- Biologické vlastnosti
- morfológia
- Životný cyklus
- aplikácia
- Pečivo a chlieb
- Výživový doplnok
- Výroba nápojov
- biotechnológie
- Referencie
V Saccharomyces cerevisiae či pivovarské je droždie je jednobunkový huba patriaci do kmeň Ascomycota, triedy Hemiascomicete a poradie Saccharomicetales. Vyznačuje sa širokou distribúciou biotopov, ako sú listy, kvety, pôda a voda. Jeho názov znamená šampanské pivo, pretože sa používa pri výrobe tohto obľúbeného nápoja.
Tieto droždie sa používa už viac ako jedno storočie na pečenie a varenie piva, ale vedci sa na začiatku 20. storočia venovali tejto otázke, čím sa stali vzorom pre štúdium.
Saccharomyces cerevisiae na agarovej platni. Autor: Rainis Venta, z Wikimedia Commons
Tento mikroorganizmus sa často používa v rôznych priemyselných odvetviach; V súčasnosti je to huba, ktorá sa v biotechnológiách bežne používa na výrobu inzulínu, protilátok, albumínu, okrem iných látok, ktoré sú predmetom záujmu ľudstva.
Ako model štúdie umožnili tieto kvasinky objasniť molekulárne mechanizmy, ktoré sa vyskytujú v eukaryotických bunkách počas bunkového cyklu.
Biologické vlastnosti
Saccharomyces cerevisiae je eukaryotický jednobunkový mikrób, guľovitého tvaru, žltkasto-zelený. Je chemoorganotrofný, pretože vyžaduje ako zdroj energie organické zlúčeniny a nevyžaduje pestovanie slnečného žiarenia. Tieto kvasinky sú schopné používať rôzne cukry, pričom výhodným zdrojom uhlíka je glukóza.
S. cerevisiae je fakultatívny anaeróbny, pretože je schopný rásť v podmienkach s nedostatkom kyslíka. Počas tohto stavu prostredia sa glukóza premieňa na rôzne medziprodukty, ako je etanol, CO2 a glycerol.
Posledne menovaná je známa ako alkoholové kvasenie. Počas tohto procesu nie je rast kvasiniek efektívny, v priemysle sa však bežne používa na fermentáciu cukrov prítomných v rôznych zrnách, ako je pšenica, jačmeň a kukurica.
Genom S. cerevisiae bol úplne sekvenovaný, čo je prvý eukaryotický organizmus, ktorý sa dosiahol. Genom je usporiadaný do haploidnej sady 16 chromozómov. Približne 5 800 génov je určených na syntézu proteínov.
Genom S. cerevisiae je na rozdiel od iných eukaryot veľmi kompaktný, keďže 72% predstavuje gén. V rámci tejto skupiny sa zistilo, že približne 708 sa zúčastňuje na metabolizme a vykonáva približne 1035 reakcií.
morfológia
S. cerevisiae je malý jednobunkový organizmus, ktorý úzko súvisí s bunkami zvierat a rastlín. Bunková membrána oddeľuje bunkové komponenty od vonkajšieho prostredia, zatiaľ čo jadrová membrána chráni dedičný materiál.
Rovnako ako v iných eukaryotických organizmoch sa mitochondriálna membrána podieľa na tvorbe energie, zatiaľ čo endoplazmatické retikulum (ER) a Golgiho aparát sa podieľajú na syntéze lipidov a modifikácii proteínov.
Vakuola a peroxizómy obsahujú metabolické cesty súvisiace s tráviacimi funkciami. Medzitým komplexná skafoldová sieť funguje ako podpora buniek a umožňuje pohyb buniek, a tak vykonáva funkcie cytoskeletu.
Aktínové a myozínové vlákna cytoskeletu pracujú s využitím energie a umožňujú polárne usporiadanie buniek počas delenia buniek.
Delenie buniek vedie k asymetrickému deleniu buniek, čo vedie k väčšej kmeňovej bunke ako dcérska bunka. Toto je veľmi bežné u kvasiniek a je to proces, ktorý je definovaný ako pučanie.
S. cerevisiae má chitínovú bunkovú stenu, ktorá dáva kvasinkám charakteristický bunkový tvar. Táto stena zabraňuje osmotickému poškodeniu, pretože vyvíja tlak v turgore, čím poskytuje týmto mikroorganizmom určitú plasticitu za škodlivých podmienok prostredia. Bunková stena a membrána sú spojené periplazmatickým priestorom.
