SACCHAROMYCES CEREVISIAE: CARACTERISTICI, MORFOLOGIE, CICLUL DE VIAȚĂ - BIOLOGIE - 2025

Saccharomyces cerevisiae sau berar lui drojdie este o ciuperca unicelulare aparținând Ascomycota încrengătura, clasa Hemiascomicete și ordinul Saccharomicetales. Se caracterizează prin distribuția largă a habitatelor, cum ar fi frunzele, florile, solul și apa. Numele său înseamnă ciupercă de zahăr la bere, pentru că este folosită în timpul producerii acestei băuturi populare.

Această drojdie a fost folosită de mai bine de un secol la coacere și bere, dar la începutul secolului XX oamenii de știință i-au acordat atenție, devenind astfel un model de studiu.

Saccharomyces cerevisiae pe placa de agar. De Rainis Venta, de la Wikimedia Commons

Acest microorganism a fost utilizat pe scară largă în diferite industrii; În prezent este o ciupercă folosită pe scară largă în biotehnologie, pentru producerea insulinei, anticorpilor, albuminei, printre alte substanțe de interes pentru umanitate.

Ca model de studiu, această drojdie a făcut posibilă elucidarea mecanismelor moleculare care apar în timpul ciclului celular în celulele eucariote.

Caracteristici biologice

Saccharomyces cerevisiae este un microb eucariotic unicelular, de formă globulară, de culoare verde gălbui. Este chimioorganotrofă, deoarece necesită compuși organici ca sursă de energie și nu necesită creșterea soarelui. Această drojdie este capabilă să folosească diferite zaharuri, glucoza fiind sursa preferată de carbon.

S. cerevisiae este un anaerob facultativ, deoarece este capabil să crească în condiții deficiente de oxigen. În timpul acestei condiții de mediu, glucoza este transformată în diferiți intermediari cum ar fi etanol, CO2 și glicerol.

Aceasta din urmă este cunoscută sub numele de fermentație alcoolică. În acest proces, creșterea drojdiei nu este eficientă, însă este mediul larg utilizat de industrie pentru a fermenta zaharurile prezente în diferite boabe precum grâu, orz și porumb.

Genomul S. cerevisiae a fost complet secvențial, fiind primul organism eucariotic realizat. Genomul este organizat într-un set haploid de 16 cromozomi. Aproximativ 5.800 de gene sunt destinate sintezei de proteine.

Genomul S. cerevisiae este foarte compact, spre deosebire de alte eucariote, deoarece 72% este reprezentat de gene. În cadrul acestui grup, aproximativ 708 au fost identificați ca participând la metabolism, efectuând aproximativ 1035 de reacții.

Morfologie

S. cerevisiae este un mic organism unicelular care este strâns legat de celulele animalelor și plantelor. Membrana celulară separă componentele celulare de mediul extern, în timp ce membrana nucleară protejează materialul ereditar.

Ca și în alte organisme eucariote, membrana mitocondrială este implicată în generarea de energie, în timp ce reticulul endoplasmatic (ER) și aparatul Golgi sunt implicate în sinteza lipidelor și modificarea proteinelor.

Vacuolul și peroxisomii conțin căi metabolice legate de funcțiile digestive. Între timp, o rețea complexă de schele acționează ca suport celular și permite mișcarea celulelor, îndeplinind astfel funcțiile citoscheletului.

Filamentele de actină și miozină ale citoscheletului funcționează prin utilizarea energiei și permit ordonarea polară a celulelor în timpul diviziunii celulare.

Diviziunea celulară conduce la diviziunea asimetrică a celulelor, rezultând o celulă stem mai mare decât celula fiică. Acest lucru este foarte frecvent în drojdii și este un proces care este definit ca înmugurire.

S. cerevisiae are un perete celular chitină, dând drojdiei forma sa celulară caracteristică. Acest perete evită deteriorarea osmotică deoarece exercită presiune turgoră, oferind acestor microorganisme o anumită plasticitate în condiții de mediu dăunătoare. Peretele celular și membrana sunt conectate de spațiul periplasmic.

