Τα χαρακτηριστικά του Saccharomyces cerevisiae, τη μορφολογία και τον κύκλο ζωής



Το Saccharomyces cerevisiae ή η ζύμη ζυθοποιίας είναι ένα είδος μονοκύτταρου μύκητα που ανήκει στην άκρη Ascomicota, στην τάξη Hemiascomicete και στην τάξη Saccharomicetales. Χαρακτηρίζεται από την ευρεία κατανομή των ενδιαιτημάτων, όπως τα φύλλα, τα λουλούδια, το έδαφος και το νερό. Το όνομά του σημαίνει μύκητα ζάχαρης μπύρας, επειδή χρησιμοποιείται κατά την παραγωγή αυτού του δημοφιλούς ποτού.

Αυτή η μαγιά έχει χρησιμοποιηθεί για περισσότερο από έναν αιώνα στο ψήσιμο και το ψήσιμο, αλλά ήταν στις αρχές του 20ού αιώνα, όταν οι επιστήμονες την προσέδωσαν, μετατρέποντάς την σε μοντέλο μελέτης.

Αυτός ο μικροοργανισμός έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορες βιομηχανίες. Σήμερα είναι ένας μύκητας ευρέως χρησιμοποιούμενος στη βιοτεχνολογία, για την παραγωγή ινσουλίνης, αντισωμάτων, αλβουμίνης, μεταξύ άλλων ουσιών που ενδιαφέρουν την ανθρωπότητα.

Ως μοντέλο μελέτης, αυτή η ζύμη έχει διευκρινίσει τους μοριακούς μηχανισμούς που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου σε ευκαρυωτικά κύτταρα.

Ευρετήριο

  • 1 Βιολογικά χαρακτηριστικά
  • 2 Μορφολογία
  • 3 Κύκλος ζωής
  • 4 Χρήσεις
    • 4.1 Ζυμαρικά και ψωμί
    • 4.2 Συμπλήρωμα διατροφής
    • 4.3 Παραγωγή ποτών
    • 4.4 Βιοτεχνολογία
  • 5 Αναφορές

Βιολογικά χαρακτηριστικά

Το Saccharomyces cerevisiae είναι ένα μονοκύτταρο ευκαρυωτικό μικρόβιο, σφαιρικό, κιτρινωπό πράσινο. Είναι χημειοργανοτροφική, καθώς απαιτεί οργανικές ενώσεις ως πηγή ενέργειας και δεν απαιτεί την ανάπτυξη του ηλιακού φωτός. Αυτή η ζύμη είναι ικανή να χρησιμοποιεί διαφορετικά σάκχαρα, με τη γλυκόζη να είναι η προτιμώμενη πηγή άνθρακα.

Το S. cerevisiae είναι προαιρετικό αναερόβιο, εφόσον είναι ικανό να αναπτυχθεί υπό συνθήκες έλλειψης οξυγόνου. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιβαλλοντικής κατάστασης, η γλυκόζη μετατρέπεται σε διαφορετικά ενδιάμεσα όπως η αιθανόλη, το CO2 και η γλυκερόλη.

Το τελευταίο είναι γνωστό ως αλκοολική ζύμωση. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η ανάπτυξη της ζύμης δεν είναι αποτελεσματική, ωστόσο, είναι το μέσο που χρησιμοποιείται ευρέως από τη βιομηχανία για την ζύμωση των σακχάρων που υπάρχουν σε διαφορετικούς κόκκους όπως το σιτάρι, το κριθάρι και το καλαμπόκι.

Το γονιδίωμα του S. cerevisiae έχει αναλυθεί πλήρως, είναι ο πρώτος ευκαρυωτικός οργανισμός που πρέπει να επιτευχθεί. Το γονιδίωμα είναι οργανωμένο σε ένα απλοειδές σύνολο 16 χρωμοσωμάτων. Περίπου 5800 γονίδια προορίζονται για πρωτεϊνική σύνθεση.

Το γονιδίωμα του S. cerevisiae είναι πολύ συμπαγές, σε αντίθεση με τους άλλους ευκαρυώτες, αφού το 72% αντιπροσωπεύεται από γονίδια. Σε αυτή την ομάδα, περίπου 708 έχουν αναγνωριστεί ως συμμετέχοντες στο μεταβολισμό, πραγματοποιώντας περίπου 1035 αντιδράσεις.

Μορφολογία

Το S. cerevisiae είναι ένας μικρός μονοκύτταρος οργανισμός που σχετίζεται στενά με τα κύτταρα των ζώων και των φυτών. Η κυτταρική μεμβράνη διαχωρίζει τα κυτταρικά συστατικά από το εξωτερικό περιβάλλον, ενώ η πυρηνική μεμβράνη προστατεύει το κληρονομικό υλικό.

