Для жизнедеятельности дрожжевой клетки необходим постоянный приток энергии, которую она получает в результате метаболизма (обмена веществ), т. е. превращения веществ.
Процесс питания, или ассимиляция, заключается в поступлении и усвоении пищи. Поскольку вещества пищи отличаются от веществ клетки по химическому составу, они подвергаются сложной переработке. Сначала они расщепляются на макромолекулы: белки, полисахариды, полинуклеотиды, которые в свою очередь распадаются на мономеры — аминокислоты, сахара, жирные кислоты. Эта сторона обмена веществ называется катаболизмом и осуществляется вне клетки под действием экзоферментов.
Образовавшиеся мономеры поглощаются клеткой и из них строятся вещества самой клетки. Этот обмен называется строительным или анаболизмом .
Для процессов метаболизма нужна энергия, которую клетка получает в результате окисления органических веществ. Эта сторона деятельности клетки называется энергетическим обменом , а окисление органических веществ — дыханием (диссимиляция).
Процессы питания и дыхания осуществляются одновременно и составляют две стороны обмена веществ. Энергия, освобождающаяся при дыхании, не выделяется в виде тепла, а аккумулируется в соединениях, богатых энергией, — макроэргических связях АТФ (аденозинтрифосфата).
Углерод . По типу усвоения углерода микроорганизмы делятся на автотрофы и гетеротрофы.
Автотрофы способны синтезировать органические вещества из неорганических. Они делятся на фототрофы и хемотрофы. Фототрофы питаются как зеленые растения, используя для синтеза органических веществ солнечную энергию. Таким образом могут питаться только окрашенные микроорганизмы — синезеленые водоросли и пурпурные серобактерии.
Хемотрофы используют для синтеза органических веществ химическую энергию, освобождающуюся в результате окисления неорганических веществ. Например, нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак в нитратную (азотную) кислоту, железобактерии окисляют закисное железо в окисное, бесцветные серобактерии окисляют сероводород до сульфатной (серной) кислоты.
Гетеротрофы питаются готовыми органическими веществами. Они делятся на сапрофиты (органотрофы) и паразиты (паратрофы). Сапрофиты питаются мертвой органической пищей, а паразиты способны питаться веществами живой клетки-хозяина.
Дрожжи по типу питания относятся к сапрофитам. В качестве источника углерода они используют углеводы: дисахариды (сахарозу и мальтозу) и моносахариды — гексозы (глюкозу и фруктозу). Дрожжи не могут усваивать крахмал, клетчатку, пентозы. Лактоза усваивается только дрожжами Saccharomyces lactis (сахаромицес лактис).
Опыты с мечеными атомами углерода показали, что некоторые дрожжи (Saccharomyces cerevisiae — сахаромицес церевизие) способны к ассимиляции углекислого газа как образованного ими при брожении, так и содержащегося в воздухе. Первым продуктом ассимиляции является щавелевоуксусная кислота.
Азот . Дрожжи хорошо усваивают азот как органических, так и неорганических веществ. Из неорганических форм азота они усваивают аммонийные соли фосфорной и сульфатной кислот, а также свободный аммиак. Дрожжи плохо используют нитриты и нитраты. Из органических форм они усваивают аминокислоты, пептиды и мочевину. Усвоение аминокислот сопровождается их дезаминированием и декарбоксилированием. В кислой среде усиливается процесс декарбоксилирования, а в щелочной — дезаминирования.
Дезаминирование может идти двумя путями в зависимости от условий. При окислительном дезаминировании (в присутствии кислорода) образуются кетокислота и аммиак:
R – СН(NH2) – СООН + 0,5О2 → R – СО – СООН + NН3 ↑ .
При восстановительном дезаминировании (в отсутствие кислорода) образуются альдокислота и аммиак:
R – СН(NH2) – СООН + 2Н → R – СН2 – СООН + NН3 ↑ .
При гидролитическом дезаминировании образуются оксикислота и аммиак:
R – СН(NH2) – СООН + Н2О → R – СНОН – СООН + NН3 ↑ .
Опытным путем доказано, что две аминокислоты лучше стимулируют размножение дрожжей и усиливают брожение, чем одна. Из этого напрашивается вывод, что одна аминокислота служит донатором водорода, а другая акцептором:
Смесь аминокислот ускоряет прирост дрожжей: двух аминокислот — на 20 %, трех — на 28, восьми — на 50 % .
