Строение клеток дрожжей кратко

Обновлено: 04.07.2024

Рисунок 1 - Строение дрожжевой клетки: 1 - цитоплазматическая мембрана: 2 - оболочка; 3 - рибосомы; 4 - протоплазма; 5 - ядре; 6 - митохондрия; 7 - капля жира; 8 - вакуоль; 9 - гранулы метахроматина; 10 - рубец (место, где отпочковалась дочерняя клетка).

Оболочка представляет собой плотную, прочную и эластичную структуру, способную обеспечивать постоянство формы клетки и выдерживать значительное осмотическое давление (до 2 МПа). Оболочка, обладающая избирательной проницаемостью, обеспечивает транспорт питательных веществ в клетку и удаление из неё продуктов обмена.

Цитоплазматическая мембрана расположена непосредственно под клеточной стенкой. Основная её функция - регулирование проникновения в клетку питательных веществ и выведения наружу продуктов обмена. Здесь локализуются некоторые ферменты и происходит биосинтез ряда веществ и компонентов клеточной стенки.

Цитоплазма - сложная по составу коллоидная система. В цитоплазме протекают важнейшие процессы биосинтеза и хранится генетическая информация. В ней расположены органоиды (митохондрии, рибосомы, ядро, эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи) и вакуоли.

Митохондрии представляют собой сферические или удлиненные внутриклеточные органеллы, содержащие ферментные системы, главным образом переноса электронов. В функции митохондрий входят окислительные реакции, являющиеся источником энергии, перенос электронов по цепи реакций синтеза АТФ, синтез части митохондриальных белков.

Рибосомы - ультрамикроскопические гранулы в виде неправильных шариков, состоящих из белка и РНК. В рибосомах осуществляется синтез белков и ферментов.

Ядро имеет форму круглого и овального пузырька, окруженного оболочкой. Функция ядра - хранение и передача генетической информации при делении клетки.

Эндоплазматический ретикулум представляет сложную мембранную сеть, образующую множество каналов, по которым различные вещества перемещаются от внешней оболочки к центру.

Аппарат Гольджи - скопление мельчайших сплющенных телец, связанных с мембранной системой эндоплазматического ретикулума. Роль аппарата Гольджи, предположительно, заключается в создании новых мембран. Кроме того он выполняет и защитную функцию - консервирование и удаление продуктов секреции клетки.

Вакуоли занимают центральную часть клетки. Они заполнены клеточным соком, который заключен в липопротеидную оболочку. Вакуоли участвуют в осмотическом регулировании и являются местом протекания различных окислительно - восстановительных процессов. Вакуоли образуются при старении дрожжевой клетки в них содержатся питательные вещества, продукты жизнедеятельности и гранулы запасных веществ: валютина, гликогена, трегалозы, жира

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:

азот 45—60 %;
сахар 15—40 %;
жир 2,5—13 %;
минералы 7—11 %.

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:

стенки ригидны, как у растений,
нет хлоропластов и есть гликоген, как у животных.

Рис. 4. Разнообразие видов дрожжей: 1 — пекарские (Saccharomyces cerevisiae); 2 — мечниковия прекраснейшая (Metschnikowia pulcherrima); 3 — кандида земляная (Candida humicola); 4 — родоторула клейкая (Rhodotorula glutinis); 5 — родоторула красная (R. rubra); 6 — родоторула золотистая (R. aurantiaca); 7 — дебариомицес Кантарелли (Debaryomyces cantarelli); 8 — криптококк Лавра (Cryptococcus laurentii); 9 — надсония продолговатая (Nadsonia elongata); 10 — спороболомицес розовый (Sporobolomyces roseus); 11 — спороболомицес хольсатикус (S. holsaticus); 12 — родоспоридиум диобоватум (Rhodosporidium diobovatum).

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

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.

