SACCHAROMYCES CEREVISIAE: KARAKTERISTIKA, MORFOLOGI, LIVSCYKLUS - BIOLOGI - 2025

Den Saccharomyces cerevisiae eller bryggeri 's gær er en encellet svamp, som tilhører phylum Ascomycota, den Hemiascomicete klasse og Saccharomicetales orden. Det er kendetegnet ved dets brede fordeling af levesteder, såsom blade, blomster, jord og vand. Navnet betyder ølsukker, fordi det bruges under produktionen af ​​denne populære drik.

Denne gær er blevet brugt i mere end et århundrede til bagning og brygning, men det var i begyndelsen af ​​det 20. århundrede, at forskere var opmærksomme på det, hvilket gjorde det til en model til undersøgelse.

Saccharomyces cerevisiae på agarplade. Af Rainis Venta fra Wikimedia Commons

Denne mikroorganisme er blevet vidt brugt i forskellige brancher; Det er i øjeblikket en svamp, der er vidt brugt i bioteknologi til produktion af insulin, antistoffer, albumin, blandt andre stoffer af interesse for menneskeheden.

Som en studiemodel har denne gær gjort det muligt at belyse de molekylære mekanismer, der forekommer i løbet af cellecyklussen i eukaryote celler.

Biologiske egenskaber

Saccharomyces cerevisiae er en eukaryotisk encellet mikrobe, kugleformet, gullig grøn. Det er kemoorganotrofisk, da det kræver organiske forbindelser som energikilde og ikke kræver sollys for at vokse. Denne gær er i stand til at bruge forskellige sukkerarter, hvor glucose er den foretrukne kulstofkilde.

S. cerevisiae er en fakultativ anaerob, da den er i stand til at vokse under iltmangel. Under denne miljøtilstand omdannes glukose til forskellige mellemprodukter, såsom ethanol, CO2 og glycerol.

Sidstnævnte er kendt som alkoholisk gæring. Under denne proces er væksten af ​​gæren ikke effektiv, men det er det medium, der i vid udstrækning anvendes af industrien til at fermentere de sukkerarter, der findes i forskellige korn, såsom hvede, byg og majs.

Genet til S. cerevisiae er blevet fuldstændigt sekventeret, idet det er den første eukaryotiske organisme, der blev opnået. Genomet er organiseret i et haploid sæt med 16 kromosomer. Cirka 5.800 gener er bestemt til proteinsyntese.

Genet til S. cerevisiae er meget kompakt i modsætning til andre eukaryoter, da 72% er repræsenteret af gener. Inden for denne gruppe er ca. 708 identificeret som deltagende i stofskiftet og udførte ca. 1035 reaktioner.

Morfologi

S. cerevisiae er en lille encellet organisme, der er tæt knyttet til celler fra dyr og planter. Cellemembranen adskiller de cellulære komponenter fra det ydre miljø, mens kernemembranen beskytter det arvelige materiale.

Som i andre eukaryote organismer er den mitokondriske membran involveret i energiproduktion, mens det endoplasmatiske retikulum (ER) og Golgi-apparatet er involveret i lipidsyntese og proteinmodifikation.

Vakuolen og peroxisomerne indeholder metaboliske veje relateret til fordøjelsesfunktioner. I mellemtiden fungerer et komplekst stilladsnetværk som celleunderstøttelse og tillader cellebevægelse og udfører således cytoskeletets funktioner.

Aktin- og myosinfilamenterne i cytoskelettet fungerer ved at udnytte energi og tillade polær orden af ​​celler under celledeling.

Celledeling fører til asymmetrisk opdeling af celler, hvilket resulterer i en større stamcelle end dattercellen. Dette er meget almindeligt i gær og er en proces, der defineres som spirende.

S. cerevisiae har en chitin-cellevæg, hvilket giver gærens karakteristiske celleform. Denne væg undgår osmotiske skader, da den udøver turgortryk, hvilket giver disse mikroorganismer en vis plasticitet under skadelige miljøforhold. Cellevæggen og membranen er forbundet med det periplasmatiske rum.

Livscyklus

Saccharomyces cerevisiae seksuel cyklus. Kilde: Wikimedia Commons

Livscyklussen for S. cerevisiae ligner den for de fleste somatiske celler. Der kan være haploide og diploide celler. Cellestørrelsen for haploide og diploide celler varierer afhængigt af vækstfasen og fra stamme til stamme.