Если дрожжи обеспечить всеми необходимыми аминокислотами, то они усваивают их без предварительного дезаминирования. Если в среде отсутствует часть необходимых аминокислот, дрожжи дезаминируют их, чтобы получить аммиак, необходимый для их синтеза.
Фосфор и сера . Фосфор является необходимым элементом для питания дрожжей. Он входит в состав ядра, протоплазмы, митохондрий, рибосом, волютина, содержится в нуклеиновых кислотах, ферментах. Фосфор входит в состав аденозинтрифосфата (АТФ):
обозначены макроэргические связи; при их гидролитическом расщеплении выделяется большое количество энергии (фосфорилирование).
Фосфорилирование — единственный биологический процесс, при помощи которого организмы получают необходимую энергию.
Дрожжи быстрее усваивают неорганический фосфор, чем органический.
Сера необходима дрожжам, как и всем другим живым организмам. Она входит в состав некоторых белков, ферментов в виде сульфгидрильной группы –SH.
Сера нужна дрожжам для синтеза некоторых витаминов (В1) и ростовых веществ (биотина, метионина).
В качестве источника серы дрожжи могут использовать сульфаты, сульфиты, сероводород и элементарную серу. Виноградные и плодовые соки содержат сульфаты. Кроме того, при брожении в соответствии с технологией используется диоксид серы. Может попасть в сусло и элементарная сера, стекающая с серных фитилей при окуривании тары. Элементарную серу дрожжи способны откладывать в своих клетках, но это приводит к изменению их формы.
Источник
Лабораторная работа «Строение и способ питания хлебопекарных дрожжей»
Строение и способ питания хлебопекарных дрожжей
Цель работы: Изучить строение и способ питания хлебопекарных дрожжей. Задачи работы:
1. Изучить внешнее строение хлебопекарных дрожжей с помощью микроскопа.
2. Провести опыты по изучению условий развития и способу питания хлебопекарных дрожжей.
3. Сравнить результаты наблюдений.
4. Сделать выводы по результатам наблюдений.
5. Определить особенности жизнедеятельности, значение дрожжей в природе и жизни человека с помощью справочной литературы и других источников информации.
6. Оформить лабораторную работу.
1. На предметное стекло поместите каплю воды. Иглой перенесите в каплю кусочек сухих хлебопекарных дрожжей и тщательно перемешайте. Рассмотрите клетки дрожжей под микроскопом, зарисуйте.
2. В колбе приготовьте сахарный раствор из 10 г сахара и 50 мл тёплой воды (25–30°С).
3. Внесите в колбу с сахарным раствором 2-3 г сухих хлебопекарных дрожжей и размешайте. Закройте колбу пробкой, опустив трубку в стакан с известковой водой.
4. Через 15-20 минут в колбе станет заметно протекание некоторых процессов. Что вы наблюдаете?
Наблюдаемпроцесс образования белой пены (появились маленькие пузырьки углекислого газа)
Объясните происходящие изменения
Дрожжи хлебопекарные- это микроскопические грибы, которые при создании благоприятных условий ( наличии сахара как питательной среды и определенной температуры (25–30°С) начинают активную жизнедеятельность. Дрожжи превращают сахар в спирт и углекислый газ. Таким способом они получают энергию, необходимую для жизни. Происходит процесс разложения (другими словами – брожение). Через 15 -20 минут можно считать, что весь воздух из колбы вытесненен и выход газа через газоотводную трубку стал равномерным. Через трубку выходит один из продуктов брожения – углекислый газ, о чем можно судить по помутнению известковой воды в пробирке.
5. Откройте пробку. Запах каких веществ можно почувствовать? Жидкость в стакане имела кислый запах. Дрожжи питаются сахаром (глюкозой) и получают энергию за счет процесса, который называется спиртовое брожение (чувствуется запах спирта).
6. Возьмите каплю из культуры уже разведенных в сахарной среде дрожжей. Рассмотрите их клетки под микроскопом, зарисуйте.
Сравните рисунки 1 и 2. Сделайте выводы.
Если сравнить рисунки, то можно увидеть округлые клетки, без признаков жизнедеятельности. Это означает, что хлебопекарные дрожжи в воде не активны. На втором рисунке мы наблюдаем, что дрожжи стали активны, увеличились в размере и на некоторых образуются выпячивания. Клетка хлебопекарных дрожжей делится путем почкования.
7. Сделайте вывод об условиях развития дрожжей и способе их питания.
Для развития хлебопекарных дрожжей необходимы определенные условия.Дрожжи при благоприятных условиях (тепло, наличие сахара) быстро размножаются почкованием, наращивая массу. Освобождающаяся при этом энергия используется дрожжами для обеспечения их жизнедеятельности.
Гетеро- или автотрофными организмами они являются? Обоснуйте свой ответ. Дрожжи по способу питания гетеротрофы, так как питаются готовыми органическими веществами.
8. Заполните таблицу
Характеристики признаков, отмеченных * , должны быть подтверждены результатами лабораторной работы, т.е. необходимо отметить на каком этапе лабораторной работы можно было его наблюдать или проверить
Таблица 1. Характеристика хлебопекарных дрожжей
Дрожжи — это микроскопические одноклеточные неподвижные грибы небольшого размера (10-15 мкм). Дрожжевые клетки имеют форму округлую или овальную. Не образуют мицелия. Клетки содержат мембрану, цитоплазму, ядро и другие органоиды. * Наблюдали на 1 этапе. Рассматривали клетки дрожжей под микроскопом.
Дрожжи по способу питания гетеротрофы. Питаются жидкостью, богатой сахаром. При этом происходит процесс разложения (другими словами – брожение) и выделяется углекислый газ. Если сахара нет, дрожжи начинают расщеплять крахмал. * Наблюдали на 3 этапе.
Дрожжи, в частности грибы из семейства сахаромицетов, которые используются в хлебопечении, размножаются вегетативным образом при помощи почкования. Сначала появляется вырост на материнской клетке, затем происходит митотическое деление ядра, образование клеточной стенки и отделение клеток друг от друга. На материнской клетке остается шрам от почкования, что позволяет определить ее возраст. Обычно материнская клетка может образовывать 20−30 почек. Развиваясь в неблагоприятной среде, дрожжи размножаются половым путем при помощи аскоспор. Биохимическим признаком таких дрожжей является сбраживание сахара. * Наблюдали на 6 этапе.
Хлебопекарные дрожжи могут обитать в сахарном растворе. *Наблюдали на 6 этапе.
В природе различные виды дрожжей встречаются в почве, на растениях (где дрожжи питаются прижизненными выделениями растений), нектаром цветов, раневыми соками растений, мёртвой фитомассой , на разнообразных сахаросодержащих субстратах.
Значение в природе
В природе разнообразные виды дрожжей накапливаются и служат кормим для для амеб и беспозвоночных животных. Капсулы некоторых дрожжей могут быть местом обитания бактерий. Почвенные дрожии влияют на состояние почв. Кроме источника энергии дрожжи в рационе животных являются источником витаминов. В природе дрожжи — сапрофиты то есть разлагают мертвую органику.
Значение для человека
Хлебопекарные дрожжи используются в хлебопечении. Они проводят спиртовое брожение с образованием множества пузырьков углекислого газа, которые заставляют тесто «подниматься» и после выпечки придают хлебу мягкость.
Дрожжи других видов используются в виноделии, пивоварении, квасоварении, в сельском хозяйстве, медицине и других производствах. Также дрожжи широко используются в науке как модельные организмы для исследований в генетике, молекулярной и клеточной биологии. Патогенные дрожжи — это вредные для человека дрожжи. Они вызывают заболевание у лиц с ослабленным иммунитетом. Дрожжи могут стать причиной порчи пищевых продуктов.
9. Что нового вы узнали в ходе выполнения лабораторной работы? Какие теоретические знания были подтверждены на практике? Какие новые навыки были получены или отработаны в ходе работы?
На лабораторной работе мы узнали, чтохлебопекарныедрожжи начинают активную жизнедеятельность, когда попадают в благоприятную среду.
На практике мы подтвердили, чтохлебопекарнымдрожжам для процесса брожения необходим сахар. Дрожжи превращают сахар в спирт и углекислый газ. Таким способом они получают энергию, необходимую для жизни. Мы подтвердили, что дрожжи при благоприятных условиях (тепло, наличие сахара) быстро размножаются почкованием, наращивая массу. Убедились, что дрожжи по типу питания гетеротрофы.
На лабораторной работе мы отработали навыки приготовления микропрепаратов, растворов, работы с лабораторным оборудованием, наблюдения за процессами жизнедеятельности, зарисовки биологического обьекта.
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Источник
Строение и жизнедеятельность дрожжей
Опубликовано: 2015-02-05 Обновлено: 2016-03-28
Автор статей и главный редактор Лисневич Наталья Николаевна врач высшей категории, стаж более 30 лет, г. Калуга, keon@mail.ru
Согласно классификации дрожжи относятся к микроскопическим грибам царства Mycota. Они представляют собой одноклеточные неподвижные микроорганизмы небольшого размера — 10-15 мкм. Несмотря на внешнее сходство дрожжей с крупными видами бактерий, к грибам их относят благодаря своей ультраструктуре клеток и методам размножения.
Рис. 1. Вид дрожжей на чашке Петри.
Место обитания дрожжей
Часто в природных условиях дрожжи встречаются на субстратах, богатых углеводами и сахарами. Поэтому их встречают на поверхности плодов и листьев, ягод и фруктов, на раневых соках, в нектаре цветков, в мертвой растительной массе. Кроме того их находят в почвах (как пример, в подстилке), воде. Дрожжевые организмы родов Candida или Pichia часто выявляют в среде кишечника человека и многих видов животных.
Рис. 2. Место обитания дрожжей.
Состав клеток дрожжей
Во всех дрожжевых клетках содержится около 75% воды, на 50-60% — это связанная внутриклеточная, а остальные 10 — 30% — освобожденная. В сухом веществе клетки в зависимости от возраста и состояния в среднем содержится:
Помимо этого, клетки включают в себя ряд важных компонентов, необходимых для их метаболизма — ферменты, витамины. Энзимы дрожжевых организмов являются катализаторами разных видов брожения и дыхательных процессов.
Рис. 3. Клетки дрожжевых организмов.
Строение клетки дрожжей
Дрожжевые клетки имеют разную форму: эллипсов, овалов, палочек, шаров. Размерность также бывает разная: часто длина составляет 6-12 мкм, а ширина 2-8 мкм. Это зависит от условий их обитания или культивирования, питательных компонентов и факторов внешней среды. Наиболее стабильные по свойствам молодые дрожжи, поэтому характеристику и описание видов проводят именно по ним.
Дрожжевые организмы имеют все стандартные компоненты, присущие эукариотическим клеткам. Однако, помимо этого, обладают уникальными отличительными свойствами грибов и сочетают в себе признаки клеточных структур растений и животных:
Клетки содержат мембраны, цитоплазму, а также такие органоиды, как:
ядро;
Гольджи аппарат;
Митохондрии клеток;
рибосомный аппарат;
жировые включения, зерна гликогена, а также валютин.
Отдельные виды имеют в составе пигменты. У молодых дрожжей цитоплазма является гомогенной. В процессе роста внутри них появляются вакуоли (содержащие органические и минеральные компоненты). В процессе роста наблюдается образование зернистости, происходит увеличение вакуолей.
Как правило, оболочки включают нескольких слоев с включенными полисахаридами, жирами и азотосодержащими компонентами. Некоторые из видов имеют ослизнелую оболочку, поэтому часто клетки склеены между собой и в жидкостях образовывают хлопья.
Рис. 5. Строение клетки дрожжевых организмов.
Дыхательные процессы дрожжей
Для дыхательных процессов дрожжевым клеткам нужен кислород, но многие их виды (факультативно-анаэробные) могут обходиться временно и без него и получать энергию от процессов брожения (бескислородное дыхание), образуя при этом спирты. В этом заключается одно из главных их отличий от бактерий:
среди дрожжей нет представителей, способных жить абсолютно без кислорода.
Процессы дыхания с кислородом энергетически выгоднее для дрожжей, поэтому при его появлении клетки завершают брожение и переходят на кислородное дыхание, выделяя при этом углекислый газ, что способствует более быстрому росту клеток. Такой эффект носит название Пастера. Иногда, при большом содержании глюкозы наблюдается эффект Кребтри, когда даже если есть кислород, клетки дрожжей ее сбраживают.
Рис. 6. Дыхание дрожжевых организмов.
Чем питаются дрожжи
Многие дрожжи-хемоорганогетеротрофны, и для того, чтобы получить энергию для питания и получения энергии используют органические питательные компоненты.
