DROJDIIMicrobiologie

Notiuni generale

Drojdiile (levurile) - fungi cu formă predominantunicelulară, cu un singur nucleu; se reproducasexuat (înmugurire sau diviziune transversală),asexuat (înmugurire sau diviziune transversală),sau sexuat (formare de spori).

Primele referiri care atestă folosirea drojdiilor în procesul de fermentaţie a berii datează din anii 6000 î e n în Egiptul anticî.e.n. în Egiptul antic.

Importanţa acestor microorganisme a fostp ţ gevidenţiată de către Louis Pasteur, în lucrareasa ”Études sur le Vin” din 1866.

Importanţa drojdiilor

în anaerobioză - produc fermentaţia glucidelorsimple, cu formare de alcool etilic şi dioxid de

bcarbon.Drojdiile de fermentaţie sunt utilizate în biotehnologiile

fermentative la fabricarea vinului, a berii, a altor, ,băuturi alcoolice, a spirtului de fermentaţie, precumşi la obţinerea pâinii, prin dospirea aluaturilor.

în aerobioză se obţine o biomasă cu conţinutridicat de proteine (45-55% proteină brută raportatăridicat de proteine (45 55% proteină brută raportatăla s.u.) cu denumirea de “single cell biomass” ,utilizată atât în furajarea animalelor cât şi înalimentaţia omuluialimentaţia omului.

Bi di d jdii

Importanţa drojdiilor

Biomasa din drojdii- conţine şi aminoacizi esenţiali (lizină, triptofan) şi

vitamine ale grupului B (tiamină şi riboflavină).vitamine ale grupului B (tiamină şi riboflavină).- se utilizează la obţinerea de extracte (autolizate)

folosite ca aditivi alimentari sau pentru suplimentareadii d l ă î f i dunor medii de cultură în factori de creştere sau surse

de azot pentru microorganisme.- vitamine hidrosolubile (B1 B2 PP ergosterol);vitamine hidrosolubile (B1, B2, PP, ergosterol);- enzime hidrolitice cum sunt invertaza sau lactaza.

Prin tehnici de inginerie genetică s a re şit obţinerea norPrin tehnici de inginerie genetică s-a reuşit obţinerea unortulpini mutante de Saccharomyces cerevisiaeproducătoare de interferon.

Mediul de viaţă

i h bit t b t î h i d bi i d microhabitate bogate în zaharuri, de obicei deorigine vegetală, unde concurează cu succes altemicroorganisme.g

habitate naturale (plante, animale, sol, ape) drojdiilei i i d d dpot acţiona ca microorganisme de degradare.

specii parazite de drojdii în strânsă dependenţă de specii parazite de drojdii, în strânsă dependenţă degazda care le furnizează substanţele nutritive necesare

Un număr relativ mic de drojdii facultativ sauobligatoriu parazite pot determina boli la om,animale şi planteanimale şi plante.

Mediul de viaţă

D. sunt imobile, răspândirea lor se face princurenţi de aer şi de apă, prin ploaie şi cuajutorul insectelor şi păsărilorajutorul insectelor şi păsărilor.

În sol drojdiile alcătuiesc populaţiisemnificative în acest mediu (numărul desemnificative în acest mediu (numărul decelule viabile pe gram de sol = 0 şi câteva mii).

- în probele recoltate din solurile grădinilor şilivezilor, numărul celulelor de drojdie este deordinul a 105 celule / gramordinul a 105 celule / gram.

- cea mai mare concentraţie de celule de drojdieeste în straturile superficiale ale solului(<30cm)

A l d l i/ ă t ţi D it di l fl ă i

Mediul de viaţă

Apele dulci/sărate conţin D provenite din: sol, floră şifaună acvatică, plancton etc. Populaţiile cele maiabundente de D - în apele de suprafaţă, care conţinp p ţ ţcantităţi mari de materii organice.

Pe diferite organe ale plantelor: frunze, flori, fructe, înexsudate pe lemn putrezit muşchi şi ciuperci cu pălărieexsudate, pe lemn putrezit, muşchi şi ciuperci cu pălărie.

drojdii patogene pentru plante (genul Nematospora),provoacă boli ale bumbacului, tomatelor, fasolei,p , , ,citricelor.

Prezente în biocenoza intestinală; se elimină naturalprin prod se de dejecţieprin produse de dejecţie.

Organismul insectelor = un vector important pentrurăspândirea în natură a acestor microorganisme.p g

Prezenţa D de contaminare nu este asociată

Mediul de viaţă

Prezenţa D de contaminare nu este asociatăniciodată cu producerea de toxine, chiar dacăsunt drojdii patogene; prin urmare nu are locotrăvirea alimentelor.

Cazuri extreme de crestere:- substrat cu conţinut ridicat de zahăr (40 - 70%), de

ex. în miere, gemuri, jeleuri, siropuri, fructe uscate,melase şi alte produse (drojdii osmofile)melase şi alte produse (drojdii osmofile).

- substrat cu conţinut ridicat de sare (fermentatiamaslinelor, castraveţi muraţi, varză murată etc. sau laproducerea de pelicule vâscoase pe slănină, cârnaţi,şuncă şi carne sărată (drojdii osmodure – ex. genulDebaryomyces) .Debaryomyces) .

Morfologie

eucariote, unicelulare, cu dimensiuni mai mari decâtale bacteriilor.ale bacteriilor.

nu posedă flagel - imobilă.

forma ale celulei de D :- ovală / elipsoidală (Saccharomyces);- sferică (Torulopsis);- apiculată (Nadsonia, Kloeckera, Hanseniaspora);

cilindrică / filamentoasă (Candida Ashbya);- cilindrică / filamentoasă (Candida, Ashbya);- de sticlă (Saccharomycodes);- de triunghi (Trigonopsis)de triunghi (Trigonopsis).

Morfologie

Clasificare din punct de vedere morfologic:- monomorfe;- dimorfe;dimorfe;- polimorfe.

Dimensiuni:- diametrul mic cuprins între 1-5 μm şi- diametrul mare între 5-50 μm.

F l i li l / d i li l t tiFormele miceliale / pseudomiceliale pot atingedimensiuni de 170x812 μm.

