Autolys (biologi)

Inom biologin hänvisar autolys , mer allmänt känd som självsmältning , till förstörelsen av en cell genom inverkan av dess egna enzymer . Det kan också hänvisa till nedbrytningen av ett enzym av en annan molekyl av samma enzym.

Termen härstammar från grekiskan αὐτο- ("jaget") och λύσις ("sönderdelning").

Biokemiska mekanismer för celldestruktion

Histopatologi av sköldkörtelparenkym med autolytiska förändringar som ses vid obduktion , med follikulära celler i sköldkörteln som tränger in i folliklarna.

Autolys är ovanligt hos levande vuxna organismer och sker vanligtvis i nekrotisk vävnad eftersom enzymer verkar på komponenter i cellen som normalt inte skulle fungera som substrat . Dessa enzymer frisätts på grund av upphörandet av aktiva processer i cellen som tillhandahåller substrat i frisk, levande vävnad; autolys i sig är inte en aktiv process. Med andra ord, även om autolys liknar den aktiva processen för matsmältning av näringsämnen av levande celler, smälter de döda cellerna inte aktivt sig själva som ofta påstås, och som synonymen självnedbrytning antyder. Andningssvikt och efterföljande misslyckande med oxidativ fosforylering är utlösaren av den autolytiska processen. Den minskade tillgängligheten och efterföljande frånvaron av högenergimolekyler som krävs för att upprätthålla cellens integritet och upprätthålla homeostas orsakar betydande förändringar i cellens biokemiska funktion. ^{[ citat behövs ]}

Molekylärt syre fungerar som den terminala elektronacceptorn i serien av biokemiska reaktioner kända som oxidativ fosforylering som är ytterst ansvariga för syntesen av adenosintrifosfat , den huvudsakliga energikällan för annars termodynamiskt ogynnsamma cellulära processer. Misslyckande leverans av molekylärt syre till celler resulterar i ett metaboliskt skifte till anaerob glykolys , där glukos omvandlas till pyruvat som ett ineffektivt sätt att generera adenosintrifosfat. Glykolys har ett lägre ATP-utbyte än oxidativ fosforylering och genererar sura biprodukter som minskar cellens pH , vilket möjliggör många av de enzymatiska processer som är involverade i autolys.

Begränsad syntes av adenosintrifosfat försämrar många cellulära transportmekanismer som använder ATP för att driva energetiskt ogynnsamma processer som transporterar joner och molekyler över cellmembranet. Till exempel upprätthålls cellens membranpotential av natrium-kalium ATPas- pumpen. Fel i pumpen resulterar i förlust av membranpotential eftersom natriumjoner ackumuleras i cellen och kaliumjoner går förlorade genom jonkanaler. Förlust av membranpotential uppmuntrar förflyttning av kalciumjoner in i cellen, följt av förflyttning av vatten in i cellen, som drivs av osmotiskt tryck. Vattenretention, jonförändringar och försurning av cellen skadar membranbundna intracellulära strukturer inklusive lysosomen och peroxisomen .

Lysosomer är membranbundna organeller som vanligtvis innehåller ett brett spektrum av enzymer som kan hydrolytisk dekonstruktion av polysackarider , proteiner , nukleinsyror , lipider , fosforsyraacylestrar och sulfater. Denna process kräver uppdelning och segregering av enzymer och substrat via ett enda intracellulärt membran som förhindrar omotiverad förstörelse av andra intracellulära komponenter. Under normala förhållanden skyddas cellens molekylära maskineri ytterligare från lysosomal enzymaktivitet genom reglering av cytosoliskt pH. Aktiviteten hos lysosomala hydrolaser är optimal vid ett måttligt surt pH på 5, vilket är betydligt surare än det mer basiska genomsnittliga pH-värdet på 7,2 i den omgivande cytosolen. Ansamlingen av glykolysprodukter minskar emellertid cellens pH, vilket minskar denna skyddande effekt. Dessutom kommer lysosomala membran som skadats av vattenretention i cellen att frigöra lysosomala enzymer i cytosolen. Dessa enzymer är sannolikt aktiva på grund av det minskade cytosoliska pH-värdet och är således fria att använda cellulära komponenter som substrat.

Peroxisomer är vanligtvis ansvariga för nedbrytningen av lipider, särskilt långkedjiga fettsyror. I frånvaro av en aktiv elektrontransportkedja och tillhörande cellulära processer finns det ingen metabol partner för de reducerande ekvivalenterna i nedbrytningen av lipider. När det gäller autolys ger peroxisomer katabolisk potential för fettsyror och reaktiva syrearter, som frigörs i cytosolen när det peroxisomala membranet skadas av vattenretention och matsmältning av andra katabola enzymer.

Använda sig av

Frisättningen av kataboliskt aktiva enzymer från deras subcellulära platser initierar en irreversibel process som resulterar i en fullständig minskning av avlidna organismer. Autolys producerar en sur, anaerob, näringsrik miljö som vårdar aktiviteten hos invasiva och opportunistiska mikroorganismer i en process som kallas förruttnelse . Autolys och förruttnelse är de huvudsakliga processerna som ansvarar för nedbrytningen av rester.

Vid läkning av sår kan autolytisk debridering vara en hjälpsam process, där kroppen bryts ner och gör död vävnad flytande så att den kan tvättas eller bäras bort. Moderna sårförband som hjälper till att hålla såret fuktigt kan hjälpa till i denna process. ^{[ citat behövs ]}

I livsmedelsindustrin innebär autolys att döda jäst och uppmuntra nedbrytning av dess celler av olika enzymer. Den resulterande autolyserade jästen används som en smaksättning eller smakförstärkare. För jästextrakt , när denna process utlöses av tillsats av salt , kallas det plasmolys.

I brödbakning beskrivs termen (eller, vanligare, dess franska besläktade autolyse ) som en viloperiod efter initial blandning av mjöl och vatten, innan andra ingredienser (som salt och jäst) tillsätts till degen. Om du gör det blir degen lättare att forma och förbättrar strukturen. Termen myntades av den franske bakprofessorn Raymond Calvel , som rekommenderade proceduren som ett sätt att minska knådningstiden och därigenom förbättra brödets smak och färg. Calvel hävdar att långa knådningstider utsätter degen för atmosfäriskt syre, som bleker de naturligt förekommande karotenoiderna i brödmjöl, vilket berövar mjölet dess naturliga krämiga färg och smak.

Vid framställning av jästa drycker kan autolys uppstå när musten eller vörten får ligga på jästfällningen under lång tid. Vid ölbryggning orsakar autolys oönskade bismaker. Autolys vid vinframställning är ofta oönskat, men när det gäller de bästa champagnerna är det en viktig komponent för att skapa smak och munkänsla.

Se även