ZIRKULATION IN PILZEN: NÄHRSTOFFE, SUBSTANZEN, OSMOREGULATION - BIOLOGIE - 2025

Der Kreislaufpilz ist das System, mit dem der Transport von Substanzen von außen nach innen von Pilzen und umgekehrt erfolgt. Dies umfasst neben anderen Funktionen, die einen Flüssigkeitsaustausch erfordern, die Aufnahme von Nährstoffen, um sie in ihrer Struktur zu verteilen, sowie den Transport von Enzymen und die Ausscheidung von Substanzen.

Diese Organismen enthalten weder chlorophyllähnliche Pflanzen noch ein Blutgefäßsystem wie bei Tieren. Im Gegensatz dazu haben Pilze kein spezielles Gewebe für diese Funktion.

Grafische Darstellung der Flüssigkeitszirkulation in Hyphen und Hefen. Quellbild links Flickr, Bild rechts Wikipedia.com

Pilze verhalten sich jedoch wie alle Lebewesen wie dynamische Systeme, in denen Substanzen und Nährstoffe transportiert werden. In diesem Fall werden sie durch die Bewegung des Zytoplasmas oder mit Hilfe von Transportervesikeln durchgeführt.

Die Flüssigkeitszirkulation in Pilzen kann bei der Verdauung und Absorption von Nährstoffen, bei der Morphogenese von Pilzstrukturen, im osmotischen Gleichgewicht und beim Ausstoß von Abfallstoffen beobachtet werden.

In diesen Mikroorganismen gibt es Mechanismen, die den Ein- und Austritt von Substanzen regulieren, sowie spezifische Mechanismen für deren Transport.

Die Zirkulation von Flüssigkeiten in diesen Organismen ist sehr wichtig für ihr Überleben. Aus diesem Grund zielen die zur Behandlung von Pilzinfektionen verwendeten Substanzen darauf ab, die Permeabilität der zytoplasmatischen Membran zu verändern und ein Ungleichgewicht in der Zelle zu erzeugen, das zum Zelltod führt.

Nährstoffkreislauf

Die Fütterung der Pilze erfolgt nach einem Verfahren, das als direkte Absorption bezeichnet wird. Dieses System der Nährstoffaufnahme erfordert einen vorherigen Schritt, bei dem die Pilze Enzyme in die Umwelt absondern, um organische Stoffe abzubauen und so ihre Nährstoffe in kleineren Molekülen aufnehmen zu können.

Somit führen sie eine Art externe Verdauung durch (außerhalb der Zellstruktur). Dann passieren die gelösten Nährstoffe die Zellwand (die aus Chitin besteht), um schließlich durch einen als einfache Diffusion oder Osmose bezeichneten Prozess, bei dem kein Energieverbrauch entsteht, gleichmäßig auf das Protoplasma verteilt zu werden.

Diese Form der Fütterung ist unter dem Namen Osmotrophie bekannt. Aufgrund der Art und Weise, wie Pilze sich ernähren, gelten sie außerdem als heterotrop, da sie keine eigenen organischen Verbindungen produzieren können, wie sie in autotrophen Organismen vorkommen.

Das heißt, die Energie, die sie benötigen, wird durch die Assimilation und den Metabolismus von organischen Verbindungen gewonnen, die durch Exoenzyme gelöst sind.

Die Strukturen, die für die Verteilung der Nährstoffe in filamentösen oder mehrzelligen Pilzen verantwortlich sind, sind die Hyphen. Diese sind am Austausch von Nährstoffen und Wasser zwischen den verschiedenen Teilen des Pilzes beteiligt.

Zirkulation von Substanzen bei der Morphogenese von Pilzstrukturen

Die Bildung der Strukturen des Pilzes erfordert auch die Zirkulation von Substanzen. Dies geschieht auf etwas andere Weise.

Hyphenverlängerung

Die Verlängerung von Hyphen in Pilzen ist möglich durch den gerichteten Transport von Vesikeln, die Vorläufersubstanzen enthalten, zusammen mit Synthetasen von der Hyphenwand. Diese Vesikel sind auf die apikale Kuppel der Hyphe gerichtet, wo die Freisetzung des vesikulären Inhalts erfolgt.

Die Erzeugung der neuen Hyphenwand zur Bildung und Polymerisation von Mikrofibrillen erfordert das Enzym Chitinsynthetase. Dieses Enzym wird in Mikrovesikeln, sogenannten Chitosomen, in Form von Zymogenen (inaktives Enzym) zur Hyphenspitze transportiert.

Chitosomen bilden sich im Zytoplasma in freier Form oder in größeren Vesikeln, ähnlich denen, die vom Golgi-Apparat erzeugt werden.

Anschließend erfolgt die Aktivierung der Chitinsynthetase durch Fusion des Chitosoms mit dem Plasmalemma, wodurch die Wechselwirkung einer an die Membran gebundenen Protease mit dem inaktiven Enzym (Zymogen) ermöglicht wird. So beginnt die Chitin-Mikrofibrilogenese an der Hyphenspitze.

