Drojdie Saccharomyces cerevisiae.
Temperatura de 30-33 ° C este optimă pentru reproducerea drojdiei, dar numai dacă este menținută în mod constant. Sa demonstrat experimental faptul că creșterea temperaturii la un nivel optim (37,5-40 ° C) stimulează reproducerea accelerată a drojdiei, dacă înainte de a trăi la o temperatură mai scăzută (14-30 ° C). Cu expunere prelungită la temperaturi ridicate, drojdia va pierde rezistența la temperatură, dar o poate regenera într-o singură generație la 20 ° C. Aparent, această proprietate este o adaptare la fluctuațiile zilnice ale temperaturii în natură. Se presupune că mecanismul care permite drojdiilor să prezinte rezistență termică este localizat în membrana celulară, iar funcționarea acesteia depinde de sistemele energetice și chemiosmotice ale celulelor.
Drojdie Saccharomyces cerevisiae se utilizează în producția de produse alcoolice și de panificație și sunt utilizate pe scară largă în cercetarea științifică. Deci, S. Cerevisiae a devenit primul eucariot al cărui genom a fost complet secvențiat. Aceeași specie a servit ca unul dintre obiectele model în studiul capacității microorganismelor de a anticipa răspunsul, adică pentru a prevedea schimbarea condițiilor de mediu (a se vedea că microbii au capacitatea de a prevedea.) "Elements", 23 iunie 2009). Cultură a S. cerevisiae studiază mecanismele expresiei genelor, rolul proteinelor de șoc termic și multe altele.
Drojdia S. Cerevisiae în natură trăiește pe suprafața fructelor dulci și suculente deteriorate, în nectarul florilor sau în locurile de scurgere a sucurilor de plante. În timpul zilei, temperatura mediului natural al drojdiei suferă fluctuații severe. Este normal să presupunem că în timpul evoluției drojdiei ar fi trebuit să fie bine adaptată la astfel de diferențe.
În prima serie de experimente, 12 generații de drojdii au fost cultivate într-un mediu bogat în nutrienți, la o aciditate optimă (pH 4) și o temperatură constantă. Diferitele populații experimentale au fost păstrate la temperaturi cuprinse între 14 și 40 ° C, ceea ce corespunde aproximativ gamei de fluctuații de temperatură din habitatele naturale vara. Cea mai rapidă drojdie a fost reprodusă la 30-33 ° C (tabelul 1).
Temperatura cultivării, o C
Ora generării celulelor
(timpul de dublare a numărului de celule), h
Rata de creștere specifică, μ, h-1
Tabelul 1. Rata de multiplicare a drojdiei la o temperatură constantă (din articolul discutat de VA Kalyuzhin)
Următoarea serie de experimente este cultivarea culturilor mai întâi la o temperatură scăzută t1. și apoi la un t2 mai mare (celelalte condiții nu au fost modificate) - a arătat că tranzițiile t1 → t2 t2 în intervalul 20 la 36 ° C, viteza de propagare a drojdiei atinge o valoare marcată prin cultivarea într-o stare de echilibru la o t2 temperatură. în prima generație (tabelul 2). Cu toate acestea, creșterea temperaturii la sverhoptimalnoy (37,5-40 ° C), viteza de propagare drojdie este semnificativ crescută comparativ cu culturile staționare temperaturile inițiale și finale ale modurilor (încă murit rapid la 40-45 ° C) celule. Celulele au fost capabile să mențină o rată ridicată de divizare când t2 temperatură sverhoptimalnoy timp de 4-6 ore (2-4 generații). După aceea, rata de reproducere a scăzut la nivelul tipic pentru drojdiile cultivate la o temperatură constantă t2.
Ora generării celulelor
(timpul de dublare a numărului de celule) la t2. h
Oprirea reproducerii drojdiei
Tabelul 2. Rata de multiplicare a drojdiilor în tranziția de la temperaturi joase la temperaturi ridicate. Numerele romane arată numărul de serie al generației, pornind de la momentul creșterii temperaturii (din articolul discutat de VA Kalyuzhin)
Astfel, trecerea la temperaturi ridicate a stimulat reproducerea accelerată a drojdiilor, trăind anterior în condiții mai reci. VA Kalyuzhin numește această proprietate termorezistență și consideră că aceasta este o adaptare care permite drojdiilor în natură să supraviețuiască în siguranță perioadei de temperatură maximă după-amiaza.