Όπως και σε άλλους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, η μιτοχονδριακή μεμβράνη εμπλέκεται στην παραγωγή ενέργειας, ενώ το ενδοπλασματικό δίκτυο (ER) και η συσκευή Golgi εμπλέκονται στη σύνθεση λιπιδίων και πρωτεϊνικών τροποποιήσεων..

Τα κενοτόπια και τα υπεροξυσώματα περιέχουν μεταβολικές οδούς που σχετίζονται με τις πεπτικές λειτουργίες. Εν τω μεταξύ, ένα πολύπλοκο δίκτυο ικριωμάτων ενεργεί ως κυψελοειδές υποστήριγμα και επιτρέπει κυτταρική κίνηση, εκτελώντας έτσι τις λειτουργίες του κυτταροσκελετού.

Οι δέσμες ακτίνης και μυοσίνης του κυτταροσκελετού δουλεύουν μέσω της χρήσης ενέργειας και επιτρέπουν την πολική τάξη των κυττάρων κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης.

Ο κυτταρικός διαχωρισμός οδηγεί στην ασύμμετρη διαίρεση των κυττάρων, με αποτέλεσμα ένα μεγαλύτερο βλαστοκύτταρο από το θυγατρικό κύτταρο. Αυτό είναι πολύ κοινό στη μαγιά και είναι μια διαδικασία που ορίζεται ως εκκολαπτόμενη.

Το S. cerevisiae έχει ένα κυτταρικό τοίχωμα χιτίνης, δίνοντας στη μαγιά την κυτταρική μορφή που το χαρακτηρίζει. Αυτό το τοίχωμα εμποδίζει την ωσμωτική βλάβη, καθώς ασκεί πιέσεις, παρέχοντας αυτούς τους μικροοργανισμούς με κάποια πλαστικότητα υπό επιβλαβείς περιβαλλοντικές συνθήκες. Το κυτταρικό τοίχωμα και η μεμβράνη συνδέονται με τον περιπλασμικό χώρο.

Κύκλος ζωής

Ο κύκλος ζωής του S. cerevisiae είναι παρόμοιος με αυτόν των περισσότερων σωματικών κυττάρων. Μπορεί να υπάρχουν απλοειδή και διπλοειδή κύτταρα. Το μέγεθος των κυττάρων απλοειδών και διπλοειδών κυττάρων ποικίλει ανάλογα με τη φάση ανάπτυξης και στέλεχος στο στέλεχος.

Κατά τη διάρκεια της εκθετικής ανάπτυξης, η καλλιέργεια των απλοειδών κυττάρων αναπαράγεται ταχύτερα από εκείνη των διπλοειδών κυττάρων. Τα απλοειδή κύτταρα έχουν μπουμπούκια που φαίνονται γειτονικά με τα προηγούμενα, ενώ στα διπλοειδή κύτταρα εμφανίζονται σε αντίθετους πόλους.

Η βλαστική ανάπτυξη συμβαίνει με την ανάπτυξη, στην οποία το θυγατρικό κύτταρο ξεκινά ως ξέσπασμα του μητρικού κυττάρου, ακολουθούμενο από τον πυρηνικό διαχωρισμό, τον σχηματισμό του κυτταρικού τοιχώματος και τέλος τον διαχωρισμό των κυττάρων.

Κάθε βλαστοκύτταρο μπορεί να σχηματίσει περίπου 20-30 μπουμπούκια, επομένως η ηλικία του μπορεί να προσδιοριστεί από τον αριθμό των ουλών στο κυτταρικό τοίχωμα.

Τα διπλοειδή κύτταρα που αναπτύσσονται χωρίς άζωτο και χωρίς πηγή άνθρακα υποβάλλονται σε διαδικασία μείωσης, παράγοντας τέσσερα σπόρια (ascas). Αυτά τα σπόρια έχουν υψηλή αντοχή και μπορούν να βλαστήσουν σε ένα πλούσιο μέσο.

Τα σπόρια μπορεί να είναι ζευγαρώματα ομάδα α, α ή και τα δύο, αυτό είναι ανάλογο του φύλου σε υψηλότερους οργανισμούς. Και οι δύο ομάδες κυττάρων παράγουν ουσίες παρόμοιες με τη φερομόνη που αναστέλλουν την κυτταρική διαίρεση του άλλου κυττάρου.

