SACCHAROMYCES CEREVISIAE: RAKSTURLIELUMI, MORFOLOĢIJA, DZĪVES CIKLS - BIOLOĢIJA - 2025

Par Saccharomyces cerevisiae vai alus 's raugs ir vienšūnas sēne pieder tips asku sēnes, par Hemiascomicete klasi un Saccharomicetales kārtībā. Tam raksturīga plaša biotopu, piemēram, lapu, ziedu, augsnes un ūdens, izplatība. Tās nosaukums nozīmē alus cukura sēni, jo to izmanto šī populārā dzēriena ražošanā.

Šis raugs jau vairāk nekā gadsimtu tiek izmantots cepšanā un alus pagatavošanā, taču 20. gadsimta sākumā zinātnieki tam pievērsa uzmanību, padarot to par pētījumu modeli.

Saccharomyces cerevisiae uz agara plāksnes. Autors: Rainis Venta, no Wikimedia Commons

Šis mikroorganisms ir plaši izmantots dažādās nozarēs; Pašlaik tā ir sēne, ko plaši izmanto biotehnoloģijā, lai ražotu insulīnu, antivielas, albumīnu un citas vielas, kas interesē cilvēci.

Kā pētījuma modelis šis raugs ļāva noskaidrot molekulāros mehānismus, kas notiek šūnu cikla laikā eikariotu šūnās.

Bioloģiskās īpašības

Saccharomyces cerevisiae ir eikariotu vienšūnu mikrobs, apvalka formas, dzeltenīgi zaļš. Tas ir kemoorganotrofisks, jo tam kā enerģijas avots nepieciešami organiski savienojumi, un tā augšanai nav nepieciešami saules stari. Šis raugs spēj izmantot dažādus cukurus, un vēlamais oglekļa avots ir glikoze.

S. cerevisiae ir fakultatīvs anaerobs, jo tas spēj augt apstākļos, kur trūkst skābekļa. Šajā vides stāvoklī glikoze tiek pārveidota dažādos starpproduktos, piemēram, etanolā, CO2 un glicerīnā.

Pēdējais ir pazīstams kā spirta fermentācija. Šī procesa laikā rauga augšana nav efektīva, tomēr tas ir barotne, ko rūpniecībā plaši izmanto, lai raudzētu cukurus, kas atrodas dažādos graudos, piemēram, kviešos, miežos un kukurūzā.

S. cerevisiae genoms ir pilnībā secēts, jo tas ir pirmais sasniegtais eikariotu organisms. Genoms ir sakārtots haploīdā 16 hromosomu komplektā. Aptuveni 5800 gēnu ir paredzēti olbaltumvielu sintēzei.

S. cerevisiae genoms ir ļoti kompakts atšķirībā no citiem eikariotiem, jo ​​72% ir pārstāvēti gēni. Šajā grupā ir identificēti aptuveni 708 dalībnieki, kas piedalās metabolismā un veic apmēram 1035 reakcijas.

Morfoloģija

S. cerevisiae ir mazs vienšūnu organisms, kas ir cieši saistīts ar dzīvnieku un augu šūnām. Šūnu membrāna atdala šūnu komponentus no ārējās vides, bet kodola membrāna aizsargā iedzimto materiālu.

Tāpat kā citos eikariotu organismos, mitohondriju membrāna ir iesaistīta enerģijas ražošanā, savukārt endoplazmatiskais retikulums (ER) un Golgi aparāts ir iesaistīti lipīdu sintēzē un olbaltumvielu modificēšanā.

Vakuolās un peroksisomās ir metabolisma ceļi, kas saistīti ar gremošanas funkcijām. Tikmēr sarežģīts sastatņu tīkls darbojas kā šūnu balsts un ļauj šūnām kustēties, tādējādi veicot citoskeleta funkcijas.

Citoskeleta aktīna un miozīna pavedieni darbojas, izmantojot enerģiju un ļauj šūnām sadalīties šūnu šūnās.

Šūnu dalīšana noved pie šūnu asimetriskas dalīšanas, kā rezultātā cilmes šūna ir lielāka nekā meitas šūna. Tas ir ļoti izplatīts raugos un ir process, kas tiek definēts kā pumpuru veidošanās.

S. cerevisiae ir hitīna šūnu siena, kas raugam piešķir raksturīgo šūnas formu. Šī siena ļauj izvairīties no osmotiskiem bojājumiem, jo ​​tā izdara turgora spiedienu, nodrošinot šiem mikroorganismiem zināmu plastiskumu kaitīgos vides apstākļos. Šūnas sienu un membrānu savieno periplasmiskā telpa.

