Материал: Меледина Т.В., Давыденко С.Г. Дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Морфология, химический состав, метаболизм

Медь является коферментом оксидаз и влияет на дыхательный метаболизм дрожжей. Коферментами пептидаз могут являться ионы меди или ионы цинка.

Экономический коэффициент прироста биомассы в расчете на медь составляет 100 кг АСБ/г, т.е. для прироста 100 г АСБ требуется

0,001 г меди.

Марганец активизирует целый ряд ферментов: декарбоксилазы, дегидрогеназы, оксидазы, пероксидазы, пептидазы, киназу. Вместе с железом, цинком и молибденом ионы марганца могут нивелировать вредное действие меди. Этот микроэлемент стимулирует процесс брожения даже в том случае, когда в сусле содержится недостаточ-

ное количество ионов цинка. Для биосинтеза 100 г АСБ требуется

0,005 г Mn+2.

6.3.3. ФАКТОРЫ РОСТА ДРОЖЖЕЙ

Помимо элементов минерального питания, источников углерода и кислорода дрожжи нуждаются в некоторых дополнительных веществах, называемых факторами роста, или ростовыми веществами.

Организмы, нуждающиеся в факторах роста, называют ауксотрофными. Им противопоставляют организмы, которые не зависят от факторов роста, – это прототрофы.

К факторам роста относятся такие соединения, как аминокислоты, пурины и пиримидины, а также витамины. Аминокислоты, пурины и пиримидины – составные части белков и нуклеиновых кислот; витамины входят в состав коферментов, как правило, это простетические группы фермента, т.е. коферменты, прочно связанные с ферментом.

В состав коферметов дрожжей входят многие витамины группы В, а также не относящаяся к витаминам липоевая кислота.

Витамины по растворимости можно объединить в две группы – водорастворимые и жирорастворимые. Водорастворимые: В1, В2, В3,

В5, В7, В8, В9, В12, С; жирорастворимые: А, D, Е, К.

Витамин В8 (инозит, или мезоинозит, для дрожжей) не относится к витаминам, хотя его роль и очень велика в росте и размножении клеток.

В метаболизме дрожжей не участвуют витамины С и В12, дрожжи также не нуждаются в жирорастворимых витаминах.

71

В табл. 6.2. указано, в какие коферменты и простетические группы входят некоторые витамины.

Рост в отсутствие витаминов указывает на тот факт, что витамин синтезируется самими клетками.

Втабл. 6.3 указано количественное содержание витаминов

вдрожжах.

Таблица 6.3

Содержание витаминов в дрожжах сахаромицетах

72

Рассмотрим роль отдельных витаминов, представляющих наибольший интерес с точки зрения влияния на дыхательный и бродильный метаболизм дрожжей S.cerevisiae.

6.3.4. ВИТАМИНЫ В МЕТАБОЛИЗМЕ ДРОЖЖЕЙ

Аэробный метаболизм дрожжей, при котором имеет место максимальное накопление биомассы и отсутствие синтеза этилового спирта, не может протекать в отсутствие или недостатке таких витаминов, как В1, В2, В7 и В8. Эти же витамины необходимы дрожжам в условиях брожения, когда часть глюкозы идет на синтез биомассы, а другая часть – на образование спирта и других продуктов брожения.

Тиамин (В1) входит в состав пируватдекарбоксилазы и играет положительную роль в процессах, связанных с образованием спирта. Вместе с тем этот витамин необходим в аэробном метаболизме дрожжей. Это связано с тем, что он входит в состав пируваткарбоксилазного комплекса, который контролирует синтез ацетил-S-КоА, исходного компонента дыхательного метаболизма дрожжей. Кроме того, тиамин необходим для работы ЦТК, он является одним из факторов, способствующих замыканию этого цикла, т.е. превращения 2-оксоглутарата в сукцинат, благодаря чему возможен аэробный обмен у дрожжей и высокий выход энергии, необходимой для синтеза биомассы.

Пантотеновая кислота (В3) входит в состав Ко-А-SН (кофермента ацелирования). Этот кофермент участвует во многих ферментативных реакциях, в которые вовлечены не только ацетильные, но и любые другие ацильные группы, при этом Ко-А-SH выполняет функции промежуточного переносчика ацильных групп. Большинство штаммов пекарских, винных и пивных дрожжей являются ауксотрофами по витамину В3.

Роль витамина В3 в ЦТК

Прежде всего следует остановиться на двух практически необратимых, выполняющих регуляторную функцию, реакциях, в которых участвует КоА-SН.

