SACCHAROMYCES CEREVISIAE: ХАРАКТЕРИСТИКИ, МОРФОЛОГІЯ, ЖИТТЄВИЙ ЦИКЛ - БІОЛОГІЯ - 2025

У Saccharomyces дріжджі або пивні «сек дріжджі одноклітинний гриб , який належить до типу Ascomycota, класу Hemiascomicete і порядку Saccharomicetales. Він характеризується широким поширенням місць існування, таких як листя, квіти, ґрунт і вода. Його назва означає пивний цукровий гриб, оскільки його використовують під час виробництва цього популярного напою.

Ці дріжджі вже більше століття використовуються для випікання та пивоваріння, але саме на початку 20 століття вчені звернули на це увагу, зробивши його зразком для вивчення.

Saccharomyces cerevisiae на агаровій пластині. Автор Rainis Venta, з Вікімедіа

Цей мікроорганізм широко застосовується в різних галузях промисловості; В даний час це грибок, який широко використовується в біотехнології, для виробництва інсуліну, антитіл, альбуміну, серед інших цікавих для людства речовин.

Як модель дослідження, ці дріжджі дали змогу з’ясувати молекулярні механізми, що виникають під час клітинного циклу в еукаріотичних клітинах.

Біологічні характеристики

Saccharomyces cerevisiae - еукаріотичний одноклітинний мікроб, кулястий за формою, жовтувато-зелений. Він є хемоорганотрофним, оскільки потребує органічних сполук як джерела енергії і не потребує сонячного світла для вирощування. Ці дріжджі здатні використовувати різні цукру, переважним джерелом вуглецю є глюкоза.

S. cerevisiae є факультативним анаеробним, оскільки здатний рости в кисневих умовах. Під час цього стану навколишнього середовища глюкоза перетворюється на різні проміжні продукти, такі як етанол, СО2 та гліцерин.

Останній відомий як алкогольне бродіння. Під час цього процесу зростання дріжджів виявляється неефективним, однак саме середовище широко використовується промисловістю для бродіння цукрів, присутніх у різних зернах, таких як пшениця, ячмінь та кукурудза.

Геном S. cerevisiae був повністю секвенсований, будучи першим досягнутим еукаріотичним організмом. Геном організований у гаплоїдний набір з 16 хромосом. Приблизно 5800 генів призначені для синтезу білка.

Геном S. cerevisiae дуже компактний, на відміну від інших еукаріотів, оскільки 72% представлені генами. У цій групі приблизно 708 були визначені як учасники метаболізму, що проводили близько 1035 реакцій.

Морфологія

S. cerevisiae - це невеликий одноклітинний організм, який тісно пов’язаний з клітинами тварин і рослин. Клітинна мембрана відокремлює клітинні компоненти від зовнішнього середовища, тоді як ядерна мембрана захищає спадковий матеріал.

Як і в інших еукаріотичних організмах, мітохондріальна мембрана бере участь у виробленні енергії, тоді як ендоплазматичний ретикулум (ЕР) та апарат Гольджі беруть участь у синтезі ліпідів та модифікації білка.

Вакуола і пероксисоми містять метаболічні шляхи, пов'язані з функціями травлення. Тим часом складна мережа ешафотів виконує функцію підтримки клітин і забезпечує рух клітин, тим самим виконуючи функції цитоскелету.

Актинові та міозинові нитки цитоскелету працюють за рахунок використання енергії та дозволяють полярне впорядкування клітин під час поділу клітин.

Поділ клітин призводить до асиметричного поділу клітин, в результаті чого стволова клітина більша, ніж дочірня клітина. Це дуже часто зустрічається в дріжджах і є процесом, який визначається як брунькування.

S. cerevisiae має хітинову клітинну стінку, надаючи дріжджам характерну форму клітин. Ця стінка запобігає осмотичному пошкодженню, оскільки тисне тургор, надаючи цим мікроорганізмам певну пластичність при шкідливих умовах навколишнього середовища. Клітинна стінка і мембрана з'єднані периплазматичним простором.

Життєвий цикл

Статевий цикл Saccharomyces cerevisiae. Джерело: Wikimedia Commons

Життєвий цикл S. cerevisiae подібний до життєдіяльності більшості соматичних клітин. Можуть бути гаплоїдні та диплоїдні клітини. Розмір клітин гаплоїдних та диплоїдних клітин змінюється залежно від фази росту та від штаму до штаму.

