SACCHAROMYCES CEREVISIAE: KARAKTERISTIKE, MORFOLOGIJA, ŽIVOTNI CIKLUS - BIOLOGIJA - 2026

U Saccharomyces cerevisiae ili pivski „s kvasac je jednostaničnih gljiva pripadaju Koljeno askomikote, klasi Hemiascomicete i Saccharomicetales reda. Karakterizira ga široka rasprostranjenost staništa, poput lišća, cvijeća, tla i vode. Njegovo ime znači gljiva šećerna piva, jer se koristi tijekom proizvodnje ovog popularnog pića.

Ovaj kvas koristi se više od jednog stoljeća u pečenju i varenju, ali znanstvenici su ga početkom 20. stoljeća obraćali na pozornost, što ga je činilo modelom za proučavanje.

Saccharomyces cerevisiae na ploči s agarima. Autor Rainis Venta, iz Wikimedia Commons

Ovaj se mikroorganizam široko koristi u različitim industrijama; Trenutno je gljivica koja se široko koristi u biotehnologiji, za proizvodnju inzulina, antitijela, albumina, između ostalih tvari koje su zanimljive čovječanstvu.

Kao model ispitivanja ovaj je kvasac omogućio rasvjetljavanje molekulskih mehanizama koji se javljaju tijekom staničnog ciklusa u eukariotskim stanicama.

Biološke karakteristike

Saccharomyces cerevisiae je eukariotski jednocelični mikrob, kuglastog oblika, žućkastozelene boje. Kemoorganotrofna je, jer zahtijeva organske spojeve kao izvor energije i ne zahtijeva sunčevu svjetlost da bi rasla. Ovaj kvasac može koristiti različite šećere, a glukoza je poželjni izvor ugljika.

S. cerevisiae je fakultativni anaerob, jer može rasti u uvjetima nedostatka kisika. Tijekom ovog stanja okoliša glukoza se pretvara u različite intermedijare poput etanola, CO2 i glicerola.

Potonji je poznat kao alkoholna fermentacija. Tijekom ovog procesa, rast kvasca nije učinkovit, međutim, medij kojeg široko koristi industrija fermentira šećere koji su prisutni u različitim žitaricama kao što su pšenica, ječam i kukuruz.

Genom S. cerevisiae potpuno je sekvenciran, što je prvi eukariotski organizam koji je postignut. Genom je organiziran u haploidni skup od 16 kromosoma. Otprilike 5.800 gena predviđeno je za sintezu proteina.

Genom S. cerevisiae vrlo je kompaktan, za razliku od ostalih eukariota, jer 72% predstavlja gen. Unutar ove skupine identificirano je oko 708 koji sudjeluju u metabolizmu i provode oko 1035 reakcija.

Morfologija

S. cerevisiae je mali jednoćelijski organizam koji je usko povezan sa stanicama životinja i biljaka. Stanična membrana odvaja ćelijske komponente od vanjskog okruženja, dok nuklearna membrana štiti nasljedni materijal.

Kao i kod drugih eukariotskih organizama, mitohondrijska membrana sudjeluje u stvaranju energije, dok su endoplazmatski retikulum (ER) i Golgijev aparat uključeni u sintezu lipida i modifikaciju proteina.

Vakuoli i peroksisomi sadrže metaboličke puteve povezane s probavnim funkcijama. U međuvremenu, složena mreža skela djeluje kao podrška ćeliji i omogućuje kretanje stanica, izvršavajući tako funkcije citoskeleta.

Aktinski i miozinski vlakni citoskeleta djeluju korištenjem energije i omogućuju polarni redoslijed stanica tijekom diobe stanica.

Podjela stanica dovodi do asimetrične podjele stanica, što rezultira većom matičnom stanicom od kćeri. To je vrlo često u kvascima i postupak je koji se definira kao pupoljci.

S. cerevisiae ima zidnu ćelijsku stijenu, čime kvasac daje svojstveni stanični oblik. Ovaj zid sprječava osmotska oštećenja jer djeluje na turgorski pritisak, što tim mikroorganizmima daje određenu plastičnost u štetnim okolišnim uvjetima. Stanična stijenka i membrana povezani su periplazmatskim prostorom.

Životni ciklus

Saccharomyces cerevisiae seksualni ciklus. Izvor: Wikimedia Commons

Životni ciklus S. cerevisiae sličan je životnom stanju većine somatskih stanica. Mogu postojati haploidne i diploidne stanice. Veličina ćelija haploidnih i diploidnih ćelija varira ovisno o fazi rasta i od soja do soja.