Первая реакция. Реакция декарбоксилирования пирувата с образованием ацетил-S-КоА, который является исходным наряду с окса-

73

лоацетатом и субстратом в цепи реакций ЦТК. Этот процесс идет под контролем сложной полиферментной системы, носящей название пируватдегидрогеназный комплекс, который содержит пируватдегидрогеназу с простетической группой – тиаминпирофосфатом и коферментом – Mg+2; дигидролипоилтрансацетилазу с простетической группой – липоевая кислота и дигидролипоилтрансацетилаза, которая содержит флавиновый кофермент. Кроме того, в этой реакции участвует НАД. Таким образом, для осуществления этой реакции необходимы витамины В1, В2, В3 и В5, а также Mg+2. Активатором является кислород, т.е. недостаток кислорода приводит к образованию неактивной формы фермента.

Вторая реакция. Это декарбоксилирование 2-оксоглутарата с образованием сукцинил-S-КоА, замыкающая ЦТК в условиях аэробиоза. Этот процесс проходит при участии полиферментной системы 2-оксоглутаратдегидрогеназы, которая по составу входящих в него коферментов и простетических групп напоминает пируватдегидрогеназный комплекс.

Система состоит из трех ферментов: α-кетоглутарат- декарбоксилазы дигидролипоилтрансацетилазы и дигидролипоилдегидрогеназы.

В этой реакции так же, как и в первой, помимо ферментных

белков участвуют тиаминпирофосфат, липоевая кислота, флавин, КоА-SH, Mg+2 и НАД.

Роль витамина В3 в биосинтезе жиров

Участие витамина В3 в биосинтезе жиров связано с ацетил-КоА (см. рис. 5.4). Ацетил-КоА является исходным соединением для синтеза жирных кислот и, следовательно, жиров. Особенно важны непредельные жирные кислоты, которые входят в состав всех мембран органоидов клетки, следовательно, они определяют интенсивность процесса роста и размножения дрожжей.

Для синтеза жиров из ацетил-КоА необходим также глицерофасфат, образующийся в процессе метаболизма сахаров. Кроме того, ацетил-КоА участвует в образовании стероидов.

Всинтезе непредельных жиров также необходимы витамин В7

иионы марганца Mn+2.

Следует отметить, что отсутствие в питательной среде витамина В3 отрицательно влияет на синтез эргостерина в дрожжах, который используется для получения витамина D.

74

В производственных питательных средах содержание пантотеновой кислоты не всегда достаточно для синтеза биомассы, особенно это касается солодового сусла.

Биотин

Практически все штаммы пекарских, винных и пивных дрожжей являются абсолютными ауксотрофами по биотину, т.е. неспособны расти и размножаться в его отсутствие.

Биотин входит в состав шести карбоксилаз. Он играет роль переносчика карбоксильных (-СОО-) групп во многих реакциях ферментативного карбоксилирования, протекающих с участием АТФ.

Наибольший интерес с точки зрения регулирования обмена в дрожжах представляют пируваткарбоксилаза, ацетил-КоА-карбо- ксилаза.

Роль биотина в аэробном метаболизме дрожжей

Биотин является активным компонентом биоцитина – простетической группы пируваткарбоксилазы – фермента, катализирующего реакцию превращения пирувата в оксалоацетат. Помимо биотина для протекания этой реакции необходим Zn+2, который является коферментом. Это наиболее важная реакция, которая обеспечивает работу ЦТК, она носит название анаплеротической (возмещающей) (см. рис. 5.1).

Пируваткарбоксилаза – аллостерический фермент. Скорость катализируемой ею реакции образования оксалоацетата в отсутствие ацетил-КоА очень низка, когда же ацетил-КоА имеется в избытке, стимулируется синтез оксалоацетата. Поэтому при дефиците биотина наиболее уязвим именно этот участок метаболизма, однако это не влияет на скорость гликолиза. В результате в клетках накапливается пируват, который частично выделяется в среду даже при наличии достаточного количества растворенного в среде О2. Если же концентрация растворенного кислорода невелика, идет образование спирта.

Роль биотина в синтезе углеводов

Пируваткарбоксилаза участвует и в другом процессе – образовании фосфоенолпирувата (см. рис. 5.3). В этом случае она действует в комплексе с другими ферментами, в частности с карбоксикиназой. Карбоксикиназная активность зависит от многих причин, в том числе

75