Дрожжевая клетка имеет сложное строение, отдельные структуры ее дифференцированы и специализированы для осуществления энергетических и синтетических процессов. Каждая дрожжевая клетка состоит из клеточной плазмы, которая окружена клеточной мембраной и в которой находится ряд органелл, обеспечивающих реакции обмена веществ.

Дрожжевая клетка (рис. 1) состоит из клеточной плазмы (цитоплазма) (1), которая окружена клеточной мембраной (3) и в которой находится ряд органелл, обеспечивающих реакции обмена веществ. При этом важнейшей органеллой является, естественно, клеточное ядро (нуклеус) (10) - управляющий центр клетки. Оно окружено замкнутой двойной пористой мембраной ядра [13]. Ядро регулирует и направляет химические процессы в клетке и образует с цитоплазмой единую взаимосвязанную систему [10].

Ядро клетки содержит основное вещество (плазму), матрицу ядра и хромосомы. В них каждая клетка хранит свой структурный план, закодированный в форме генов. Гены построены из полимерной молекулы, дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), информационный объем которой составляет 10 9 -10 10 бит. ДНК управляет всеми процессами обмена веществ, роста и развития клетки. В ядре клетки размещено также ядрышко (nucleolus) (12), состоящее из рибонуклеиновой кислоты [13].

Рисунок 1 - Дрожжевая клетка (по Hough, Briggs и Stevens):

1 - цитоплазма; 2 - клеточная стенка; 3 - клеточная мембрана; 4 - почечный рубец; 5 - митохондрии; 6 - вакуоль; 7 - полиметафосфатная гранула; 8 - липидная гранула; 9 - эндоплазматическая сеть, 10 - клеточное ядро (нуклеус); 11 - мембрана ядра; 12 - ядрышко

За переработку отходов клетки отвечают лизосомы, обеспечивающие внутриклеточное пищеварение и разлагающие высокомолекулярные структуры в низкомолекулярные. Рибосомы синтезируют протеин и распределяют его в клетке. Тем самым они отвечают за соединение аминокислот с образованием продуктов генного синтеза в соответствии с информацией, получаемой из ядра клетки.

Особенно важны клеточные мембраны, которые окружают не только всю клетку, но и ее многочисленные органеллы. ЭС осуществляет интенсивное производство этих мембран. Важными структурными элементами клеточных мембран являются фосфолипиды, структура которых имеет важное значение для их функционирования: два остатка жирной кислоты этерифицируются глицерином (С₃Н₅(ОН)₃), на третью ОН-группу глицерина прикрепляется через фосфатный остаток аминокислота (фосфолипид). Построение клеточной мембраны из молекул фосфолипидов обусловливает два взаимно противоположных свойства структуры: в то время как глицериновый остаток с фосфором и аминокислотным остатком притягивает воду (является гидрофильным), хвосты кислотных остатков, расположенные в клеточной мембране плотно друг к другу, а в двух слоях - друг против друга, отталкивают воду (являются гидрофобными). В результате образуется непроницаемый двойной слой (мембрана) без наличия связей между фосфолипидными молекулами.

Клеточная мембрана дрожжевой клетки обладает толщиной 6 нм и составляет всего 1/1000 клеточного диаметра, она окружает не только весь объем дрожжевой клетки, но и образует мембраны вокруг клеточных органелл, и разделяет отдельные области клетки. Поверхность дрожжевой клетки составляет около 150 мкм 2 , 10 г прессованных дрожжей имеют контактную поверхность около 9. 10 м 2 .

Энергоемкое образование липидов, представляющих собой главные составные части мембран, зависит от наличия кислорода. При этом часть имеющихся жирных кислот превращается в ненасыщенные жирные кислоты, имеющие более низкую температуру плавления и соответственно обладающие более высокой текучестью. При недостатке кислорода построение клеток преждевременно прекращается.

Стенка клетки полупроницаема. Поступление растворенных веществ (сахаров, аминокислот, жирных кислот, минеральных веществ) происходит избирательно через нерастворимые транспортные протеины, находящиеся в мембране и пропускающие совершенно определенные группы веществ. Выделение наружу продуктов распада, образованного спирта, происходит через мембрану при помощи так называемой везикулы Гольджи.

