵解速度,产生所谓有氧呼吸抑制发酵的巴斯德效应。