В бескислородных условиях для своего питания дрожжи предпочитают использовать такие углеводы, как гексоза и синтезированные из нее олигосахариды. Некоторые виды могут усваивать также другие виды углеводов — пентозу, крахмал, инулин. При доступе кислорода они способны к потреблению более широкого круга веществ, в то числе – жировые, углеводородные, спиртовые и другие. Такие сложные виды углеводов, как, например, лигнины и целлюлозы, для усвоения им не доступны. Источниками азота для них, как правило, служат соли аммония и нитраты.
Рис. 7. Дрожжи под микроскопом.
Что синтезируют дрожжи
Чаще всего дрожжи продуцируют при обмене веществ различные виды спиртов – большую часть составляют этиловые, пропиловые, изоамиловые, бутиловые, изобутиловые виды. Кроме того, обнаружено образование летучих жирных кислот, например, выявлен синтез уксусной, пропионовой, масляной, изомасляной, изовалериановой кислот. Помимо этого, при жизнедеятельности они в небольших концентрациях могут выделять в окружающую среду ряд веществ — сивушных масел, ацетоинов, диацетилов, альдегидов, диметилсульфида и прочих. Именно с такими метаболитами часто связывают органолептические свойства получаемых при их использовании продуктов.
Процессы размножения дрожжей
Отличительной особенностью дрожжевых клеток является их возможность вегетативно размножаться, при сравнении с остальными грибами, что происходит как от почковывание спор или, например, зигот клеток (как, например, родов Candida или Pichia). Часть дрожжей могут реализовывать процессы полового размножения, содержащие мицелиальные стадии, когда наблюдается образование зиготы и дальнейшая ее трансформация в «сумку» спорами. Некоторых дрожжи, образующие мицелий (например, родов Endomyces или Galactomyces) способны к распаду на отдельные клетки — артроспоры.
Рис. 8. Размножение дрожжей.
От чего зависит рост дрожжей
Процессы роста дрожжевых организмов зависят от разнообразных факторов внешней среды – температуры, влажности, кислотности, осмотического давления. Большинство дрожжей предпочитают среднюю температуру, среди них практически нет видов-экстремофилов, которые предпочитают чересчур высокую или, напротив, низкую температуру. Известно существование видов, способных переносить неблагоприятные условия окружающей среды. Подавить рост и развитие некоторых дрожжевых организмов можно, используя антибиотики.
Рис. 9. Производство дрожжей.
Чем полезны дрожжи
Часто дрожжи применяются в домашнем хозяйстве или промышленности. Человек уже давно начал их использование для своей жизнедеятельности, например, при приготовлении хлеба и напитков. Сегодня их биологические способности применяются при синтезе полезных веществ — полисахаридов, ферментов, витаминов, органических кислот, каротиноидов.
Рис. 10. Bино — продукт, получаемый за счет деятельности дрожжей.
Применение дрожжей в медицине
Дрожжи используют в биотехнологических процессах при производстве лекарственных веществ — инсулин, интерферон, гетерологичные белки. Медики часто прописывают пивные дрожжи ослабленным людям при аллергических заболеваниях. Применяют их и в косметологических целях для укрепления волос, ногтей, улучшения состояния кожи.
Рис. 11. Дрожжи в косметологии.
Кроме того, среди дрожжей встречаются виды (к примеру, Saccharomycesboulardii), способные поддерживать и восстанавливать микрофлору желудочно-кишечного тракта, а также снимающие симптомы и риск возникновения диарей и снижающие сокращения мускулатуры у пациентов с синдромами раздражённого кишечника.
Существуют ли вредные дрожжи?
Известно, что размножение дрожжей в продуктах питания способно вызывать их порчу (например, происходят процессы вспучивания, изменения запахов и вкусов). Кроме того, по данным специалистов-микологов, среди них бывают патогенные, способные вызвать различные нарушения живых организмов, а также ряд серьезных болезней людей, у которых ослаблен иммунитет.
Среди болезней человека выделяют, например, кандидозы, вызываемые дрожжами Candida, и криптококкозы, возбудителем которого служит Cryptococcusneoformans. Показано, что данные патогенные виды дрожжей часто бывают нормальными обитателями микрофлоры человека и начитают активно размножаться именно при ослаблении, при получении различных травм, при возникновении ожогов, после хирургических вмешательств, при долгом приеме антибиотиков, иногда у маленьких или, напротив, пожилых людей.