Pe suprafaţa mediilor de cultură solide / solidificate,dintr-o celulă de drojdie, prin înmugurire succesivă,rezultă o biomasă de celule de acelaşi tip = colonierezultă o biomasă de celule de acelaşi tip = colonie.

Morfologie

Coloniile de drojdii: Dimensiuni: 0,2 - 2 cm, în funcţie de specie şi de

diţiil d lticondiţiile de cultivare;

Aspect: cremos, lucioas sau mat;

Culoarea: alb - crem, dar există drojdii care formeazăcolonii colorate în roşu, roz sau portocaliu datorităi t i d i ţi t idi i ( ilsintezei de pigmenţi carotenoidici (genurile

Rhodotorula şi Sporobolomyces).

P fil î ţi l ti l i i l Profil: în secţiune - lenticular, semicircular sauumbonat;

M i i if d l t Margini: uniforme sau ondulate.

medii de cultură lichide D fermentative produc

Morfologie

medii de cultură lichide - D fermentative productransformarea fermentativă anaerobă a substraturilordulci, rezultând alcool etilic şi dioxid de carbon, cutulburarea mediului şi formarea de spumă.

În funcţie de structura PC drojdiile cultivate în mediilichide:

- rămân în suspensie (proprietate de pulverulenţă)t l ti ( i t t d fl l )- se pot aglutina (proprietate de floculare).

Drojdiile oxidative - se dezvoltă în condiţii de Drojdiile oxidative - se dezvoltă în condiţii deaerobioză, formează la suprafaţa lichidului un voalalb, cutat, care se rupe uşor şi cade la fundul vasului,

d â d t lb i di tproducând tulburare şi sediment.

Structura

Învelişurile celulare - rol de delimitare, protecţie şiparticipând la toate procesele fiziologice fundamentalecare se desfăşoară la nivel celularcare se desfăşoară la nivel celular.

Peretele celular regiunea metabolică externă a celulei; reprezintăg ; p

circa 1/10 din volumul celulei şi aproximativ 15% dinsubstanţa uscată a acesteia;

t î li t fl ibil l ti i t t l aspect = înveliş tare, flexibil, elastic, rezistent laacţiunea unor factori fizici, chimici şi biologici,

funcţii: înveleşte şi protejează protoplastul participă funcţii: înveleşte şi protejează protoplastul, participăla schimburile de substanţe cu mediul ambiant,controlează rata de creştere a celulei.

Structura

PC - structură fizico-chimică şi o arhitectură specifice,care pot varia în funcţie de specie, stadiul ontogeneticsau factorii de mediu.sau factorii de mediu.

Compozitie: polizaharide, proteine, lipide, fosfaţi

Glucanul manoproteinele şi chitina reprezintă peste 90%Glucanul, manoproteinele şi chitina reprezintă peste 90%din substanţa uscată a peretelui celular, alături de caresunt prezente cantităţi mici de lipide, enzime, cationidivalenţi şi apă. structură ramificată, ce prezintă legături glucozidice β-

(1-3) şi β-(1-6)(1 3) şi β (1 6). se asociază în subunităţi microfibrilare, care la rândul

lor sunt organizate sub forma unei reţele, fapt cesugerează principalul rol al glucanului - de schelet.

M l li l i

Structura

Mananul, polimer al manozei;- conţine câteva resturi de N-glucozamină şi o

anumită cantitate de fosfat constant legat la oanumită cantitate de fosfat constant legat la opeptidă.

- molecula sa, foarte ramificată, este formată dintr-unl i i di ă l ă îax central, constituit dintr-o catenă lungă, în care

resturile de manoză sunt legate α-(1-6) şi din lanţurilaterale cu legături α-(1-2) şi α-(1-3).g ( ) ş ( )

glucan şi manan - asociate cu proteinele, formândcomplexe macromoleculare glicoproteice.ă ăChitină - o aminopolizaharidă cu molecule liniare

constituite în exclusivitate din resturi de N-acetilglucozamină legate β-(1-4).g g β ( )

Structura

chitina - localizată (în cea mai mare parte sau chiar înexclusivitate) la nivelul cicatricei mugurale (la drojdiilecare înmuguresc);care înmuguresc);

- rol structural, fiind implicată în rezistenţaperetelui la acţiunea factorilor fizici, chimici şi biologici.

Lipidele - rol de stabilizare a edificiului pereteluicelular, sunt reprezentate de mono-, di- şi trigliceride,esteri sterolici, acizi graşi liberi şi fosfolipide.

Apă, unii cationi divalenţi (de exemplu Ca2+ şiţ ( pMg2+) şi ionul fosfat, care se leagă de diferitecomponente organice parietale, realizând punţicomplexantecomplexante.

Structura

Grosimea PC: 150 - 250 nm

Structura: bi- sau tristratificat, mai rar multistratificat, înimaginile electrono-microscopice ale ultrasecţiunilor:

Stratul extern - o suprafaţă rugoasă, în compoziţiasa predominând α-mananul legat de proteine.

Stratul intern - suprafaţa ornamentată cunumeroase riduri ce urmăresc invaginărileplasmalemei şi a căror mărime este dependentă deplasmalemei şi a căror mărime este dependentă destadiul de maturare a celulei şi de compoziţiamediului de cultură. Acest strat este format din β-l f â d l t iglucan, formând complexe cu proteine.

Structura

Protoplaştii- obtinuti prin îndepărtarea pe caleenzimatică a PC;

- utilizaţi în manipulările genetice şi în obţinerea prinfuziune a hibrizilor cu importanţă teoretică şi practicădatorită totipotenţei, a capacităţii lor de a fuziona.p ţ , p ţ

Membrana plasmatică (MP)Membrana plasmatică (MP)- reprezintă cel de al doilea înveliş al celulei de

drojdie,- aderă strâns pe toată suprafaţa sa la peretele celular,

cu care cooperează funcţional.

