Mikrobiologia

1.Komórka drożdży jako przykład komorki eukariotycznej . Budowa.

Drożdże - drobnoustroje eukariotyczne, rodzaj jednokomórkowych grzybów z rodziny drożdżakowatych (Saccharomycetaceae), mają zdolność do fermrntwania laktozy, wytwarzania białek z alkanów i odpadów papierniczych, produkcji glicerolu i D-glucitolu. Są źródłem enzymów np. β-D-galaktozydazy i lipazy.

Mają zwykle kształt kulisty, elipsoidalny, jajowaty lub wydłużony. Komórki młode mają bardziej jednolity kształa, starsze są bardziej zróżnicowane pod względem kształtu wielkości. Rozmiar komórki waha się od 1-5 μm średnicy i od 1-10 μm długości.

W dojrzałej komórce drożdżowej wyróżniamy ścianę komorkową, błonę cytoplazmatyczną, jądro komórkowe, rybosomy, mitochondria, aparat Golgiego, wodniczki oraz materiały zapasowe.

Wodniczki zawierają enzym hydrolizujący glikoproteidy.

2.Materiały zapasowe:

Glikogen - rezerwa cukrowa, odkładany w postaci ziaren (płyn Jugola - brunatnoczerwony)

Tłuszcze - Sudan III - ceglastoczerwony

Wolutyna (polifosforany) - błękit toluidynowi

gromadzone zależnie od warunków pokarmowych i gatunku

3.Budowa ściany komórkowej

W skład ściany komórkowej drożdży wchodzą hemopolimery - glukany i mannany, uzupełnione niewielkimi ilościami chityny i białek.

Białka są częścią glikoproteidów w ścianie, głównie mannoproteiny, spełniają rolę antygenów odgrywją rolę w zachowaniu integralności całej struktury ściany kom. są też receptorami swoistymi dla feromonów płciowych i toksyn.

Chityna (α-chityna) stanowi fragmęt sztywny, szkieletowy. Jest to polimer N-acetylo-D-glukozaminy.

Główną część ściany kom. stanowią mannoproteiny w skład których wchodzą 2 rodzaje polimerów mannozowych (wysokocząsteczkowy i niskocząsteczkowy oligomannan) połaczonych kowalencyjnie z biakami ściany.

Część sztywną ściany komórki tworzą glukany z domieszka chityny. Determinują kształt komórki i zabezpieczają przed uszkodzeniami mechanicznymi, a także zapobiegają lizie komórki w środowisku hipotonicznym. W ścianie występuje wiele enzymów.

Mannoproteiny tworzą fragmęt zewnętrzny ściany - ich czesc cukrowa nadaje komórce swoistość immunologiczna

- glukan

- chityn

- enzymy

- peryplazma

- błona kom.

- warstwa mannoproteinowa

- warstwa glukany-chitynowa

ściana komórkowa (glukany, mannany, chityna, niewielki ilości białka)

chityna oraz glukany = fragment sztywny, szkieletowy; determinują kształt kom., zabezpieczają przed uszkodzeniami

cytoplazma (większość przemian enzymatycznych, rozkład substancji niezbędnych dla komórki)

jądro komórkowe (materiał genetyczny)

rybosomy (produkcja białek)

mitochondria (procesy stanowiące główne źródło energii ATP dla komórki)

aparat Golgiego

wakuole (enzymy hydrolityczne)

materiały zapasowe: glikogen, tłuszcze, wolutyna (polifosforany)

gromadzone zależnie od warunków pokarmowych i gatunku

4.Rozmnażanie

Drożdże rozmnażaja się:

- wegetatywnie przez pączkowanie:

kubeczkowate - charakterystyczny dla nibydrożdrzy

bliznowe - (Saccharomycodes cerevisiae) uwypuklenie kom. macierzystej; uwypuklenie powieksza się w paczek, który po okresiedlaszego wzrostu i dojrzewanie oddziela się od komórki ścianą. Na obydwu komórkach, macierzystej i potomnej pozostaja tzw. blizny. Każde nastepne pączkowanie odbyw się w innym miejscu ściany.

annellidowe - charakterystyczne dla drożdży apikularnych tj. wydłużonych (np. Saccharomycodes ludwigii), ogranicza się tylko do 2 biegunów (tzw. pączkowanie bipolarne) i następuje na przemian na jedny i drugim biegunie

- drogą fermentacji przez tzw. rozszczepianie (schizosaccharomyces ssp.) - Rozszczepienie polega na poprzecznym podziale komórki w wyniku czego powstają dwie, ten sposób występuje bardzo rzadko i tylko u drożdży z rodziny rozszczepieńców, wewnątrz komórek tworzą się poprzeczne przegrody tzw. septy

- na drodze płciowej (drożdże właściwe zaliczane do workowców): Polega ono na łączeniu się dwóch komórek w wyniku czego powstaje worek wypełniony zarodnikami płciowymi.

cykl haplobiontyczny - (Octosporomyces octosporus) przebiega w haplofazie; haploidalne komórki układaja się parami obok siebie, kopulują i po zlaniu się ich jader zespalaja się. Jądro zygoty dzieli się mejotycznie, co prowadzi do powstania 8 aksospor, które po uwolnieniu z worka przekształcają się w komórki macierzyste

cykl haplo-diplobiontyczny - (Saccharomycodes cerevisiae) jest bardziej złożony. Najpierw pączkują komórki haploidalne, które następnie kopulują, dając diploidalne zygoty. Te ostatnie również pączkują, a więc w środowisku występują łącznie obok siebie wegetatywne komórki pączkujące haplo i diploidalnie. Z komórek diploidalnych w szczególnych warunkach wykształcają się worki z zarodnikami.

cykl diplobiontyczny - (Saccharomycodes ludwigii)

Dochodzi do kopulacji 1n askospor wewnątrz worka, powstaje 2n zygota, która dalej przekształca się w komórki wegatatywne rozmnażające się na drodze pączkowania

Cykl komórkowy drożdży - faza diploidalna i haploidalna

5. Warunki hodowli drożdży

Drożdże są tlenowcami, chociaż mogą również rosnąc w warunkach beztlenowych (fermentacja etanolowa).

