Crabtreeeffekten

Der Crabtree-Effekt bezeichnet die Tendenz bestimmter Hefen, insbesondere Saccharomyces cerevisiae, bei hohen Glukosekonzentrationen Ethanol zu fermentieren, obwohl Sauerstoff vorhanden ist. Dadurch kommt es zu einer aeroben Fermentation, während die mitochondriale Atmung nur begrenzt genutzt wird. Bei niedrigen Glukosemengen verschiebt sich der Stoffwechsel stärker in Richtung vollständiger Zellatmung.

Der Effekt ist das Gegenstück zum Pasteur-Effekt: Unter Sauerstoffpräsenz würden Zellen normalerweise vermehrt atmen, doch beim Crabtree-Effekt blockiert oder dämpft die Glukoseregulation die respiratorische Aktivität, sodass die Glykolyse dominiert und Fermentation vorherrscht.

Mechanistisch ist der Crabtree-Effekt eine Folge der Glukose-Repression und der gesteuerten Balance zwischen Glykolyse und Atmung. Hohe Glukosekonzentrationen aktivieren Repressoren, die die Expression respiratorischer Gene verringern, während der Snf1-Signalweg und Transkriptionsfaktoren wie Mig1 eine zentrale Rolle spielen. Dadurch wird Pyruvat bevorzugt in Ethanol umgewandelt, NAD+ regeneriert und der weiterlaufende Energiestrom durch Fermentation gewährleistet.

Auswirkungen und Bedeutung liegen in der Ökonomie des Wachstums in zuckerreichen Umgebungen: Die Fermentation liefert Energie schneller, ist jedoch energetisch weniger effizient als vollständige Oxidation. In der Industrie beeinflusst der Crabtree-Effekt die Gestaltung von Fermentationsprozessen in Betrieben der Brauerei, Weinherstellung und Bioethanolproduktion sowie die Vorhersage von Produktprofilen in Hefekulturen.

Historisch geht der Begriff auf Herbert Crabtree zurück, der den Effekt 1929 beschrieb. Der Crabtree-Effekt tritt vor allem bei S. cerevisiae in unterschiedlicher Ausprägung auf und ist Gegenstand zahlreicher Studien zu Stoffwechselregulation und Overflow-Metabolismus.