Drojdia timp de 12 generații a fost crescută la 37,5 ° C (timpul unei generații este de 5 ore, vezi tabelul 1). Apoi, temperatura a fost redusă la 20 ° C (timp de o generație a fost, de asemenea, 5 ore), ținute pentru diferite intervale de timp și reîncălzite la 37,5 ° C S-a dovedit că a durat 4-6 ore pentru ca cultura să rămână răcoroasă, astfel încât timpul primei generații cu temperatură în creștere a fost de 2,6 ore - ca în tranziție 20 → 37,5 ° С (Tabelul 2). Prin urmare, pentru a aduce sistemul de rezistență la "pregătirea de luptă", drojdia necesită 4-6 ore de ședere la temperatură scăzută. Acest lucru este comparabil cu durata și amploarea scăderii temperaturii în timpul nopții, adică noaptea, drojdia poate forma un termorezistent, care se realizează în timpul zilei.
Posibilă sistem mecanism thermoresistance biochimic a fost studiat prin crearea unei deficiențe în mediu diferite substanțe (glucoză, săruri de azot, fosfor, potasiu, magneziu, și beta-alanină și destiobiotina - factori de creștere de origine vegetală, care sunt necesare pentru dezvoltarea normală a drojdiei).
Sa constatat că cultura de drojdie, glucoză limitată, fosfor sau potasiu, oprit de creștere la 37,5oS în prima generație. Substanțele rămase nu au avut niciun efect asupra rezistenței la temperaturi ridicate. Continuând, V.A. Kalyuzhin a sugerat că stabilitatea termică depinde în principal de funcțiile bioenergetice ale celulei. Conform teoriei chemiosmotice a PD. Mitchell (vezi. Skulachev VP. Mitchell și ghici), celula de stocare a energiei (sinteza ATP) este posibilă datorită creării ioni H +, diferența de concentrație în cele două compartimente ale sistemului, separate printr-o membrană. K + ioni permite transportul ionilor de hidrogen prin membrana (servesc antiporter pentru ionii de H +. Randament K + în schimbul H +. A se vedea. Membranară de transport Antonov VF). Glucoza este sursa principala si cea mai versatilă de energie pentru procesele metabolice (vezi. Lemeza NA et al. Metabolismul energetic). Fosforul este, de asemenea, necesar pentru sinteza ATP. Astfel, rezultatele sunt bine în concordanță cu presupunerea că stabilitatea termică a drojdiei asociate cu sistemele de bioenergie chemiosmotic activitate. In experimente suplimentare, sa constatat că adăugarea de glucoză și fosfor limitate la aceste culturi parametri de drojdie a redus thermoresistance proprietate pierdut.
Pentru a confirma rolul sistemului bioenergetic în asigurarea rezistenței termice, s-au efectuat experimente cu 2,4-dinitrofenol (DNP), care inhibă fosforilarea. și anume Sinteza ATP din ADP și fosfat. În prezența DNP, creșterea drojdiei sa oprit în prima oră după ridicarea temperaturii la 37,5 ° C, dar după eliminarea DNP sa refăcut termorezistența.
Când mediul a fost acidulat (la un pH de 2,35), drojdia sa oprit, de asemenea, înmulțind în prima oră după ce temperatura a crescut la 37,5 ° C și a început din nou la o creștere a pH-ului de 4.
VA Kalyuzhin consideră că, deoarece influențele factorului «pH în principal, pe celulele plasmolemma ale sistemului chemiosmotic ... DNP inhibă nu numai sistemul localizat în membrana plasmatică, dar, de asemenea, sistemul chemiosmotic complex mitocondriale« a»thermoresistance expresie realizată de sistemul energetic chemiosmotic activitate, localizată în plasmalemma de celule de drojdie ".
Astfel, rezistența termică a drojdiei, care este o adaptare la fluctuațiile zilnice ale temperaturii în condiții naturale, se formează în perioada de scădere a temperaturii și depinde în principal de activitatea sistemului energetic hemiosmotic.
Proprietatea descrisă a rezistenței termice poate fi utilizată în biotehnologia aplicată pentru a controla rata de creștere a drojdiei și, probabil, a altor culturi prin intermediul unui factor de temperatură.
Trimiteți-le prietenilor: