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

от содержания сахарозы в среде: чем выше ее концентрация, тем ниже активность фермента.

Роль биотина в синтезе жиров

Биотин играет большую роль в синтезе длинноцепочечных жирных кислот, входящих в клеточные мембраны. Исходным метаболитом в синтезе жирных кислот являются цитоплазматический Ац-КоА и диоксид углерода, которые под действием ацетил-КоА- карбоксилазы, содержащей в качестве простетической группы биотин, превращаются в малонин-КоА – непосредственного предшественника 14 из 16 атомов углерода молекулы пальмитиновой кислоты.

Таким образом, недостаток биотина в среде культивирования влечет за собой нарушение всех видов обмена – белкового, жирового, углеводного, а также синтеза нуклеиновых кислот.

Нарушение синтеза жирных кислот приводит к увеличению проницаемости клеток и выходу жизненно важных метаболитов в среду культивирования. Также меняется химический состав запасных веществ дрожжевой клетки: вместо гранул гликогена откладываются гранулы низкомолекулярных липидов из короткоцепочечных жирных кислот. В результате снижаются интенсивность размножения дрожжей и выход биомассы.

Обычно для возмещения недостатка биотина в сложные питательные среды, такие как меласса и солодовое сусло, этот витамин вносят из расчета 0,25 мг на прирост 1 кг дрожжей с массовой долей сухих веществ 25 %. При этом следует иметь в виду, что дрожжи обладают способностью накапливать внутриклеточные запасы биотина, однако в ферментах количество связанного биотина всегда постоянно. В связи с этим имеющийся резерв витамина может быть использован дрожжами на следующих стадиях культивирования.

Избыток биотина также нежелателен, так как при этом наблюдается замедление его транспорта в клетку, поэтому при количественном расчете биотина на осуществление процесса культивирования следует учитывать его содержание в среде и в самих дрожжах.

Инозит (В8)

Для дрожжей только один из изомеров – мезоинозит (миоинозит) – является фактором роста. Содержание этого витамина в дрожжах может колебаться в пределах от 200 до 500 мг/100 г АСБ.

76

Установлено, что мезоинозит играет важную роль в жировом обмене сахаромицетов, в частности, клеточные мембраны дрожжей содержат до 20 % фосфотидилинозита – фосфолипида, в состав которого входит инозит. При его недостатке нарушается синтез фосфолипидов, а также РНК белка, и происходят изменения в структуре клеточных мембран (они становятся более хрупкими), при этом увеличивается содержание низкомолекулярных липидов в клетках. При недостатке В8 в клетках содержание жиров может достичь 4,5 %, в то время как в обычных условиях – 1,6 % . Все это приводит к снижению интенсивности размножения клеток, нарушению обмена, задержке цитокинеза (почки не отделяются от материнских клеток), в результате падает выход биомассы и снижается их бродильная активность.

Содержание этого витамина в производственных средах достаточно велико, поэтому он не является лимитирующим рост дрожжей фактором.

В связи с большим значением витаминов при составлении питательных сред следует рассчитывать количество витаминов, лимитирующих рост дрожжей, учитывая потребность клеток в факторах роста (табл. 6.4).

Таблица 6.4

Потребность дрожжей в факторах роста

Сведения о потребности дрожжей в витамине В1 отсутствуют, однако для культивирования винных дрожжей рекомендуется вносить тиамин из расчета 0,5 мг/л сусла.

7. СТИМУЛЯТОРЫ РОСТА ДРОЖЖЕЙ

Стимуляторы роста условно подразделяются на физические, химические и биологические. Общим для них является характер на-

77

блюдаемых эффектов: увеличение концентрации биомассы или синтеза вторичных метаболитов при использовании стимуляторов в малых дозах.

7.1. ФИЗИЧЕСКИЕ СТИМУЛЯТОРЫ РОСТА МИКРООРГАНИЗМОВ

В настоящее время в микробиологии используют ряд факторов физической природы, оказывающие влияние на репродуктивные и метаболические функции. Это прежде всего температура, давление, ультразвук, электрический ток, электрические и магнитные поля, различное физическое состояние воды в питательных средах, малые дозы радиации.

Наиболее изученным фактором является температура. Значительно реже для ускорения процессов биосинтеза используют давление.

Как правило, позитивный эффект от факторов физического характера наблюдается либо после кратковременного воздействия на микробные клетки, либо после их воздействия в умеренных дозах. Так, под влиянием ультразвука (УЗ) средней интенсивности накопление биомассы и скорость размножения дрожжей рода Saccharomyces заметно повышается. Подобная обработка культуральной жидкости сопровождалась заметным повышением бродильных свойств хлебопекарных дрожжей и увеличением выхода конечного продукта.

Достаточно глубоко изучено действие электрического тока на рост и размножение микроорганизмов. Выявлены зависимости между силой тока и скоростью размножения, электропроводимостью среды культивирования и воздействующим напряжением.

Стимулирующим действием обладает также импульсное электрическое поле. Причем и здесь параметры ростовых эффектов полностью зависят от вида микроорганизмов и условий их культивирования. Активно воздействует на рост и размножение клеток магнитное поле различной мощности. При этом биохимическая активность микроорганизмов зависит от величины и направленности потока.

Привлекает внимание исследователей и электромагнитное поле, также способствующее ускоренному росту микроорганизмов и изменению их ферментативной активности. Так, после обработки дрожжей в поле СВЧ их бродильная активность возросла в 6,6 раз. В то же

78

время увеличение диапазона электромагнитного поля губительно влияет на микроорганизмы.

Имеются сведения о стимулирующем влиянии УФ излучения, которое, по мнению некоторых авторов, ускоряет биосинтетические процессы. Однако следует иметь в виду, что УФ лучи оказывают и мутагенное действие на микроорганизмы.

Стимулируют рост микроорганизмов и малые дозы радиации. Эксперименты на вирусах, бактериях, водорослях и грибах показали стимулирующую роль облучения, которое выражалось в ускорении митоза, сокращении времени генерации и увеличении биомассы.

7.2. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СТИМУЛЯТОРЫ РОСТА МИКРООРГАНИЗМОВ

Стимуляторы роста биологической природы, как правило, являются сложными соединениями с широким спектром действия. К ним относятся вещества, содержащиеся в растительных и животных экстрактах, а также в автолизатах микроорганизмов. Природа их воздействия на микроорганизмы во многом остается неизвестной. Доказано, что лишь в некоторых из них стимулирующая активность обусловлена одним из факторов – либо содержанием витаминов, либо низкомолекулярными соединениями небелковой природы. Хорошими стимуляторами роста являются экзогенные нуклеазы. Имеются также сведения о стимулирующем эффекте различных отходов сельскохозяйственного, пищевого, микробиологического и других производств. С этой точки зрения интересны разработки по использованию отходов пивоваренного производства: белкового отстоя, который подвергают гидролизу серной кислотой, вытяжки из ростков ячменя, автолизатов остаточных пивных дрожжей.

В качестве стимулятора роста дрожжей может применяться отход производства белка из соевого шрота.

7.3. ХИМИЧЕСКИЕ СТИМУЛЯТОРЫ РОСТА МИКРООРГАНИЗМОВ

Среди стимуляторов химической природы можно выделить:

– предшественников синтеза макромолекул и вторичных метаболитов;

79

– химические соединения, не являющиеся метаболитами, но способные стимулировать синтетическую и репродуктивную активность клеток.

К первой группе относятся некоторые аминокислоты. Стимулируют рост и синтез ферментов гистидин, глутаминовая кислота, цистин, аланин и другие.

Ко второй группе можно отнести гиббереллины и ауксины. Стимулирующий эффект гиббереллинов наблюдается не только

врастениях, но и в микроорганизмах. Так, в концентрации 0,01 % они стимулируют выход кормовых дрожжей и сокращают время накопления биомассы на 17–27 % в зависимости от состава среды. Эффект гиббереллина зависит от концентрации соединения и величины засева, причем зависимость эта носит обратно пропорциональный характер.

Индолилуксусная кислота (ИУК), или гетероауксин, образуется

врезультате жизнедеятельности дрожжей, грибов и бактерий. Ранее ИУК использовали только в сельском хозяйстве. Сейчас установлено стимулирующее влияние ИУК на целый ряд микроорганизмов, в том числе на сахаромицеты. Механизм действия ИУК пока не выяснен, доказано только, что кислота связывается с ДНК и РНК, причем количество связанного материала зависит от скорости роста клеток.

Для повышения скорости роста и выхода дрожжевых культур,

вчастности сахаромицетов, используют карнитин, либо его производные. Это соединение является переносчиком ацетильных групп из цитоплазмы в митохондрии и в то же время способствует синтезу соединений, являющихся предшественниками в образовании биотина.

Высокой стимулирующей активностью обладает p-аминобен- зойная кислота (ПАБК). Это соединение является предшественником тетрагидрофолиевой кислоты, которая служит коферментом, участвующим в переносе одноуглеродных единиц, и является предшественником цитохромов.

Сначала 70-х годов интенсивно изучается влияние на микроорганизмы поверхностно-активных соединений (ПАВ), способных оказывать воздействие на энергетический обмен клеток через изменение мембранного механизма проницаемости, что в конечном счете приводит к стимулирующей рост активности.

Повышения выхода биомассы можно добиться путем применения водорастворимых каротиноидов, в частности, кроцетина или

80