MP (plasmalema)Structura

structura - strat trilamelar lipoproteic, dispusa înmodelul mozaicului fluid (Singer şi Nicholson, 1972).

i d 8 9 l d jdiil t i t grosime de 8-9 nm; la drojdiile mature prezintainvaginări şanţiforme, care se modifică cu vârsta.

câmpurile paracristaline de particule intramembranare câmpurile paracristaline de particule intramembranare

compozitie (lipoproteică), raportul proteine/lipide variindîn funcţie de specieţ p

Lipide (23-30%) = monogliceridele, digliceridele,trigliceridele, sterolii, acizii graşi liberi, fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina şi fosfatidilinozitolul. - formează matricea MP- au rol în procesele de permeabilitate.p p

Structura

Proteinele (30-33%), din punct de vedere funcţional: proteine structurale (cu implicaţii în organizarea

edificiului arhitectural al plasmalemei);edificiului arhitectural al plasmalemei); informaţionale (receptori); biocatalizatori (enzime) biocatalizatori (enzime).

Enzime specifice: ATP-aze Mg2+ dependente,fosfokinaze hidrolaze etcfosfokinaze, hidrolaze etc.Rol : biosinteza polizaharidelor parietale (glucansintetaze,

chitinsintetaze)chitinsintetaze), în glicoliză, î f f il id ti ă ( id d t it i) în fosforilarea oxidativă (oxidoreductaze, citocromi).

Glucidele legate covalent de lipide şi proteine

StructuraGlucidele, legate covalent de lipide şi proteineRol : anticorpi de suprafaţă (receptori imunologici),p p ţ ( p g ) receptori pentru diferiţi stimuli fizici şi chimici etc.

Membrana plasmatică a drojdiilor are rol în :e b a a p as at că a d ojd o a e ode transport (substanţe între celulă şi mediul ambiant);reacţii imunologice de suprafaţă;reglarea procesului de creştere celular;sinteza unor componenţi chimici din structura PC;asimilarea nutrienţilor din mediul extern;excretie (procedee de transport, cu/fără consum de

energie sau în prezenţa unor sisteme enzimatice cuenergie sau în prezenţa unor sisteme enzimatice cufuncţii transportoare.

M t i it l ti ă (hi l l it l l)

Structura

Matricea citoplasmatică (hialoplasma sau citosolul)= substanţa fundamentală a celulei de D, în care suntînglobate organitele celulare, împreună cu careînglobate organitele celulare, împreună cu careformează citoplasma.

Compozitie Compozitie- apa (70 - 85%) (în celulele aflate în faza exponenţialăde creştere, substanţele componente se află în stare de

l l f â d i l l id l )sol sau gel, formând micele coloidale).- proteine cu rol plastic sau de catalizatori,

lipide simple şi complexe (cu rol plastic)- lipide simple şi complexe (cu rol plastic)- glucide (substanţe de rezervă cu rol energetic),- ARN (mesager, de transfer şi ribozomal), ARN killer,ARN (mesager, de transfer şi ribozomal), ARN killer,ADN extracromozomial din plasmide.

Structura

- plasmide citoplasmatice (Saccharomyces) sub formaunor minimolecule de ADN.

ă i i l (2 3%) M 2+ C 2+ N + K+ SO 2- săruri minerale (2-3%)- Mg2+, Ca2+, Na+, K+, SO42-,

NO3-, PO4

3-; combinate cu diferite molecule organice.- citoschelet, alcătuit din trei tipuri de filamente:, p microtubuli, microfilamente filamente intermediare,

Rol citoschelet:- de susţinere a organitelor celulare- în controlul formei celulei.

incluziuni de rezervă

Structuraincluziuni de rezervă Granulele de glicogen- corpusculi sferici, electrono-denşi

di t l d 40- diametrul de cca 40 nm,- reprezinta principala substanţă de rezervă a celulei.- sunt puse în evidenţă cu soluţie Lugol (iod/iodură de

i ) l li l î bpotasiu); colorează glicogenul în brun-roşcat. Sferozomii (oleiozomii)

globule lipidice- globule lipidice,- delimitate de o membrană simplă,- mai abundente în D aflate în faza staţionară de creştere.- dimensiuni mai mari (100-800 nm)- conţin fosfolipide, acizi graşi liberi şi gliceride- pot fi metabolizaţi în condiţii de înfometare a celulei.p ţ ţ

Structura

Aspectul citoplasmei, în funcţie de vârsta celulei:

celulele tinere - aspect omogen şi ocupă întregconţinutul celulei ca o matrice uniform structurată,

celulele bătrâne – aspect neomogen şi refringentdin cauza vacuolelor şi incluziunilor, care potă i t ă i d ităţi l b lapărea ca nişte grămezi de unităţi globulare cu

diametrul de câteva sute de Å.

Nucleul.Structura

D sunt uninucleate; nucleu de formă sferică sau ovală, cuo poziţie de obicei excentrică datorită vacuomului.

di i i (1 2 ) i tă ţi l d t dimensiuni (1-2 μm); reprezintă spaţiul de stocare,replicare şi transcriere a informaţiei genetice.

invelişul nucleului este format din invelişul nucleului este format din- două membrane cu traiect paralel,- spaţiu perinuclear care separa membraneleprezinta mai mulţi pori, care asigură legătura dintrenucleu şi citosol.L t i b t î ti it t t t lăLa exterior, membrana este în continuitate structuralăcu membrana REr şi, asemănător acestuia, suprafaţasa este acoperită cu ribozomi.p

Structura

nucleoplasma - mediul în care sunt înglobatecromonemata, nucleolul şi fusul intranuclear,reprezentând un complex chimic în care apa estereprezentând un complex chimic în care apa estepredominantă.

- cromonemata (cromozomii) - macromoleculele de( )ADN dublu catenar, libere sau aflate în interacţiune cuproteinele bazice numite histone.

În faza de reproducere, cromozomii - formaţi din douăcromatide surori; centromer p nct l de nire a cromatidelor (in ona centromer – punctul de unire a cromatidelor (in zona

centrala); telomeri – capetele libere a cromatidelorp

Structura

- Nucleolul - formaţiune cupiformă sau semilunară, cupoziţie excentrică, ataşată învelişului nuclear, cuconţinut ridicat de ARN şi ADN, cu rol în biosintezaribozomilor.

- Fusul intranuclear de diviziune - o formaţiuneimplicată în segregarea cromatidelor (în mitoză) saua omologilor (în meioză) şi deplasarea celor douăa omologilor (în meioză) şi deplasarea celor douăseturi de cromozomi omologi spre polii celulei.

Este alcătuit din microtubuli ataşaţi de corpii polari aifusului (SPB), care controlează funcţionarea sa.