Životný cyklus
Sexuálny cyklus Saccharomyces cerevisiae. Zdroj: Wikimedia Commons
Životný cyklus S. cerevisiae je podobný životnému cyklu väčšiny somatických buniek. Môžu tu byť haploidné a diploidné bunky. Veľkosť buniek haploidných a diploidných buniek sa mení v závislosti od rastovej fázy a od kmeňa k kmeňu.
Počas exponenciálneho rastu sa haploidná bunková kultúra reprodukuje rýchlejšie ako diploidná bunková kultúra. Haploidné bunky majú púčiky, ktoré sa objavujú vedľa predchádzajúcich buniek, zatiaľ čo diploidné bunky sa nachádzajú na opačných póloch.
Vegetatívny rast nastáva pučaním, v ktorom dcérska bunka začína ako púčik z materskej bunky, nasleduje jadrové delenie, tvorba bunkovej steny a nakoniec oddelenie buniek.
Každá kmeňová bunka môže tvoriť asi 20 - 30 pukov, takže jej vek môže byť určený počtom jaziev na bunkovej stene.
Diploidné bunky, ktoré rastú bez dusíka a bez zdroja uhlíka, prechádzajú procesom meiózy, pričom vznikajú štyri spóry (ascas). Tieto spóry majú vysokú odolnosť a môžu klíčiť v bohatom médiu.
Spóry môžu byť z a, a alebo oboch páriacich sa skupín, čo je analogické pohlaviu vo vyšších organizmoch. Obe bunkové skupiny produkujú feromónové látky, ktoré inhibujú bunkové delenie druhej bunky.
Keď sa tieto dve bunkové skupiny stretnú, každá z nich vytvorí určitý druh výčnelku, ktorý po spojení nakoniec vedie k medzibunkovým kontaktom, čo nakoniec vytvorí diploidnú bunku.
aplikácia
Pečivo a chlieb
S. cerevisiae sú kvasnice, ktoré ľudia najčastejšie používajú. Jedným z hlavných spôsobov použitia je pečenie a výroba chleba, pretože počas fermentačného procesu pšeničné cesto zjemňuje a rozširuje.
Výživový doplnok
Na druhej strane sa tieto kvasnice používajú ako doplnok výživy, pretože asi 50% svojej suchej hmotnosti tvoria bielkoviny, je tiež bohatá na vitamín B, niacín a kyselinu listovú.
Výroba nápojov
Tieto droždie sa podieľa na výrobe rôznych nápojov. Pivovarnícky priemysel ho vo veľkej miere využíva. Fermentáciou cukrov, ktoré tvoria zrná jačmeňa, sa môže vyrábať pivo, svetovo populárny nápoj.
Podobne môže S. cerevisiae fermentovať cukry prítomné v hrozne a produkovať až 18% etanolu v objeme vína.
biotechnológie
Na druhej strane, z biotechnologického hľadiska je S. cerevisiae vzorom štúdia a použitia, pretože ide o organizmus, ktorý sa ľahko pestuje, rýchlo rastie a ktorého genóm sa sekvenoval.
Použitie týchto kvasiniek v biotechnologickom priemysle sa pohybuje od výroby inzulínu po výrobu protilátok a iných proteínov používaných v medicíne.
Farmaceutický priemysel v súčasnosti používa tento mikroorganizmus na výrobu rôznych vitamínov, a preto biotechnologické továrne nahradili petrochemické závody pri výrobe chemických zlúčenín.
Referencie
- Harwell, LH, (1974). Bunkový cyklus Saccharomyces cerevisiae. Bakteriologické prehľady, 38 (2), str. 164-198.
- Karithia, H., Vilaprinyo, E., Sorribas, A., Alves, R., (2011). PLoS ONE, 6 (2): e16015. doi.org.
- Kovačević, M., (2015). Morfologické a fyziologické vlastnosti kvasinkových buniek Saccharomyces cerevisiae, ktoré sa líšia životnosťou. Diplomová práca z biochémie. Farmaceutická fakulta, Univerzita v Záhrebe. Záhreb-Chorvátsko.
- Otero, JM, Cimini, D., Patil, KR, Poulsen, SG, Olsson, L., Nielsen, J. (2013). Industrial Systems Biology of Saccharomyces cerevisiae umožňuje novú bunkovú továreň na výrobu kyseliny jantárovej. PLoS ONE, 8 (1), e54144. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0054144
- Saito, T., Ohtani, M., Sawai, H., Sano, F., Saka, A., Watanabe, D., Yukawa, M., Ohya, Y., Morishita, S., (2004). Morfologická databáza Saccharomyces cerevisiae. Nucleic Acids Res, 32, str. 319-322. DOI: 10,1093 / nar / gkh113
- Shneiter, R., (2004). Genetika, molekulárna a bunková biológia kvasiniek. Université de Fribourg Suisse, s. 5-18.