Dzīves cikls

Saccharomyces cerevisiae seksuālais cikls. Avots: Wikimedia Commons

S. cerevisiae dzīves cikls ir līdzīgs vairumam somatisko šūnu. Var būt haploīdas un diploīdas šūnas. Haploīdu un diploīdu šūnu lielums mainās atkarībā no augšanas fāzes un no celma līdz celmam.

Eksponenciālās izaugsmes laikā haploīdu šūnu kultūra reproducējas ātrāk nekā diploīdu šūnu kultūra. Haploīdās šūnās ir pumpuri, kas parādās blakus iepriekšējiem, savukārt diploīdās šūnas parādās pretējos polos.

Veģetatīvā augšana notiek ar pumpuru veidošanos, kurā meitas šūna sākas kā pumpurs no mātes šūnas, kam seko kodola dalīšana, šūnu sienas veidošanās un, visbeidzot, šūnu atdalīšana.

Katra cilmes šūna var veidot apmēram 20-30 pumpurus, tāpēc tās vecumu var noteikt pēc rētu skaita uz šūnas sienas.

Diploīdās šūnas, kas aug bez slāpekļa un bez oglekļa avota, tiek pakļautas mejozes procesam, iegūstot četras sporas (ascas). Šīm sporām ir augsta pretestība un tās var dīgt bagātīgā barotnē.

Sporas var būt a, α vai abās pārošanās grupās, tas ir analogi seksam augstākajos organismos. Abas šūnu grupas ražo feromoniem līdzīgas vielas, kas kavē otras šūnas dalīšanos šūnās.

Kad šīs divas šūnu grupas satiekas, katra no tām veido sava veida izvirzījumu, kas, pievienojoties, galu galā noved pie starpšūnu kontakta, galu galā iegūstot diploīdu šūnu.

Lietojumprogrammas

Konditorejas izstrādājumi un maize

S. cerevisiae ir raugs, ko cilvēki visvairāk izmanto. Viens no galvenajiem pielietojumiem ir bijis cepšanā un maizes gatavošanā, jo fermentācijas laikā kviešu mīkla mīkstina un izplešas.

Uztura bagātinātājs

No otras puses, šis raugs ir izmantots kā uztura bagātinātājs, jo apmēram 50% no tā sausā svara veido olbaltumvielas, tas ir arī bagāts ar B vitamīnu, niacīnu un folijskābi.

Dzērienu ražošana

Šis raugs ir iesaistīts dažādu dzērienu ražošanā. Alus darīšanas nozare to plaši izmanto. Raudzējot cukurus, kas veido miežu graudus, var iegūt alu, kas ir pasaulē populārs dzēriens.

Tāpat S. cerevisiae var raudzēt vīnogu cukurus, veidojot līdz 18% vīna etanola.

Biotehnoloģija

No otras puses, no biotehnoloģiskā viedokļa S. cerevisiae ir bijis pētījuma un lietošanas paraugs, jo tas ir viegli augošs, ātri augošs organisms, kura genoms ir sakārtots.

Šī rauga izmantošana biotehnoloģijas nozarē svārstās no insulīna ražošanas līdz antivielu un citu olbaltumvielu ražošanai, ko izmanto medicīnā.

Pašlaik farmācijas rūpniecība izmanto šo mikroorganismu dažādu vitamīnu ražošanā, tāpēc biotehnoloģijas rūpnīcas ir pārvietojušas petroķīmiskās rūpnīcas ķīmisko savienojumu ražošanā.

Atsauces

1. Harwell, LH, (1974). Saccharomyces cerevisiae šūnu cikls. Bakterioloģiskie pārskati, 38 (2), lpp. 164.-198.
2. Karithia, H., Vilaprinyo, E., Sorribas, A., Alves, R., (2011). PLOS ONE, 6 (2): e16015. doi.org.
3. Kovačević, M., (2015). Rauga Saccharomyces cerevisiae šūnu morfoloģiskās un fizioloģiskās īpašības atšķiras pēc dzīves ilguma. Maģistra darbs bioķīmijā. Zagrebas Universitātes Farmācijas un bioķīmijas fakultāte. Zagreba-Horvātija.
4. Otero, JM, Cimini, D., Patil, KR, Poulsen, SG, Olsson, L., Nielsen, J. (2013). Saccharomyces cerevisiae rūpniecisko sistēmu bioloģija ļauj izveidot jaunu sukcīnskābes šūnu rūpnīcu. 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). Saccharomyces cerevisiae morfoloģiskā datu bāze. Nucleic Acids Res, 32, lpp. 319-322. DOI: 10.1093 / nar / gkh113
6. Šneiters, R., (2004). Rauga ģenētika, molekulārā un šūnu bioloģija. Université de Fribourg Suisse, lpp. 5-18.