Reticulul endoplasmic (RE)Structura

- forma unor cisterne şi tubuli răspândiţi în spaţiulcelular, uneori în continuitate cu membrana externă aînvelişului nuclear şi cu tonoplasma vacuolei centrale;învelişului nuclear şi cu tonoplasma vacuolei centrale;

- este rugos sau neted (după cum are sau nu ribozomiataşaţi de suprafaţa sa).

sediul unor complexe enzimatice (citocromoxidaza,enzime ale lanţului transportor de electroni)

rol: în biogeneza lizozomilor, sferozomilor, vacuolelor,

corpilor Golgi;corpilor Golgi; participă la expansiunea învelişului nuclear şi a

plasmalemei în diferite etape de dezvoltare a celulei, este implicat în extensia peretelui celular.

Aparatul Golgi (AG)sistem de endomembrane cu pronunţat polimorfism

Structura- sistem de endomembrane, cu pronunţat polimorfism structural, având funcţii de: sortare şi dirijare a proteinelor şi componentelor

învelişurilor celulare spre locul lor de destinaţie,asigurând creşterea PC;

sinteză a unora dintre polimerii glucidici parietali (ex sinteză a unora dintre polimerii glucidici parietali (ex.manan);

glicozilare a unor proteine şi lipide produse în citosolg p ş p p(prin prezenţa glicoziltransferazelor);

acumulare;i secreţie;

formarea lizozomilor şi a vacuolelor, espansiunea plasmalemei si reciclarea unor complexe espansiunea plasmalemei si reciclarea unor complexe

funcţionale ale acesteia.

Ribozomiicoeficientul de sedimentare 80S

Structura- coeficientul de sedimentare 80S,- alcătuiţi din ARN ribozomal şi proteine, cu o

organizare relativ simplă:o subunitate 40So subunitate 60S.

Rol- în traducerea mesajului genetic conţinut în ARNm;biosinteză a proteinelor celulare.

liberi sau ataşaţi membranei RE ca şi membranei liberi sau ataşaţi membranei RE ca şi membraneiexterne a învelişului nuclear.

in celulele cu creştere rapidă >90% din ribozomi se aflăsub formă de asociaţii numite polizomi.

mitoribozomi - ribozomi 70S prezenti în mitocondriiD it t R t l tă it d t i t fiDensitatea R este corelată cu viteza de creştere şi poate fimodificată de actiunea unor factori ai mediului ambiant.

Lizozomiistructuri veziculare

Structura- structuri veziculare,- înconjurate de o membrană simplă,- bogate în hidrolaze (peste 40 tipuri de enzime) cu pHbogate în hidrolaze (peste 40 tipuri de enzime) cu pH

optim acid.

complexul enzimatic lizozomal poate degrada oricecomponentă chimică celulară,

compartimentarea enzimelor litice fiind neapărat compartimentarea enzimelor litice fiind neapăratnecesară pentru limitarea şi controlul proceselor litice.

În stare normală, enzimele lizozomale sunt inactive, eleacţionând doar în situaţii limită, care determinăalterarea integrităţii membranei lizozomalealterarea integrităţii membranei lizozomale.

Activare - influenţa factorilor fizici (îngheţ dezgheţ şoc

StructuraActivare influenţa factorilor fizici (îngheţ, dezgheţ, şocosmotic), chimici (toxine bacteriene) sau biologici (agenţipatogeni). Enzima marker - fosfataza acidă, altele: glicozidaze,

ribonucleaza acidă, dezoxi-ribonucleaza acidă,trehalaza.t e a a a

L. ce conţin trehalază = trehalozomi şi au rol îndegradarea acestui glucid.Rol - degradare a materialelor exogene (heterofagie) sau

a diverselor componente celulare (autofagie).- funcţia heterofagică (in condiţii optime de viaţă- funcţia heterofagică (in condiţii optime de viaţă,

perioada de creştere exponentială);- functia autofagica (la maturizarea celulelor sau în lipsa

nutrienţilor). Caz in care celula moare prin autoliză.

Sistemul vacuolaralcătuit din una sau mai multe vacuole

Structura-alcătuit din una sau mai multe vacuole,-dimensiuni (0,1 – 3) μm în corelaţie cu stadiul celular-membrană simplă - tonoplasmap p-conţin: apă, aminoacizi bazici (lizină, arginină, histidină),proteine, lipide, glucide, purine, acid uric, polifosfaţi, ioni(K+ N +) i (f f t idă li id t(K+, Na+), enzime (fosfataza acidă, glicozidaze, proteaze,ribonucleaze şi esteraze)-rol - reglarea presiunii osmotice intracelulare, hidrolizag p ,enzimatică a unor proteine şi lipide, depozitarea unorsubstanţe, asigurarea stabilităţii chimice a citoplasmei.

i f ţi l i i ii i l i i (0 1 in faza exponenţiala şi in mugurii noi - vacuole mici (0,1-0,2 μm ), sferice sau ovoidale.

in faza staţionară - vacuole mai mari; în număr redus. in faza staţionară vacuole mai mari; în număr redus.La începutul ciclului celular: unica vacuolă centrală sefragmentează în numeroase vacuole mici.

PeroxizomiiStructura

- structuri sferice sau ovale,- diametrul de 0,1-0,8 μm, delimitate de o membrană

simplă.- conţin enzime din clasa oxidoreductazelor implicate

în reacţii de formare sau descompunere a H2O2în reacţii de formare sau descompunere a H2O2.

Apa oxigenată rezultată în urma rectiilor catalizate deenzimele lizozomale este utilizată pentru oxidarea unorenzimele lizozomale este utilizată pentru oxidarea unorsubstanţe (alcooli, fenoli, acid formic, formaldehidă) înprezenţa catalazei, enzimă caracteristică a lizozomilor.

- rol - detoxificare, adaptarea celulei de drojdie lacondiţii de aerobioză, degradarea acizilor graşi şi a apeioxigenate ciclul glioxilatuluioxigenate, ciclul glioxilatului.