Ciclu de viață

Ciclul sexual Saccharomyces cerevisiae. Sursa: Wikimedia Commons

Ciclul de viață al S. cerevisiae este similar cu cel al majorității celulelor somatice. Pot exista celule haploide și diploide. Mărimea celulelor celulelor haploide și diploide variază în funcție de faza de creștere și de la tulpină la tulpină.

În timpul creșterii exponențiale, cultura de celule haploide se reproduce mai rapid decât cultura celulă diploidă. Celulele haploide au muguri care apar adiacent celor anterioare, în timp ce celulele diploide apar la poli opuși.

Creșterea vegetativă se produce prin înmugurire, în care celula fiică începe ca un mugure de la celula mamă, urmată de diviziune nucleară, formarea peretelui celular și, în final, separarea celulelor.

Fiecare celulă stem poate forma aproximativ 20-30 de muguri, astfel încât vârsta sa poate fi determinată de numărul de cicatrici pe peretele celulei.

Celulele diploide care cresc fără azot și fără o sursă de carbon suferă un proces de meioză, producând patru spori (ascas). Acești spori au o rezistență ridicată și pot germina într-un mediu bogat.

Sporii pot fi de a, α sau ambele grupuri de împerechere, acesta fiind analog cu sexul în organisme superioare. Ambele grupuri de celule produc substanțe asemănătoare feromonilor care inhibă diviziunea celulară a celuilalte celule.

Când aceste două grupuri celulare se întâlnesc, fiecare formează un fel de proeminență care, atunci când este unită, duce în cele din urmă la un contact intercelular, producând în final o celulă diploidă.

Aplicații

Patiserie si paine

S. cerevisiae este drojdia cea mai folosită de oameni. Una dintre principalele utilizări a fost în coacerea și prepararea pâinii, deoarece în timpul procesului de fermentare, aluatul de grâu se înmoaie și se extinde.

Supliment nutritional

Pe de altă parte, această drojdie a fost folosită ca supliment alimentar, deoarece aproximativ 50% din greutatea sa uscată este formată din proteine, este de asemenea bogată în vitamina B, niacină și acid folic.

Fabricarea de băuturi

Această drojdie este implicată în producerea de băuturi diferite. Industria berii o folosește pe scară largă. Prin fermentarea zaharurilor care compun boabele de orz, se poate produce bere, o băutură populară mondială.

În mod similar, S. cerevisiae poate fermenta zaharurile prezente în struguri, producând până la 18% etanol în volum de vin.

Biotehnologie

Pe de altă parte, din punct de vedere biotehnologic, S. cerevisiae, a fost un model de studiu și utilizare, deoarece este un organism ușor de cultivat, cu creștere rapidă și al cărui genom a fost secvențiat.

Utilizarea acestei drojdii de către industria biotehnologiei variază de la producția de insulină până la producția de anticorpi și alte proteine ​​utilizate de medicamente.

În prezent, industria farmaceutică a utilizat acest microorganism în producerea de vitamine diverse, motiv pentru care fabricile de biotehnologie au deplasat fabrici petrochimice în producția de compuși chimici.

Referințe

1. Harwell, LH, (1974). Ciclul celular Saccharomyces cerevisiae. Recenzii bacteriologice, 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). Caracteristicile morfologice și fiziologice ale drojdiei Celulele Saccharomyces cerevisiae diferă în durata de viață. Teza de master în biochimie. Facultatea de Farmacie și Biochimie, Universitatea din Zagreb. Zagreb-Croația.
4. Otero, JM, Cimini, D., Patil, KR, Poulsen, SG, Olsson, L., Nielsen, J. (2013). Sisteme industriale Biologia Saccharomyces cerevisiae Permite noua fabrică de celule cu acid succinic. 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). Baza de date morfologice Saccharomyces cerevisiae. Acide nucleice Res, 32, pp. 319-322. DOI: 10.1093 / nar / gkh113
6. Shneiter, R., (2004). Genetica, biologia moleculară și celulară a drojdiei. Université de Fribourg Suisse, pp. 5-18.