1.10: Метаболізм дріжджів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 26095

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Дріжджі - всюдисущі одноклітинні гриби, широко поширені в природних середовищах. Дріжджі мають широкий набір джерел вуглецю (наприклад, поліоли, спирти, органічні кислоти та амінокислоти), які вони можуть метаболізувати, але вони віддають перевагу цукрам. Дріжджі здатні метаболізувати гексози (глюкозу, фруктозу, галактозу або маннозу) і дисахариди (мальтозу або сахарозу), а також сполуки з двома вуглецями (етанол або ацетат). Метаболічні шляхи, що використовуються дріжджами, - це гліколіз Embden-Meyerhof, цикл трикарбонової кислоти (TCA), пентозно-фосфатний шлях та окислювальне фосфорилювання.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Дріжджі, що беруть участь у ферментації їжі, ідентифіковані, є [факультативними/облігатними] ферментерами і можуть проявляти або дихальний, або ферментативний метаболізм, або навіть обидва в змішаному дихально-ферментативному метаболізмі

Огляд Метаболізм

Гліколіз Embden-Meyerhof - це шлях, який використовується більшістю еукаріотів.

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Який кінцевий продукт цього шляху гліколізу в аеробних умовах?
Яка доля цієї молекули, коли вона подорожує по циклу TCA?
Що відбувається при окислювальному фосфорилюванні?

Основні кроки ферментації етанолу

Реакція ферментації етанолу відбувається в два етапи, декарбоксилювання, а потім відновлення гідридів.

У першій реакції фермент піруватдекарбоксилаза видаляє з пірувату карбоксильну групу, виділяючи газ СО ₂ і ацетальдегід.
Піруват декарбоксилат використовує TPP ілід (бачили раніше при перетворенні пірувату в ацетил CoA).

Вправа\(\PageIndex{3}\)

Покажіть вигнуті стрілки для цього механізму.

2. Друга реакція, каталізована ферментом спиртово-дегідрогеназою, регенерує NAD ⁺ за рахунок зниження ацетальдегіду до етанолу.

Вправа\(\PageIndex{4}\)

Скільки NADH можна перетворити на NAD ⁺ за допомогою шляху ED? ________

Етанол має додаткову користь, будучи токсичним для конкуруючих організмів. Однак він також почне вбивати дріжджі, які виробляють етанол. при накопиченні спирту стане токсичним, коли він досягне концентрації між 14-18%, тим самим вбиваючи дріжджові клітини

Пояснити, чому відсоток алкоголю в вині і пиві можна тільки приблизно 16%.
Як би ви виробляли напої (лікер) з більш високою концентрацією алкоголю?

Піруватний пункт відділення

Ферментація етанолу використовує піруват від гліколізу для регенерації NAD ⁺. Це альтернативний шлях метаболізму глюкози. Шляхом керують Saccharomyces та інші дріжджові ферментери, які в кінцевому підсумку виробляють етанол та CO ₂.

Вправа\(\PageIndex{5}\)

Коли ви очікуєте, що організм вирішить оперувати кожним шляхом?

Яка молекула може бути регулятором?

Аеробні або анаеробні?

Ефект Пастера

Пастер зауважив, що дріжджі виробляють алкоголь лише як продукт «процесу голодування», коли в них закінчується кисень. Це спостереження виявилося неправильним!

Ефект Крабтрі

Ефект Крабтрі - це виникнення спиртового бродіння в аеробних умовах. Найпоширеніші дріжджі, що використовуються в процесах бродіння (рід Saccharomyces), виробляють алкоголь як у пивному суслі, так і в хлібному тісті відразу, незалежно від аерації. Хоча ви можете очікувати, що клітина буде виконувати аеробне дихання (повне перетворення цукру та кисню в вуглекислий газ та воду), поки присутній кисень, повертаючись до спиртового бродіння, коли немає кисню, оскільки він виробляє менше енергії.

Однак, якщо дріжджі Saccharomyces опиняються в середовищі з високим вмістом цукру, він негайно почне виробляти етанол, шунтуючи цукор в анаеробному дихальному шляху, поки ще паралельно працює аеробний процес. Це явище відоме як ефект Крабтрі. Люди припускають, що дріжджі використовують здатність виробляти етанол для знищення конкуруючих організмів у середовищі з високим вмістом цукру.

Вправа\(\PageIndex{6}\)

Підсумуємо:

[Аеробний гліколіз/Алкогольне бродіння] є більш ефективним і дає вищий АТФ на глюкозу.
S. cerevisiae зазнає [аеробного гліколізу/бродіння], коли спостерігається висока концентрація цукру та велика кількість кисню.
S. cerevisiae зазнає [аеробного гліколізу/бродіння], коли спостерігається низька концентрація цукру та велика кількість кисню.
S. cerevisiae зазнає [аеробного гліколізу/бродіння], коли немає кисню.
S. cerevisiae [может/не може] переносити алкоголь, тоді як більшість конкуруючих організмів [можуть/не можуть] вижити в алкоголі.