Gatunkiem wykorzystywanym do tego jest Saccharomycodes cerevisiae. W gorzelnictwie są stosowane rasy termofilne, rozmnażające się w temp. 33° - 37°C, o dużej trwałości fizjologicznej podczas fermentacji, które prowadzi się 1-3 dni. Do procesów fermentacji Saccharomycodes cerevisiae wykorzystuje glukozę, galaktozę, fruktozę, sacharozę, maltozę, maltotriozę i ksylozę.

Kluyveromyces marxianus fermętują również laktozę i są wykorzystywane w produkcji etanolu z serwatki, która jest uciążliwym ściekiem zanieczyszczającym środowisko naturalne.

- cukry

- źródło węgla

- azotu

- soli mineralnych

- oligopeptydy, aminokwasy i witaminy z gr. B

6. Zastosowanie drożdży w przemyśle :

- winiarstwo i browarnictwo (Tokay, Malaga, Steinberg)

- gorzelnictwo

- oczyszczanie ścieków

- piekarnictwo (CO2 - spulchnianie ciasta)

- przemysł paszowy (dodatek do pasz - białko Torulopsis i Candida)

- przemysł mleczarski

lizozym - enzym hydrolizujący wiązanie pomiędzy GlcNaC (N-acetyloglukozamina) i NAcMurA (kwas N-acetylumuraminowy) w peptydoglikanie

protoplasty - komórka całkowicie pozbawiona ściany, otoczona jedynie przez błonę cytoplazmatyczną ( działanie lizozymu za ścianę kom. bakterii Gram +) ma zawsze kształt kulisty, wrażliwe na ciśnienie osmotyczne (środowisko hipertoniczne utrzymuje je przy życiu)

sferoplasty - bakterie Gram - potraktowane lizozymem, zachowują pewną ilość składników ściany komórkowej

Mechanizm barwienia grama

1.Komórki bakteryjne, zarówno gramdodatnie, jak i gramujemne, zabarwiają się fioletem krystalicznym.

2.Dodanie płynu Lugola powoduje, że fiolet reaguje z jodem, w wyniku czego tworzą się stosunkowo duże kompleksy złożone z barwnika i jodu. Na tym etapie obydwa typy komórek mają zabarwienie fioletowe.

3.Płukanie w alkoholu powoduje, że w komórkach Gram-dodatnich następuje zmniejszenie pustej przestrzeni w wielowarstwowych ścianach komórkowych, mających wygląd wielu (ok. 50) nałożonych na siebie siatek. W rezultacie kompleksy fioletu krystalicznego z jodem nie mogą ulec wypłukaniu, co w przypadku 1-2 warstw u bakterii Gram-ujemnych nie jest przeszkodą i alkohol świetnie wypłukuje barwnik. Możliwe też, że kompleks fiolet-jod łączy się trwale z kompleksem rybonukleinianu magnezu (niedobór magnezu może powodować barwienie na czerwono bakterii zasadniczo Gram-dodatnich) i zasadowego białka, które są obecne w ścianie bakterii Gram-dodatnich w dużych ilościach^[1] lub bardziej ujemnie naładowana (inny punkt izoelektryczny) ściana Gram-dodatnich silniej wiąże zasadowy fiolet^[1].

4.Po zakończonym płukaniu komórki Gram-dodatnie są fioletowe, zaś Gram-ujemne - bezbarwne.

5.Dodatkowy barwnik (np. safranina, fuksyna) barwi komórki Gram-ujemne na różowo, nie zmieniając barwy komórek Gram-dodatnich.

Ściana komórkowa bakterii:

Gram +

- białko M (chroni bakterie przed fagocytozą)

- polisacharydy

- kwasy teichojowe

- białko A

- peptydoglikan (7-9 warstw)

- białka na zewnętrznej stronie błony

- błona komórkowa

- białka strukturalne błony komórkowej (wewnątrz błony)

- białka wewnętrznej strony błony komórkowej

Warstwę sztywną tworzy peptydoglikan. Warstwę plastyczną tworzy kilka rodzajów heteropolimerów kwasów: teichojowych, teichouronowych i lipoteichojowych ( nadają komórce ładunek ujemny)

Gram -

- lipopolisacharydy

- białka strukturalne (białko OmpA , białko śrudbłonowe - białko strukturalne u E. coli, lipoproteina Brauna

- antygen pokrywowy

- antygen wspólny

- białka porynowe ( białko funkcjonalne)

- błona zewnętrzna (lipidy, białka lipoproteiny Brauna, lipopolisacharydy, antygenwspólny)

- białka wiążące

- przestrzeń peryplazmatyczna (znajduje się w niej peptydoglikan)

- peptydoglikan ( 1-3 warstwa) (związane z peptydoglikanem)( oddziels przestrzeń peryplazmatyczną od warstwy plastycznej)

- oligosacharydy błonopochodne

- białka na zewnętrznej str. bł. kom.

- błona kom.

- białka strukturalne bł. kom.

- bałk. wew. str. błony kom.

Dominująca część ściany to warstwa plastyczna (błona zew.)

Peptydoglikan - ( inaczej murena, glikopeptyd, mukopeptyd, muropeptyd) tworzy tzw. warstwę sztywną. Zbudowany z N-acetyloglukozaminy i kwasu N-acetylumuraminowego połączonych wiązaniem glikozydowym.

---