SACCHAROMYCES CEREVISIAE: CARATTERISTICHE, MORFOLOGIA, CICLO VITALE - BIOLOGIA - 2024

Il Saccharomyces cerevisiae o lievito di birra è un fungo unicellulare appartenente al phylum Ascomycota, alla classe Hemiascomicete e all'ordine Saccharomicetales. Si caratterizza per la sua ampia distribuzione degli habitat, come foglie, fiori, suolo e acqua. Il suo nome significa fungo dello zucchero della birra, perché viene utilizzato durante la produzione di questa bevanda popolare.

Questo lievito è stato utilizzato per più di un secolo nella panificazione e nella preparazione della birra, ma è stato all'inizio del XX secolo che gli scienziati vi hanno prestato attenzione, rendendolo un modello di studio.

Saccharomyces cerevisiae su piastra di agar. Di Rainis Venta, da Wikimedia Commons

Questo microrganismo è stato ampiamente utilizzato in diversi settori; Attualmente è un fungo ampiamente utilizzato in biotecnologia, per la produzione di insulina, anticorpi, albumina, tra le altre sostanze di interesse per l'umanità.

Come modello di studio, questo lievito ha permesso di chiarire i meccanismi molecolari che si verificano durante il ciclo cellulare nelle cellule eucariotiche.

Caratteristiche biologiche

Il Saccharomyces cerevisiae è un microbo monocellulare eucariotico, di forma globosa, di colore verde giallastro. È chemoorganotrofico, poiché richiede composti organici come fonte di energia e non richiede la luce solare per crescere. Questo lievito è in grado di utilizzare diversi zuccheri, essendo il glucosio la fonte di carbonio preferita.

S. cerevisiae è un anaerobico facoltativo, poiché è in grado di crescere in condizioni di carenza di ossigeno. Durante questa condizione ambientale, il glucosio viene convertito in diversi intermedi come etanolo, CO2 e glicerolo.

Quest'ultimo è noto come fermentazione alcolica. Durante questo processo la crescita del lievito non è efficiente, tuttavia è il mezzo ampiamente utilizzato dall'industria per fermentare gli zuccheri presenti in diversi grani come frumento, orzo e mais.

Il genoma di S. cerevisiae è stato completamente sequenziato, essendo il primo organismo eucariotico ad essere raggiunto. Il genoma è organizzato in un insieme aploide di 16 cromosomi. Circa 5.800 geni sono destinati alla sintesi proteica.

Il genoma di S. cerevisiae è molto compatto, a differenza di altri eucarioti, in quanto il 72% è rappresentato da geni. All'interno di questo gruppo, circa 708 sono stati identificati come partecipanti al metabolismo, effettuando circa 1035 reazioni.

Morfologia

S. cerevisiae è un piccolo organismo unicellulare strettamente correlato alle cellule degli animali e delle piante. La membrana cellulare separa i componenti cellulari dall'ambiente esterno, mentre la membrana nucleare protegge il materiale ereditario.

Come in altri organismi eucarioti, la membrana mitocondriale è coinvolta nella generazione di energia, mentre il reticolo endoplasmatico (ER) e l'apparato di Golgi sono coinvolti nella sintesi dei lipidi e nella modificazione delle proteine.

Il vacuolo e i perossisomi contengono vie metaboliche legate alle funzioni digestive. Nel frattempo, una complessa rete di scaffold funge da supporto cellulare e consente il movimento cellulare, svolgendo così le funzioni del citoscheletro.

I filamenti di actina e miosina del citoscheletro funzionano utilizzando energia e consentono l'ordine polare delle cellule durante la divisione cellulare.

La divisione cellulare porta alla divisione asimmetrica delle cellule, risultando in una cellula staminale più grande della cellula figlia. Questo è molto comune nei lieviti ed è un processo definito come germogliamento.

S. cerevisiae ha una parete cellulare chitinica, che conferisce al lievito la sua caratteristica forma cellulare. Questo muro evita il danno osmotico poiché esercita una pressione turgorale, fornendo a questi microrganismi una certa plasticità in condizioni ambientali dannose. La parete cellulare e la membrana sono collegate dallo spazio periplasmatico.

Ciclo vitale

Ciclo sessuale di Saccharomyces cerevisiae. Fonte: Wikimedia Commons

Il ciclo vitale di S. cerevisiae è simile a quello della maggior parte delle cellule somatiche. Possono esserci cellule aploidi e diploidi. La dimensione delle cellule aploidi e diploidi varia a seconda della fase di crescita e da ceppo a ceppo.

Durante la crescita esponenziale, la coltura cellulare aploide si riproduce più velocemente della coltura cellulare diploide. Le cellule aploidi hanno gemme che appaiono adiacenti alle precedenti, mentre le cellule diploidi appaiono ai poli opposti.

La crescita vegetativa avviene per gemmazione, in cui la cellula figlia inizia come gemma dalla cellula madre, seguita dalla divisione nucleare, dalla formazione della parete cellulare e infine dalla separazione cellulare.

Ogni cellula staminale può formare circa 20-30 gemme, quindi la sua età può essere determinata dal numero di cicatrici sulla parete cellulare.

Le cellule diploidi che crescono senza azoto e senza una fonte di carbonio subiscono un processo di meiosi, producendo quattro spore (ascas). Queste spore hanno un'elevata resistenza e possono germogliare in un terreno ricco.

Le spore possono essere del gruppo a, α o di entrambi i gruppi di accoppiamento, essendo questo analogo al sesso negli organismi superiori. Entrambi i gruppi cellulari producono sostanze simili ai feromoni che inibiscono la divisione cellulare dell'altra cellula.

Quando questi due gruppi cellulari si incontrano, ognuno forma una sorta di protuberanza che, una volta unita, alla fine porta al contatto intercellulare, producendo infine una cellula diploide.

applicazioni

Pasticcini e pane

S. cerevisiae è il lievito più utilizzato dall'uomo. Uno degli usi principali è stato nella panificazione e nella panificazione, poiché durante il processo di fermentazione, l'impasto di grano si ammorbidisce e si espande.

Supplemento nutrizionale

D'altra parte, questo lievito è stato utilizzato come integratore alimentare, perché circa il 50% del suo peso secco è costituito da proteine, è anche ricco di vitamina B, niacina e acido folico.

Produzione di bevande

Questo lievito è coinvolto nella produzione di diverse bevande. L'industria della birra lo utilizza ampiamente. Facendo fermentare gli zuccheri che compongono i chicchi d'orzo, si può produrre birra, una bevanda popolare in tutto il mondo.

Allo stesso modo, S. cerevisiae può fermentare gli zuccheri presenti nell'uva, producendo fino al 18% di etanolo in volume di vino.

Biotecnologia

D'altra parte, dal punto di vista biotecnologico, S. cerevisiae è stato un modello di studio e di utilizzo, poiché è un organismo di facile crescita, a crescita rapida e il cui genoma è stato sequenziato.

L'utilizzo di questo lievito da parte dell'industria biotecnologica spazia dalla produzione di insulina alla produzione di anticorpi e altre proteine ​​utilizzate dalla medicina.

Attualmente, l'industria farmaceutica ha utilizzato questo microrganismo nella produzione di varie vitamine, motivo per cui le fabbriche di biotecnologie hanno sostituito le fabbriche petrolchimiche nella produzione di composti chimici.

Riferimenti

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