Όταν εντοπιστούν αυτές οι δύο κυτταρικές ομάδες, το καθένα σχηματίζει ένα είδος προεξοχής που όταν συμβαίνει η ένωση, τελικά, μια ενδοκυτταρική επαφή που παράγει τελικά διπλοειδές κύτταρο.

Χρησιμοποιεί

Ζαχαροπλαστική και ψωμί

Το S. cerevisiae είναι η μαγιά που χρησιμοποιείται περισσότερο από τους ανθρώπους. Μία από τις κύριες χρήσεις υπήρξε στο ψήσιμο και στην παρασκευή του ψωμιού, καθώς κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ζύμωσης, η ζύμη του σιταριού μαλακώνει και επεκτείνεται.

Συμπλήρωμα διατροφής

Από την άλλη πλευρά, αυτή η μαγιά έχει χρησιμοποιηθεί ως συμπλήρωμα διατροφής, επειδή περίπου το 50% του ξηρού βάρους της αποτελείται από πρωτεΐνες, είναι επίσης πλούσιο σε βιταμίνη Β, νιασίνη και φολικό οξύ.

Παραγωγή ποτών

Αυτή η ζύμη συμμετέχει στην παραγωγή διαφορετικών ποτών. Η βιομηχανία ζυθοποιίας το χρησιμοποιεί ευρέως. Μέσω της ζύμωσης των σακχάρων που συνθέτουν δημητριακά κριθαριού, μπορεί να παραχθεί μπύρα, ένα δημοφιλές ποτό παγκοσμίως.

Με τον ίδιο τρόπο, το S. cerevisiae μπορεί να ζυμώνει τα σάκχαρα που υπάρχουν στα σταφύλια, παράγοντας έως και 18% αιθανόλη ανά όγκο οίνου.

Βιοτεχνολογία

Από την άλλη πλευρά, από βιοτεχνολογικής απόψεως, το S. cerevisiae, υπήρξε ένα μοντέλο μελέτης και χρήσης, επειδή είναι ένας οργανισμός εύκολης καλλιέργειας, ταχείας αναπτύξεως και του οποίου το γονιδίωμα έχει αλληλουχηθεί.

Η χρήση αυτής της ζύμης από τη βιομηχανία της βιοτεχνολογίας, πηγαίνει από την παραγωγή ινσουλίνης στην παραγωγή αντισωμάτων και άλλων πρωτεϊνών που χρησιμοποιούνται από την ιατρική.

Σήμερα, η φαρμακευτική βιομηχανία έχει χρησιμοποιήσει αυτόν τον μικροοργανισμό στην παραγωγή διαφόρων βιταμινών, γι 'αυτό και τα εργοστάσια βιοτεχνολογίας έχουν εκτοπίσει πετροχημικά εργοστάσια στην παραγωγή χημικών ενώσεων..

Αναφορές

  1. Harwell, L.H., (1974). Κύτταρο κύκλου Saccharomyces cerevisiae. Bacteriological reviews, 38 (2), σελ. 164-198.
  2. Karithia, Η., Vilaprinyo, Ε., Sorribas, Α., Alves, R., (2011). PLoS ONE, 6 (2): e16015. doi.org.
  3. Kovačević, Μ., (2015). Μορφολογικά και φυσιολογικά χαρακτηριστικά του ζυμομύκητα Saccharomyces cerevisiae που διαφέρουν κατά τη διάρκεια της ζωής. Διδακτορικό Δίπλωμα στη Βιοχημεία. Τμήμα Φαρμακευτικής και Βιοχημείας, Πανεπιστήμιο του Ζάγκρεμπ. Ζάγκρεμπ-Κροατία.
  4. Otero, J. Μ., Cimini, D., Patil, Κ.Ρ., Poulsen, S.G., Olsson, L., Nielsen, J. (2013). Βιομηχανικά Συστήματα Βιολογία του Saccharomyces cerevisiae Ενεργοποιεί το νέο εργοστάσιο κυττάρων ηλεκτρικού οξέος. PLoS ONE, 8 (1), e54144. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0054144
  5. Saito, Τ., Ohtani, Μ., Sawai, Η., Sano, F., Saka, Α., Watanabe, D., Yukawa, Μ., Ohya, Υ., Morishita, S., (2004). Μορφολογική βάση δεδομένων Saccharomyces cerevisiae. Nucleic Acids Res, 32, σελ. 319-322. DOI: 10.1093 / nar / gkh113
  6. Shneiter, R., (2004). Γενετική, μοριακή και κυτταρική βιολογία ζύμης. Πανεπιστήμιο του Fribourg Suisse, σελ. 5-18.