Mitocondria (condriomul).Structura

( )- caracterizate prin - mobilitate, plasticitate şi

flexibilitate;numărul :- numărul :

<10 în celulele cu creştere rapidă;>50 în celulele din faza staţionară,

i ă M t i ifi tă i io singură M puternic ramificată in ascospori.M - fuziuni şi fisiuni, în permanenţă redistribuite însistemul mitocondrial fluid;sistemul mitocondrial fluid;- forma, în funcţie de factorii de mediu şi vârsta celulei.

- faza stationară de creştere - M de obicei mici, sfericesau ovale,

- in celelalte stadii de creştere - M elongate, sinuoase,adesea ramificate.

L j it t D t t t ţ i M

Structura

La majoritatea D s-a constatat prezenţa unei Mvoluminoase cu organizare complexă = mitocondriegigantică, puternic ramificată.g g p

În timpul înmuguririi - deplasare a M către mugure,până la formarea deplină a septului.

M l ă i ă di b ă d blă î j ăM este alcătuită dintr-o membrană dublă care înconjoarăsubstanţa fundamentală, condrioplasma. stratul intern al membranei invaginează şi formează stratul intern al membranei invaginează şi formează

un sistem de criste cu o organizare extrem de labilă,în funcţie de capacitatea respiratorie a celulei, M celulelor aflate în faza exponenţială, în condiţii

aerobe, posedă un număr mare de criste, binedezvoltate.

Membrana interna a M prezinta enzime de catabolismStructura

implicate în: ciclul Krebs, β-oxidarea acizilor graşi,β g ş , fosforilarea oxidativă, sinteza de ATP .

Condrioplasma conţine:Condrioplasma conţine:- număr > de R de dimensiuni < decat cei citoplasmatici

(70S),macromolecule de ADN mitocondrial- macromolecule de ADN mitocondrial,

- o cantitate relativ mare de apă (aprox. 70%),- proteine,- lipide- molecule mici - substraturi sau cofactori enzimatici.Mitocondriile reprezintă « uzina energetică » a celulei,Mitocondriile reprezintă uzina energetică a celulei,în interiorul lor desfăşurându-se reacţii generatoare deATP în timpul respiraţiei celulare.

Substrat nutritiv:Fiziologie

sursă de carbon - monozaharide (glucoza, manoza,fructoza), dizaharide (zaharoza, lactoza şi maltoza) -dupa o hidroliză prealabilă trizaharide (rafinoza)dupa o hidroliză prealabilă, trizaharide (rafinoza),polizaharide (amidonul şi inulina), pentoze (xiloza,arabinoza, riboza), alcooli (etanol, glicerol, eritriol,manitol, sorbitol), acizi organici (acid lactic, succinic,citric, piruvic), alcani.

surse de azot - sărurile de amoniu peptonele surse de azot - sărurile de amoniu, peptonele,aminoacizii, în unele cazuri ureea, nitraţii sau nitriţii.

fosforul (element chimic necesar dezvoltării D) - fosfaţi,în funcţie de gradientul de concentraţie, este stocat încelulă sub formă de monofosfat în granulele devolutină.volutină.

sulful anorganic - sulfaţi, sulfiţi, aminoacizi cu sulf.

t i l i i l l t i l b l t

Fiziologie

potasiul şi magneziul - elemente minerale absolutindispensabile creşterii D;

calciul, fierul, zincul sunt necesare în concentraţii mai calciul, fierul, zincul sunt necesare în concentraţii maimici, stimulând creşterea sau fermentaţia.

La doze prea mari substanţele minerale pot aveaLa doze prea mari substanţele minerale pot aveaefecte toxice.

factori de creştere: biotina, acidul pantotenic, factori de creştere: biotina, acidul pantotenic,inozitolul, tiamina, acidul nicotinic şi piridoxina.

Principala proprietate a drojdiilor utilizate în industriaPrincipala proprietate a drojdiilor utilizate în industriaalimentară este dată de capacitatea acestora de afermenta glucidelele din mediu, cu formare de alcooltili i di id d b lăt i d l detilic şi dioxid de carbon, alături de unele produse

secundare.

Fermentaţia alcoolică în condiţii de anaerobioză cand

Fiziologie

Fermentaţia alcoolică - în condiţii de anaerobioză, candmetabolismul lor este dirijat în sensul reacţiei:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP.6 12 6 2 5 2

Respiraţie celulară - in condiţii de aerobioză Dasimilează glucidele cu eliberare de energie, stocată subforma ATPforma ATP.

C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38Pi → 6CO2 + 6H2O + 38ATPo multiplicare rapidă cu acumulare de biomasă în mediulo multiplicare rapidă, cu acumulare de biomasă în mediulde cultură. efect Pasteur sau efectul oxigenului - capacitatea

oxigenului de a influenţa procesele anaerobe, inhibândprin prezenţa sa procesul de fermentaţie şi determinândo accentuare a respiraţiei.p ţ

efectul Crabtree (1929) efectul Pasteur invers=

Fiziologie

efectul Crabtree (1929), efectul Pasteur invers=inhibiţie prin substrat –concentraţii > de glucoză, înaerobioză, are loc represia respiraţiei celulare(inhibărea sintezei citocromilor a, b şi c)glucidele vor fimetabolizate prin fermentaţie.

D exclusiv aerobe (lipsite de capacitatea de fermentaţie):D exclusiv aerobe (lipsite de capacitatea de fermentaţie):Rhodotorula, Cryptococcus, unele specii de Candida. temperatura:- mezofile, temperatură optimă (28o - 32oC)- termofile, (35 - 38oC)- drojdii care pot creşte la temperaturile de refrigerare. domeniu de pH:

valori limită între 2 5 8 5- valori limită între 2,5 - 8,5- pH optim în jurul valorii de 5,5.

caracterul killer trei tipuri distincte genetic şi fenotipic:Fiziologie

p g ş p- killer, (K) secretă în mediul în care trăiesc o toxină,

killina, care omoară celulele sensibile, dar nu are niciun efect asupra celulei care o produceun efect asupra celulei care o produce

- sensibile;- neutreneutre. Efectul presiunii osmotice din mediul extern. medii hipotonice (concentraţie a substantelorp ( ţ

dizolvate < decât concentraţia intracelulară) apa vapătrunde în celulă, care îşi măreşte volumul, având locun fenomen de turgescenţăun fenomen de turgescenţă. medii hipertonice (concentraţia mediului >

concentratia din celulă) apa difuzează la exterior, iarcelula trece în starea de plasmoliză.