Tijekom eksponencijalnog rasta, haploidna stanična kultura razmnožava se brže od diploidne stanične kulture. Haploidne stanice imaju pupoljke koji izgledaju u susjedstvu s prethodnim, dok se diploidne stanice pojavljuju na suprotnim polovima.

Vegetativni rast nastaje pupoljkom, u kojem kćerna stanica počinje kao pupoljak iz matične stanice, nakon čega slijedi nuklearna dioba, formiranje stanične stijenke i konačno razdvajanje stanica.

Svaka matična stanica može oblikovati oko 20-30 pupova, tako da se njezina starost može odrediti brojem ožiljaka na staničnoj stijenci.

Diploidne stanice koje rastu bez dušika i bez izvora ugljika prolaze proces mejoze, proizvodeći četiri spore (ascas). Ove spore imaju visoku otpornost i mogu klijati u bogatom mediju.

Spore mogu biti iz a, α ili obje skupine parenja, što je analogno spolu u višim organizmima. Obje stanice stanice proizvode feromonske tvari koje inhibiraju staničnu diobu druge stanice.

Kad se ove dvije stanične skupine susretnu, svaka formira neku vrstu izbočenja koja, kad se spoji, na kraju dovede do međućelijskog kontakta, što u konačnici stvara diploidnu stanicu.

Prijave

Kolači i kruh

S. cerevisiae je kvasac koji ljudi najviše koriste. Jedna od glavnih primjena bila je u pečenju i pravljenju kruha, jer se tijekom procesa fermentacije pšenično tijesto omekšava i širi.

Prehrambeni dodatak

S druge strane, ovaj se kvasac koristio kao dodatak prehrani, jer oko 50% njegove suhe težine čine proteini, bogat je i vitaminom B, niacinom i folnom kiselinom.

Proizvodnja pića

Ovaj kvasac sudjeluje u proizvodnji različitih pića. Industrija pivaranje to intenzivno koristi. Fermentiranjem šećera od ječmenog zrna može se dobiti pivo, svjetski popularno piće.

Slično tome, S. cerevisiae može fermentirati šećere prisutne u grožđu, stvarajući do 18 vol.% Etanola vina.

Biotehnologija

S druge strane, s biotehnološkog stajališta, S. cerevisiae, bio je model proučavanja i korištenja, jer je to organizam koji se lako uzgaja, brzo raste i čiji je genom sekvenciran.

Upotreba ovog kvasca u biotehnološkoj industriji kreće se od proizvodnje inzulina do proizvodnje antitijela i drugih proteina koje medicina koristi.

Trenutno, farmaceutska industrija koristi ovaj mikroorganizam u proizvodnji različitih vitamina, zbog čega su biotehnološke tvornice izmijenile petrokemijske tvornice u proizvodnji kemijskih spojeva.

Reference

1. Harwell, LH, (1974). Stanični ciklus Saccharomyces cerevisiae. Bakteriološki pregledi, 38 (2), str. 164-198.
2. Karithia, H., Vilaprinyo, E., Sorribas, A., Alves, R., (2011). MJESTO JEDAN, 6 (2): e16015. doi.org.
3. Kovačević, M., (2015). Morfološke i fiziološke karakteristike stanica kvasca Saccharomyces cerevisiae koje se razlikuju u životnom vijeku. Magistarski rad iz biokemije. Farmaceutsko-biokemijski fakultet Sveučilišta u Zagrebu. Zagreb-Hrvatska.
4. Otero, JM, Cimini, D., Patil, KR, Poulsen, SG, Olsson, L., Nielsen, J. (2013). Industrijski sustavi Biologija Saccharomyces cerevisiae omogućava novu tvornicu ćelije sočne kiseline. MJESTO JEDNO, 8 (1), e54144.
5. Saito, T., Ohtani, M., Sawai, H., Sano, F., Saka, A., Watanabe, D., Yukawa, M., Ohya, Y., Morishita, S., (2004). Morfološka baza podataka Saccharomyces cerevisiae. Nukleinske kiseline Res, 32, str. 319-322. DOI: 10.1093 / nar / gkh113
6. Shneiter, R., (2004). Genetika, molekularna i stanična biologija kvasca. Université de Fribourg Suisse, pp. 5-18.