Under eksponentiel vækst gengiver haploid cellekultur hurtigere end diploid cellekultur. Haploidceller har knopper, der vises ved siden af ​​de foregående, mens diploide celler vises ved modsatte poler.

Vegetativ vækst sker ved knoppning, hvor dattercellen begynder som en knopp fra modercellen, efterfulgt af nuklear opdeling, cellevægsdannelse og til sidst celleseparation.

Hver stamcelle kan danne ca. 20-30 knopper, så dens alder kan bestemmes af antallet af ar på cellevæggen.

Diploidceller, der vokser uden nitrogen og uden en kulstofkilde, gennemgår en meiose-proces og producerer fire sporer (ascas). Disse sporer har stor modstand og kan spire i et rigt medium.

Sporer kan være af a-, a- eller begge parringsgrupper, hvilket er analogt med køn i højere organismer. Begge cellegrupper producerer feromonlignende stoffer, der hæmmer celledelingen i den anden celle.

Når disse to cellegrupper mødes, danner hver enkelt en form for fremspring, som, når de er sammenføjet, til sidst fører til intercellulær kontakt, hvilket til sidst producerer en diploid celle.

Applikationer

Kager og brød

S. cerevisiae er den gær, der mest bruges af mennesker. En af de vigtigste anvendelser har været inden for bagning og brødfremstilling, da hvededejen under fermenteringsprocessen blødgør og udvides.

Ernæringstilskud

På den anden side er denne gær blevet brugt som et kosttilskud, fordi ca. 50% af dens tørvægt består af proteiner, den er også rig på vitamin B, niacin og folsyre.

Fremstilling af drikkevarer

Denne gær er involveret i produktionen af ​​forskellige drikkevarer. Bryggeriindustrien bruger det i vid udstrækning. Ved at fermentere sukkerarter, der udgør bygkornene, kan øl, en verdensomspændende drik, produceres.

På lignende måde kan S. cerevisiae fermentere de sukkerarter, der findes i druer, og producere op til 18 volumenprocent ethanol vol.

Bioteknologi

På den anden side har S. cerevisiae fra det bioteknologiske synspunkt været en model for undersøgelse og anvendelse, fordi det er en organisme, der er let at vokse, hurtigt vokser, og hvis genom er blevet sekventeret.

Brugen af ​​denne gær fra bioteknologisektoren spænder fra produktion af insulin til produktion af antistoffer og andre proteiner, der anvendes af medicinen.

I øjeblikket har den farmaceutiske industri anvendt denne mikroorganisme i produktionen af ​​forskellige vitaminer, hvorfor bioteknologiske fabrikker har fortrængt petrokemiske fabrikker i produktionen af ​​kemiske forbindelser.

Referencer

1. Harwell, LH, (1974). Saccharomyces cerevisiae cellecyklus. Bakteriologiske anmeldelser, 38 (2), pp. 164-198.
2. Karithia, H., Vilaprinyo, E., Sorribas, A., Alves, R., (2011). PLoS ONE, 6 (2): e16015. doi.org.
3. Kovačević, M., (2015). Morfologiske og fysiologiske egenskaber ved gæren Saccharomyces cerevisiae-celler adskiller sig i levetiden. Speciale i biokemi. Fakultet for farmaci og biokemi, University of Zagreb. Zagreb-Kroatien.
4. Otero, JM, Cimini, D., Patil, KR, Poulsen, SG, Olsson, L., Nielsen, J. (2013). Industrial Systems Biology of Saccharomyces cerevisiae Aktiverer nye fabrikker for succinsyre. PLoS ONE, 8 (1), e54144.
5. Saito, T., Ohtani, M., Sawai, H., Sano, F., Saka, A., Watanabe, D., Yukawa, M., Ohya, Y., Morishita, S., (2004). Saccharomyces cerevisiae morfologisk database. Nucleic Acids Res, 32, pp. 319-322. DOI: 10.1093 / nar / gkh113
6. Shneiter, R., (2004). Genens genetik, molekylær og cellebiologi. Université de Fribourg Suisse, pp. 5-18.