D rezistente la presiuni osmotice mari:Fiziologie

p drojdiile osmofile din genurile Zygosaccharomyces,

care nu suferă plasmoliza în siropuri de zahăr cuconcentraţii de 40 60%concentraţii de 40-60% drojdiile osmodure din genurile Debaryomyces,

tolerante la concentraţii mari de sare (25%).ţ ( ) Stări fiziologice: Activă - are loc creşterea şi multiplicarea; Anabioză - determinată de reducerea cantităţii de

apă liberă din interiorul celulei, activitatea enzimaticăeste redusă la minimum dar celula continuă săeste redusă la minimum dar celula continuă sătrăiască;

Autoliză - în condiţii nefavorabile are loc hidrolizasubstanţelor proprii sub acţiunea enzimelor,conducând la moartea fiziologică a celulei.

Ciclul de viaţă al D este secvenţializat în două faze:

Reproducere

Ciclul de viaţă al D este secvenţializat în două faze: vegetativă reproducătoare. reproducătoare.

Faza vegetativă este reprezentată de celule haploide saudiploide care se multiplică prin cicluri mitoticesuccesive, culturile parcurgând stadiul de creştereexponenţială şi cel staţionarexponenţială şi cel staţionar.

Faza reproducătoare constă în conjugarea celulelorp j gvegetative haploide (spori) de tipuri de împerecherediferite, diviziunea reducţională şi formarea sporilor.

Reproducerea asexuatăformă de multiplicare întâlnită la toate speciile în condiţii

Reproducere

- formă de multiplicare întâlnită la toate speciile în condiţii favorabile de viaţă. Drojdiile se pot reproduce asexuat (pe cale vegetativă) în j p p (p g )

două moduri: sciziune (Schizosaccharomyces şi Saccharomycopsis)

î iînmugurire.

Diviziunea prin sciziune - proces de clivare uni- sau bidirecţională.- debutul diviziunii este marcat de alungirea celulei. Intr un anumit moment al ciclului celular la cei doi poliIntr-un anumit moment al ciclului celular, la cei doi poliopuşi ai celulei apare câte un sept care progreseazătreptat până ajunge să se întâlnească împărţirea celuleimamă în cele două celule fiice egale, cu câte un nucleufiecare.

Înmugurirea - modalitatea caracteristică de multiplicare

Reproducere Înmugurirea modalitatea caracteristică de multiplicare

asexuată a D; constă în formarea unui mugure (celulafiică), o protuberanţă pe suprafaţa celulei mame.

ÎÎn funcţie de specie, mugurii se pot forma: polar (la unul din polii celulei), bipolar bipolar multilateral.

Înmugurirea D are loc în condiţii optime de viaţă:Înmugurirea D are loc în condiţii optime de viaţă:în medii de cultură aerate corespunzător,concentraţie de glucide simple: 2-5%, sursa de azotţ g p

asimilabila, săruri minerale şi factori de creştere,pH optim - domeniul acid (4,5 - 5,5),

t t ă (25 32) C temperatură (25-32)oC.

Reproducerea prin înmugurire este specifica proceselor:Reproducere

obţinere de biomasa, drojdie comprimata, a drojdie furajera, extragerea din biomasă a unor compuşi cu valoare extragerea din biomasă a unor compuşi cu valoare

industrială sau farmaceutică (vitamine, enzime) obţinerea culturilor starter pentru: bere, vin, spirt de

fermentaţiefermentaţie.

În condiţii optime de dezvoltare, celula de D creşte înţ p , şdimensiuni, în urma măririi coordonate a constituenţilorcelulari, până la un moment în care suprafaţa învelişuluicelular nu mai poate asigura schimbul de substanţe cup g ţmediul extern pentru întreg volumul celulei, deoarecesuprafaţa s-a mărit cu o raţie pătratică iar volumul cu oraţie cubică.ţ

În acest stadiu se declanşează procesul de înmugurire

Reproducere

În acest stadiu se declanşează procesul de înmugurire,iniţiat de un semnal chimic emis de la nivelul RE.

Într-o anumită regiune a celulei, PC se înmoaie, devinegmai lax şi este împins în afară de citoplasmă, formându-se o mică evaginare, numită mugure.

Mugurele la început cu aspect de sferă minusculă Mugurele, la început cu aspect de sferă minusculă,creşte în dimensiuni o dată cu progresul diviziuniicelulare, iar nucleul se deplasează către mugure.

Între mugure şi celula mamă se formează un canal numitdiverticulum prin care se transferă în celula nouformată material nuclear şi citoplasmaticformată material nuclear şi citoplasmatic.

Când aproximativ jumătate din nucleu a trecut înmugure, are loc o strangulare şi rezultă doi nuclei fii:unul-celula mamă şi unul-mugure.

Peretele inelar format cu un conţinut ridicat în chitină,Reproducere

ţse dezvoltă centripet, până când are loc obturarea.

Celulele fiice rezultate prin înmugurire pot rămâneataşate de celula mamă sau se desprind iar la locul deataşate de celula mamă sau se desprind, iar la locul decontact rămâne o cicatrice convexă la celula mamă şiconcavă la fiică.

Numărul cicatricelor mugurale determina vârsta celulelordintr-o populaţie de drojdii (valori maxime de 40-50).

Pseudomicelii asociaţii de celule nou formate ce Pseudomicelii - asociaţii de celule nou formate cerămân ataşate de celula mamă; întâlnite la drojdiilefermentative şi oxidative formatoare de voal.

Ciclul de viaţă al celulei de drojdie (momentul apariţieiacesteia şi până la prima diviziune) constă din două fazeacesteia şi până la prima diviziune) constă din două fazemajore: interfaza şi mitoza.

Interfază (etapa ciclului celular dintre 2 mitoze succesive).Reproducere

( p ) Etapa G1 (en. Gap 1 period) - sinteza activă de ARN,

ribozomi şi alţi constituenţi citoplasmatici necesaricreşterii considerabile în dimensiuni a celulei perioadacreşterii considerabile în dimensiuni a celulei - perioadapresintetică a ADN.

Etapa S (en. Synthesis period) - replicarea ADN,p ( y p ) p ,dublarea cantităţii acestuia şi implicit a numărului decromozomi (replicarea ADN - modelul semiconservativ);sinteza de proteine histonicesinteza de proteine histonice.