Під час експоненціального росту гаплоїдна культура клітин розмножується швидше, ніж диплоїдна культура клітин. Гаплоїдні клітини мають бутони, які здаються сусідніми з попередніми, тоді як диплоїдні клітини з’являються на протилежних полюсах.

Вегетативний ріст відбувається шляхом бутонізації, при якій дочірня клітина починається як брунька від материнської клітини з подальшим ядерним поділом, утворенням клітинної стінки і, нарешті, поділом клітин.

Кожна стовбурова клітина може утворювати близько 20-30 бутонів, тому її вік можна визначити за кількістю рубців на клітинній стінці.

Диплоїдні клітини, які ростуть без азоту та без джерела вуглецю, проходять процес мейозу, утворюючи чотири спори (аскас). Ці спори мають високу стійкість і можуть проростати у багатому середовищі.

Спори можуть бути з а, α або обох груп, що спаровуються, це аналогічно статі у вищих організмах. Обидві клітинні групи продукують феромоноподібні речовини, які інгібують ділення клітин іншої клітини.

Коли ці дві клітинні групи зустрічаються, кожна з них утворює своєрідне випинання, яке, приєднуючись, врешті-решт призводить до міжклітинного контакту, в кінцевому рахунку утворюючи диплоїдну клітину.

Програми

Випічка та хліб

S. cerevisiae - дріжджі, які найбільше використовуються людиною. Одне з головних напрямків використання в випічці та виготовленні хліба, оскільки під час бродіння тісто пшениці розм’якшується та розширюється.

Харчова добавка

З іншого боку, ці дріжджі використовувались як дієтична добавка, оскільки близько 50% його сухої ваги складається з білків, він також багатий вітаміном групи В, ніацином та фолієвою кислотою.

Виробництво напоїв

Ці дріжджі беруть участь у виробництві різних напоїв. Пивоварна промисловість широко його використовує. Заквашуючи цукру, що входять до складу ячмінних зерен, можна отримати пиво, всесвітньо популярний напій.

Аналогічно, S. cerevisiae може ферментувати цукри, присутні у винограді, виробляючи до 18% об’ємного етанолу.

Біотехнологія

З іншого боку, з біотехнологічної точки зору S. cerevisiae була моделлю для вивчення та використання, оскільки це організм, який легко вирощується, швидко росте і геном якого був секвенсований.

Використання цих дріжджів у галузі біотехнології варіюється від виробництва інсуліну до отримання антитіл та інших білків, що використовуються медициною.

В даний час фармацевтична промисловість використовує цей мікроорганізм у виробництві різних вітамінів, саме тому біотехнологічні заводи витіснили нафтохімічні заводи при виробництві хімічних сполук.

Список літератури

1. Harwell, LH, (1974). Клітинний цикл Saccharomyces cerevisiae. Бактеріологічні огляди, 38 (2), с. 164-198.
2. Karithia, H., Vilaprinyo, E., Sorribas, A., Alves, R., (2011). PLOS ONE, 6 (2): e16015. doi.org.
3. Ковачевич, М., (2015). Морфологічні та фізіологічні характеристики клітин дріжджів Saccharomyces cerevisiae, що відрізняються за тривалістю життя. Магістерська робота з біохімії. Факультет фармації та біохімії, Загребський університет. Загреб-Хорватія.
4. Otero, JM, Cimini, D., Patil, KR, Poulsen, SG, Olsson, L., Nielsen, J. (2013). Промислові системи Біологія Saccharomyces cerevisiae дає можливість виробляти нові клітини кислотних кислот. PLOS ONE, 8 (1), e54144. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0054144
5. Saito, T., Ohtani, M., Sawai, H., Sano, F., Saka, A., Watanabe, D., Yukawa, M., Ohya, Y., Morishita, S., (2004). Морфологічна база даних Saccharomyces cerevisiae. Нуклеїнові кислоти Res, 32, pp. 319-322. DOI: 10.1093 / nar / gkh113
6. Шнайтер, Р., (2004). Генетика, молекулярна та клітинна біологія дріжджів. Université de Fribourg Suisse, pp. 5-18.