Knospenhefe

Bei Hefen erfolgt auch der Transport von Substanzen. In diesem Fall ist es für die Biosynthese des Hefezytoskeletts notwendig. Es erfordert eine Protease-Synthetase, die gleichmäßig im Zytoplasma verteilt ist und an die Zellmembran bindet.

Dieses Enzym ist an Hefewachstumsstellen aktiv und inaktiv, wenn keine Teilung vorliegt.

Es wird angenommen, dass die aktivierenden Substanzen des Enzyms durch Mikrovesikel zum Plasmalemma an Stellen transportiert werden können, an denen die Zellwandbiosynthese (Knospung und Septumtrennung) aktiv ist.

Gleichgewicht zwischen der Synthese der Dehnung der Hyphen- oder Hefewand und der Modifikation der Matrix

Bei den Prozessen der Bildung und Insertion neuer Strukturen und der Modifikation der bereits vorhandenen Matrix, sowohl bei Fadenpilzen als auch bei Hefeknospen, muss ein Gleichgewicht bestehen.

In diesem Sinne wurde das Vorhandensein von lytischen Enzymen entdeckt, die in Makrovesikeln transportiert werden, um auf die Hyphenspitze oder die Hefeknospe abzuzielen.

Diese Enzyme sind β1-3-Glucanase, N-Acetyl-β-D-Glucosaminase und Chitinase. Die Enzyme wirken, wenn das Makrovesikel mit der Plasmamembran verschmilzt und an geeigneter Stelle freigesetzt wird, um ihre Wirkung auszuüben (Exozytose).

Osmoregulation

Dieser Prozess beinhaltet die Bewegung von Substanzen durch verschiedene Mechanismen wie passiven Transport, aktiven Transport und Exozytose.

Hefen und einige Schimmelpilze zeichnen sich dadurch aus, dass sie osmophile oder xerotolerante Mikroorganismen sind. Dies bedeutet, dass sie in nichtionischen Umgebungen mit hoher Osmolarität wachsen können. Dadurch können sie auf Substraten mit einer hohen Konzentration an organischen Verbindungen wie Glucose wachsen.

Es wurden viele Untersuchungen durchgeführt, um diesen Mechanismus zu verstehen, der gezeigt hat, dass Hefen stark hydrophile Proteine ​​enthalten, die die Zelle vor Dehydration schützen.

Es wurde auch entdeckt, dass Substanzen wie Glycerin als osmoregulatorische Substanzen wirken können, die Zellen vor Pilzen schützen und ihnen die Fähigkeit geben, sich schneller an osmotische Veränderungen anzupassen.

Stofftransportmechanismen

Innerhalb von Pilzen können drei verschiedene Arten des Substanztransports auftreten: passiver Transport, aktiver Transport und Exozytose.

Passiver Transport ist der Transport ohne Energieaufwand, da er durch einfache Diffusion (Austritt oder Eintritt von Substanzen durch einen beliebigen Teil der Membran) erfolgt. In diesem Fall gelangt die Substanz auf die andere Seite der Membran, wo die Konzentration dieses Metaboliten geringer ist. Somit kann eine Substanz von der Innenseite des Pilzes nach außen oder umgekehrt gelangen.

Es kann auch durch erleichterte Diffusion gegeben werden, die nach dem gleichen Prinzip wie das vorherige Verfahren funktioniert, mit der Ausnahme, dass Transporterproteine ​​verwendet werden, die in der Plasmamembran gefunden werden.

Andererseits erfordert aktiver Transport einen Energieaufwand, da er gegen einen Konzentrationsgradienten auftritt.

Schließlich ist Exozytose die Ausscheidung von Substanzen nach außen, die durch Vesikel freigesetzt werden, wenn sie mit der Plasmamembran verschmelzen.

Entsorgung von Abfallstoffen

Pilze stoßen durch den Stoffwechsel Abfallstoffe aus, die durch Zellmembranen ausgeschieden werden. Dieser Prozess ist als Ausscheidung bekannt und erfolgt durch Exozytose.

Die von Pilzen freigesetzten Substanzen können später von anderen Organismen oder von sich selbst verwendet werden.

Wirkung von Antimykotika auf die Zirkulation von Pilzen

Antimykotika sind Substanzen zur Beseitigung pathogener oder opportunistischer Pilze, die bei Menschen und Tieren eine spezifische Pathologie hervorrufen.

Diese Medikamente verändern die Bewegungen bestimmter Substanzen (wie Kalium oder Natrium) und verursachen im Allgemeinen ihren Austritt aus den Zellen. Andererseits induzieren andere den Eintritt von Calciumionen in den Körper, was zum Zelltod führt.

Zwei der häufigsten Beispiele für Antimykotika sind Amphotericin B und Triazole. Amphotericin B bindet an die Pilzsterine und destabilisiert die Zellpermeabilität, wodurch zytoplasmatisches Material entweichen kann und zum Tod führt.

Andererseits verhindern Triazole die Synthese von Ergosterol. Dies führt zum Verlust der Integrität der Pilzmembran.

Ref.

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