Corespunde cu debutul emergenţei mugurale. Etapa G2/postsintetică - evenimente biochimice şip p ş

fiziologice, celula se pregăteşte pentru mitoză.Microtubulii citoplasmatici sunt mai abundenţi şi implicaţiîn translocarea organitelor şi a unei părţi a nucleului înîn translocarea organitelor şi a unei părţi a nucleului, înmugure.

Mitoza (de a doua fază majoră a ciclului celular) –

Reproducere( j )

distribuirea în mod egal a materialului genetic format înperioada S între cei doi nuclei, astfel încât fiecare săprimească un set complet de gene.

În mitoză, numărul iniţial de cromozomi din nucleu sepastrează şi la celula nou formată (celule diploide).

Etape:Profaza - cromozomii se spiralizează şi se îngroaşă; cei

doi centrioli (sau SPB) migrează la polii celulei; seformeaza fusul de diviziune; se dezorganizeazămembrana nucleară, iar nucleolul dispare. La sfârşitulprofazei setul de cromozomi începe să se deplasezeprofazei, setul de cromozomi începe să se deplasezespre zona ecuatorială a fusului de diviziune.

Metafaza - cromozomii dublu cromatidici sunt plasaţi înReproducere

p ţzona ecuatorială, fiind legaţi prin centromeri demicrotubulii fusului de diviziune.

Anafaza cromozomii se decuplează la nivelulAnafaza - cromozomii se decuplează la nivelulcentromerilor şi încep să migreze spre polii opuşi aifusului de diviziune (anafaza timpurie). La sfârşitulanafazei, cele două seturi de cromozomi sunt situate înimediata apropiere a polilor şi începe procesul decitochineză.citochineză.

Telofaza - se formează noul înveliş al celor două nuclee;cromozomii devin mai lungi, mai subţiri şi mai puţindi ti ţi i l l l t i lii li ădistincţi; apare in nou nucleolul, centriolii se replică,astfel încât fiecare celulă nou formată să aibă un numărde 2; are loc perfectarea citochinezei şi separareap ş pcelulelor.

Reproducere

Reproducerea sexuată (diviziune reducţională)

ReproducereReproducerea sexuată (diviziune reducţională) Specifica drojdiilor sporogene- are la bază procesul de meioză, prin care numărul dep p

cromozomi ai celulei parentale este redus la jumătate-celule hapliode

un proces de conjugare a două celule sexuale un proces de conjugare a două celule sexuale -gameţi.

Exemplu: D din genul Saccharomyces, în zona dep g y ,adiacenţă a două celule alipite se produce odezagregare a pereţilor celulari formându-se, prinunirea celor două celule o singură celulă mai mareunirea celor două celule, o singură celulă mai mare,numită zigot. Acesta se poate multiplica în continuareprin înmugurire sau se poate transforma într-o ască, debi i 4 i i t d i ăobicei cu 4 ascospori, printr-un proces de meioză.

Meioza.Reproducere

Prima etapă constă din:

profaza I, cromozomii omologi formează perechi cu câte patru cromatide alăturate, printr-un proces de sinapsă;

t f I metafaza I, anafaza I, aceşti cromozomi nu se despart la nivelul

centromerilor şi migrează la polii opuşi ai fusului decentromerilor şi migrează la polii opuşi ai fusului de diviziune;

telofaza I, se formează doi nuclei haploizi, conţinând , p , ţfiecare jumătate din numărul iniţial de cromozomi.

diferă marcant de diviziunea mitotică – are ca rezultatreducerea la jumătate a numărului de cromozomi.

Interkineza- nu are loc replicare de material genetic

ReproducereInterkineza nu are loc replicare de material genetic.

Etapa a doua : f II profaza II, metafaza II, anafaza II (cromatidele surori se separă pentru a anafaza II (cromatidele surori se separă pentru a

forma un număr haploid de cromozomimonocromatidici), telofaza II telofaza II.

Dintr-o celulă diploidă 4 celule haploide.

Interfază.

AscosporiReproducere

- număr şi caractere morfologice - dependente de specie.

- rezistenţi la uscăciune.

- în condiţii favorabile germinează clone de celulehaploide.

ti “ ” “ ” î f ţi d t f il ifi i tip “a” sau “α”, în funcţie de natura feromonilor specifici.

pot să fuzioneze printr-un proces de conjugare,formând celule diploideformând celule diploide.

conjugarea între celule de acelasi tip “a” sau “α” celulele diploide a/a sau α/α, viabile, dar se reproducp , , pasexuat.

conjugarea între celule diferite de tip a/α celulediploide normale de tip a/α, care se pot reproduce atâtsexuat cật şi asexuat.

Cl ifi d jdiil i f ti d

Reprezentanti

Clasificarea drojdiilor, in functie de:

1)caractere morfologice,

2)caractere culturale,

3)modalităţi de reproducere (capacitatea de sporogeneză)

4)caractere fiziologice.

Drojdiile sunt clasificate în trei grupe :

ascosporogene (formatoare de ascospori),

bazidiosporogene (producătoare de bazidiospori)

imperfecte (nu formează nici ascospori, nicip ( pbazidiospori).

Genul SaccharomycesReprezentanti

y

- cuprinde 45 specii de drojdii fermentative;

- se reproduc asexuat prin înmugurire şi sexuat prinformare de 1 – 4 ascospori.

Saccharomyces cerevisiae - folosită la fabricareadrojdiei de panificaţie, a alcoolului de fermentaţie, laobţinerea de biomasă proteică vitamine enzimeobţinerea de biomasă proteică, vitamine, enzime,interferon (din tulpini modificate genetic).

Celulele de S. cerevisiae au formă ovală, cu diametrulmare de 4-14 μm, diametrul mic de 3-7 μm şi potfermenta glucoza, fructoza, galactoza, maltoza şi 1/3rafinozarafinoza.

Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus (S. vini)i t 80% di t t l l i fl i d d jdii î

Reprezentanti

reprezinta >80% din totalul microflorei de drojdii înprocesul de fermentare a mustului de struguri. Esteutilizată la obţinerea culturilor starter pentrui ifi ţivinificaţie.

