Ontogeneza anaeroba

Este un fapt general autentic in lumea eucariotelor ca eliberarea de energie in primele stadii embrionare se face prin procese anaerobiotice, iar ulterior prin procese aerobiotice (ceea ce reprezinta o recapitulare a filogeniei in ontogenie). Conditiile reducatoare si hipoxia necesare cresterii si diviziunii anaerobe in stadiile timpurii ale ontogenezei sint create prin contributia mai multor factori. Astfel, pH-ul este alcalin si atinge cele mai mari valori (7,22—7,52) in tesuturile embrionare foarte tinere, iar mediul alcalin defavorizeaza disociatia oxihemoglobinei si convine desfasurarii optime a glicolizei. Ca urmare a fermentatiei glicolitice intense, se acumuleaza acid lactic, insa acest pericol este combatut de marea putere tampon a tesuturilor embrionare care atinge nivelul maxim la pH 5,6—6,3, fapt care favorizeaza metabolismul anaerob. Trebuie sa mentionam aici ca, potrivit unor date experimentale, in ontogeneza incipienta stratul superficial (cortical) al oului se comporta ca o bariera la patrunderea oxigenului.

Astfel Glicoliza anaeroba tipica pentru metabolismul primelor stadii ar fi consecinta permeabilitatii scazute a suprafetei embrionare. La existenta puterii reducatoare a mediului contribuie 40K prin radiatia beta, gruparile fosfat, cresterea glutationului redus (activator al triozo-fosfatdehidrazei, enzima cu rol esential in glicoliza) la o ora dupa fecundare si in decursul segmentarii. Mentionam ca, precum s-a dovedit cu ajutorul aparatului de inalta tensiune al lui Furth, potasiul in mediul biologic migreaza spre anod (Keller), iar aceasta electronegativitate biologica se mentine si in mediu acid, deci nu se datoreaza adsorbtiei sale de catre proteinele electronegative (Wallsch-Kittl), ci, mai degraba, radiatiei beta (flux de electroni).
 Este interesant sa relevam faptul ca, desi filogeneza anaeroba s-a desfasurat pe o perioada de timp mult mai indelungata decat durata filogenezei aerobe, in ontogeneza acest raport se inverseaza, stadiile timpurii (anaerobe) ale embriogenezei limitindu-se la o durata extrem de scurta. Acest fapt se explica, in primul rind, prin aceea ca instructiunile codificate in ADN-ul anaerob (ancestral) nu determina structuri specifice la eucariote. Etapa ontogeniei aerobe se extinde insa pe o durata incomparabil mai mare, ocupind practic intreaga dezvoltare a organismului, deoarece transcrierea si traducerea programului inregistrat in garniturile de ADN aerob (specific) implica biosinteza unui numar imens de proteine (structurale si enzimatice) diferentiate. Asadar, faptul ca durata sarcinii este determinata de timpul necesar producerii de proteine specifice mai poate fi sustinut si prin aceea ca nou-nascutii din diverse specii au, in momentul nasterii greutati diferite, in timp ce diametrul oualor mature la mamifere este aproximativ egal: la om 130-140 de microni, la cal 135 de microni, la caine 135-145 de microni, la iepure 120-130 de microni si chiar la balene diametrul oului matur nu depaseste 140 de microni. Oul nefecundat este o celula anaeroba. La amfibieni, de pilda, s-a constatat experimental ca Oxidarea nu este absolut indispensabila bunului mers al fecundarii, aceasta fiind posibila si atunci cind se blocheaza oxidatiile (de exemplu, prin folosirea cianurilor). Secventa nucleica anaeroba din genomul eucariotei are conditii optime in nucleu pentru a-si indeplini functiile principale de replicator, transcriptor si depozitar al mesajului genetic ancestral.
Nucleul celular se comporta oarecum izolat ca sistem biochimic, contine enzimele glicolizei (aldolaza, nehidrogenaza aldehidei fosfoglicerice, enolaza piruvatfosfokinaza) si poate cataliza reactia de fosforilare a acidului adenozindifosforic (ADP) . Distrugerea nucleelor cu ajutorul ultrasunetelor provoaca cresterea activitatii unor enzime, printre care se distinge si aldolaza. Pe langa un sistem glicolitic activ, nucleele contin si enzime care catalizeaza transformarea pentozei.  In conditii anaerobe, nucleul asigura glicoliza la un nivel necesar, transformind rapid glucozo-6-fosfatul in acid piruvic si lactic si mentine ATP in stare fosforilata. S-a constatat ca glicoliza nucleara nu se mentine la un nivel standard propriu nucleului, ci sufera variatii in functie de starea fiziologica a celulei,  intrucat in stadiile timpurii ale ontogenezei respiratia si fosforilarea oxidativa lipsesc, intreaga cantitate de fosfat anorganic (P) si ADP ramane la discretia glicolizei. Energia pentru fixarea fosfatilor pe nucleozide este deci furnizata de glicoliza iar fosfatul necesar sintezei intranucleare a ATP (notam ca ATP nu traverseaza membrana nucleara) este luata din compusul care este un polifosfat in care nucleul incorporeaza P anorganic.
Dupa cum s-a dovedit, blocarea fosforilarii in mitocondrii nu afecteaza procesul fosforilarii intranucleare. ATP generat de glicoliza poate migra liber prin difuziune in plasma fundamentala nestructurata (carioplasma si hialoplasma), hexokinaza fiind fixata pe membrana celulara. Deci Este probabil ca nucleul celular —care pare sa fie capabil numai intr-o proportie limitata sa-si procure singur energia — o poate obtine mai usor din acest ATP liber si mobil, decit din ATP-ul intramitocondrial provenit din oxidare. O furnizare favorabila de energie pentru nucleul celular pare sa stimuleze in interiorul acestuia atit functiile de sinteza in procesul de crestere (sinteza de acizi nucleici si de proteine), cit si procesele de miscare, care sint in legatura, cu mitoza.
 Pe baza celor aratate se poate conchide ca sursa principala a energiei necesare pentru activitatea nucleului o constituie glicoliza intracelulara si combinatiile bogate in energie ale fosforului, care patrund in nucleu din citoplasma, incit aceste procese tocmai datorita acestui fapt pot decurge si in conditii anaerobe. In conditii obisnuite, diviziunea nucleara se realizeaza anaerob, deci cu metabolism glicolitic, existand un raport direct intre intensitatea metabolismului anaerob si continutul in acizi nucleici.
Enzimele energetice sint mult mai active in stadiile timpurii ale ontogenezei in comparatie cu stadiile mai tardive, nucleele efectuind sinteze intense si deci cresteri cantitative de acizi nucleici, proteine si coenzime de tip nucleotidic. Energia necesara acestor procese endergonice (fosforilarea nucleozidelor, formarea legaturilor peptidice) este furnizata de glicoliza anaeroba (ATP glicolitica).
In citoplasma ovocitelor exista mari cantitati de ADN citopiasmatic si acesta se deosebeste de ADN caracteristic pentru specia respectiva, atit prin starea de polimerizare scazuta (ADN micropolimer), cit si in ce priveste componenta nucleotidica. Astfel, in ovulele de Rana pipiens si Xenopus laevis se afla o cantitate de ADN de 300—500 de ori mai mare decit cantitatea de ADN diploida. Prin tehnica hibridarii s-a stabilit ca acest ADN nu este complementar decit cu o mica fractie de ADN din ficatul acestor organisme.
S-au constatat, de exemplu la embrionul de gaina de 36 de ore, mari cantitati de ARN si proteina nehisionica asociata cu ADN la nivelul cromatinei nucleare. Aceasta observatie experimentala pledeaza in sensul ca ADN-ul asociat cu proteina nehistonica ar putea fi insa grupul de gene linkat ancestrale, component normal al genomuiui eucariotei, deoarece este dovedit ca ADN-ul procariotelor (inclusiv ADN-ul mitocondrial si ADN-ul plastidial) se asociaza numai cu proteine nehistonice.
In privinta sintezei ADN cromozomal in stadiul segmentarii (de multiplicare celulara anaeroba), aceasta poate avea loc de novo din precursori mai simpli, cu greutate moleculara mica, proveniti din citoplasma, fap dovedit, de pilda, la oul de amfibian, la oul de gaina, la oul de mamifer.

In embrionii timpurii se constata importante rezerve de ADN citoplasmatic (vitelin), de exemplu la oul de amfibian, considerate de unii autori ca fiind utilizabile in sinteza ADN cromozomal. Aceasta opinie apare insa in contradictie cu datele potrivit carora sinteza ADN-ului cromozomal are loc si la embrionii explantati, cresterea cantitatii de ADN fiind proportionala cu multiplicarea nucleelor, ceea ce ar duce la concluzia ca marirea cantitatii de ADN din primele stadii ale dezvoltarii nu s-ar face pe seama rezervelor de acizi nucleici, rezerve ce vor fi utilizate doar mai tarziu. Efroimson afirma ca oul nefecundat, pe linga substantele nutritive obisnuite, primeste de la organismul matern uriase rezerve de ADN solubilizat, suficient pentru formarea a zeci de mii sau milioane de celule ale embrionului. Nucleele embrionului contin atat cromozomi de provenienta materna, cit si cromozomi paterni. Prin urmare, ADN matern necromozomal se dezintegreaza in ovocit pina la nivelul progenei, dupa care se resintetizeaza in egala masura dupa codul cromozomilor materni si paterni. Deci tineretea ovocitului si capacitatea acestuia de a da nastere la o salva de mitoze sint conditionate de rezervele de ADN decodificat. Pana in a 15-a zi a embrionului de gaina activitatea dezoxiribonucleazei si ribonueleazei este foarte redusa, iar condriomul este filamentos, caracteristic celulelor imature. Mitocondriile apar incepind din ultima parte a stadiului de blastula. Pana atunci lipsesc si majoritatea enzimelor care in mod normal se gasesc in aceste organite celulare. Xantinoxidaza apare numai in a 15-a zi de incubatie a embrionului de gaina. S-a dovedit experimental tot pe embrion de gaina in stadiile timpuri (anaerobe) ale ontogenezei, precum si pe fragmente in curs de regenerare trecerea uracilului in timina. Procesul metilarii si trecerii in timina a uracilului este favorizat de vitamina B12 si acidul folic, care au rol de cofactori in biosinteza acizilor nucleici. Vitamina B12 elibereaza acidul folic din conjugatele sale, acesta fiind capabil sa treaca prin formilare, in factor citrovorum (acid folinic) - forma formilica redusa, adica metabolica activa a acidului pteroilglutamic - iar acesta transporta radicalul formil, respectiv metil pe uracil rezultand 5 metil-uracil (timina). Apoi, vitamina B12 fixeaza radicalul dezoxiriboza (furnizat de suntul pentozelor) pe timina, rezultand timidina. Cu ajutorul timidin-kinazei si ADN-polimerazei, timidina trece in timidintrifosfat si se poate incorpora in catena ADN.