Saccharomyces carlsbergensis (S. uvarum) seutilizează în industria de fabricare a berii, iar dinutilizează în industria de fabricare a berii, iar dindrojdia reziduală rezultată dupa fermentare se potobţine extracte şi substanţe de aromă.Fermentează complet rafinoza şi formează op şspumă stabilă.

Saccharomyces bayanus - sub formă de culturipure fabricarea şampaniei a vinurilor spumante şipure - fabricarea şampaniei, a vinurilor spumante şia unor vinuri speciale (tip Xeres şi Jura).

Unele drojdii ca S. pasteurianus, S. turbidans potd lt b ii i t lb t iproduce alterarea berii şi tulburarea acesteia.

Genul Candida81 d ii d i t i

Reprezentanti

- 81 de specii; se reproduc numai asexuat, prinînmugurire, putând forma pseudomiceliu şi chiar miceliuadevărat.

Candida mycoderma (pop. floarea vinului) se dezvoltă înprezenţa oxigenului din aer la suprafaţa lichidelor slab

l li l t i ti P d lt i l i ialcoolice voal caracteristic. Produce alterarea vinului şia berii datorită utilizării alcoolului drept sursă de carbon.

Candida utilis C robusta C tropicalis C lypolitica Candida utilis, C. robusta, C. tropicalis, C. lypolitica -obţinerea de biomasă proteică folosită în furajare.

Candida krusei -fermentarea boabelor de cafea şi cacao. Candida krusei fermentarea boabelor de cafea şi cacao.

Candida kefyri - se foloseşte la obţinerea chefirului.

Candida albicans - drojdie patogenă produce infecţii Candida albicans drojdie patogenă, produce infecţiicutaneomucoase

Genul Brettanomyces

Reprezentanti

Genul Brettanomyces

- drojdii anascogene,f ă lă- formă ovală,

- se reproduc prin înmugurire, creştere lentă, formeazamiceliu neseptatmiceliu neseptat.

În aerobioză - fermenteaza , rezulta acid acetic.

Implicate în alterarea berii a vinului a altor băuturiImplicate în alterarea berii, a vinului, a altor băuturialcoolice şi nealcoolice datorită producerii de esteri şisubstanţe cu gust amar.

In vinurile vechi - degradeaza glicerolul şi în prezenţacompuşilor cu azot, sintetizeaza acetamida

63

Genul DebaryomycesReprezentanti

y y

- drojdii ascosporogene,cu înmugurire multipolară care pot produce- cu înmugurire multipolară, care pot producepseudomiceliu. Conjugarea are loc între celula mamăşi mugure

f- ascosporii formaţi sunt rotunzi, ovali, rugoşi sau cucreste.

D. hansenii este halotolerantă (medii cu 24% NaCl). Sedezvoltă în saramurile cu carne şi produsele din carnesărate Peliculele vâscoase care se dezvoltă cu timpul pesărate. Peliculele vâscoase care se dezvoltă cu timpul peslănină, cârnaţi, şuncă şi carne sărată conţin un numărmare de astfel de drojdii.

Genul HanseniasporaReprezentanti

p

- reprezentat de drojdii cu proprietăţi fermentative reduse,- cu formă apiculatăcu formă apiculată- înmulţire bipolară, formând rareori pseudohife.

Se întâlnesc în microbiota citricelor şi a smochinelor şiSe întâlnesc în microbiota citricelor şi a smochinelor şiintervin în fermentarea naturală a boabelor de cacao.

Hanseniaspora apiculata este intâlnită în microbiotamustului de struguri, până la concentraţii de alcool de 5-7% Poate produce alterări ale vinului prin formare de7%. Poate produce alterări ale vinului prin formare deacizi volatili şi esteri care conferă acestuia un gust amarnespecific.

Genul Kluyveromyces

ReprezentantiGenul Kluyveromyces

- drojdii ascosporogene, cu ascospori reniformi,rotunzi sau ovali 1- 16 într-o ascărotunzi sau ovali, 1- 16 într-o ască.K. marxianus - sintetizează lactaza, fermentează

lactoza şi produce alterări ale brânzeturilor.

Genul Saccharomycopsis

- ascosporogene- formeaza miceliu adevărat (artrospori).S. fibuligera poate fi utilizată pentru producerea de

amiloglucozidază sau pentru obţinerea de biomasăfurajerăfurajeră.

Genul RhodotorulaReprezentanti

-drojdii oxidative,-anascogene, formatoare uneori de miceliu,-conţinând pigmenţi carotenoidici care conferă coloniilorculoarea roşu-cărămiziu sau galben.

R l ti i i R il i d lt ă i l t l i ă iiR. glutinis şi R. mucilaginosa dau alterări ale untului, cărniide pui, creveţilor, peştelui.

Laptele acru şi smântâna prezintă uneori pete roşii lasuprafaţă, datorită dezvoltării acestor specii de drojdiiaerobe tolerante de acid lactic capabile să se dezvolte laaerobe, tolerante de acid lactic, capabile să se dezvolte latemperaturi destul de scăzute, de 5 -10oC.

Unele drojdii pot produce alterări ale fructelor.j p p

Genul ZygosaccharomycesReprezentanti

yg y

- drojdii haploide, xerotolerante, osmofile, caretolerează concentraţii mari de zahăr şi se multiplică înmedii cu presiune osmotică ridicată.

semiosmofile - produc invertază (Z. rosei); osmofile propriu-zise, lipsite de invertază (Z. mellis, osmofile propriu zise, lipsite de invertază (Z. mellis,

Z. rouxii).

Aceste drojdii se pot dezvolta în medii cu activitateaAceste drojdii se pot dezvolta în medii cu activitateaapei de 0,62, determinând fermentarea mierii, asiropurilor concentrate de zahăr cu formare de alcooletilic, acid acetic, CO2

Genul Schizosaccharomyces

ReprezentantiGenul Schizosaccharomyces

- specii de drojdie care se reproduc prin sciziune,p j p p- produc 4 – 8 ascospori per ască.- au formă cilindrică sau ovală.S. pombe este xerofită, rezistă la conservanţi, producând

alterarea siropurilor de zahăr. Este utilizată pentruobţinerea romului şi a băuturii numită arakobţinerea romului şi a băuturii numită arak.