К внешней поверхности клеточной мембраны прикреплены гликолизированные полисахаридные остатки (гликокаликс), состоящие на 30. 40% из маннана и на 30. 40% - из глюкана. Находящийся снаружи маннан связан сложной эфирной связью с фосфором, а находящийся внутри глюкан связан сложной эфирной связью с серой и интегрирован в общем комплексе белков и ферментов, которые обеспечивают расщепление веществ для прохода их через клеточную мембрану. Поэтому структура этих сложных образований играет большую роль. На внутренней и внешней стороне мембраны находятся периферийные протеины; на внутренней стороне расположен еще слой трегалозы.

Совокупность оболочки, состоящей из клеточной мембраны, прикрепленных слоев и гликокаликса, называется стенкой клетки [13]. Клеточная стенка представляет собой жесткую структуру толщиной 25 нм, составляет около 25% сухой массы клетки и состоит в основном из глюкана, маннана, хитина и белка. Организация клеточной стенки недостаточно изучена, однако современные теории отдают предпочтение модели трехслойной структуры, согласно которой внутренний глюкановый слой отделен от внешнего маннанового промежуточным слоем с повышенным содержанием белка.

В цитоплазме, занимающей более 50% объема клетки, располагается большинство путей обмена расщепленных питательных веществ и построения собственных элементов клетки. Весь промежуточный обмен веществ - гликолиз, синтез жирных кислот, биосинтез протеинов и многое другое протекает здесь параллельно друг другу. В водной среде движутся рибосомы, ферменты и продукты расщепления - близко друг от друга в мощных потоках среды [13]. Цитоплазма регулирует обмен питательных веществ и метаболитов благодаря избирательной проницаемости.

Условия культивирования дрожжей влияют на структуру цитоплазмы клетки. В аэробных условиях ("дышащая" клетка) она однородна и не содержит включений, в анаэробных же ("бродящая " клетка) - то появляются, то исчезают мелкие вакуоли и различные органоиды. Характерной особенностью вакуолей дрожжей является наличие в них метахроматина (волютина). Он может накапливаться в больших количествах как запасное вещество, при голодании запас его быстро уменьшается, как это происходит с жиром и гликогеном [6].

Морфологическое строение дрожжевой клетки часто оказывает влияние на физиологическое состояние. У молодых клеток оболочка тонкая, протоплазма мелкозернистая. По мере старения клетки протоплазма становится крупнозернистой и количество включений и вакуолей в ней увеличивается. Старые, голодающие клетки обычно находятся в осадке и характеризуются зернистой протоплазмой; мертвые клетки имеют неправильную форму и окрашиваются метиленовым синим [13].

Зачастую в клетке можно обнаружить наполненные кислым клеточным соком и окруженные мембраной пространства - так называемые вакуоли. Здесь откладываются определенные протеины и избыточные соли. С помощью обратимой мобилизации кристаллов солей клетка может регулировать ее внутреннее давление (тургор), если, например, осмотическое давление снаружи увеличится благодаря повышенному содержанию экстракта или спирта [13]. Зрелые дрожжевые клетки содержат большую вакуоль. Считают, что при образовании почки вакуоль дробится на мелкие вакуоли, которые распределяются между материнской клеткой и почкой. В дальнейшем эти мелкие вакуоли снова сливаются, образуя по одной вакуоли в материнской и дочерней клетках. Функция вакуоли точно не установлена. В ней содержатся гидролитические ферменты, полифосфаты, липиды, ионы металлов и др. Вакуоль, возможно, выполняет функции резервуара для хранения питательных веществ и гидролитических ферментов [14].

Наиболее существенными составными частями дрожжевой клетки являются углеводы, азотосодержащие, гуминовые и минеральные вещества. Дрожжи содержат 24. 30 % сухого вещества и 70. 76 % воды. Сухое вещество на 90. 95 % состоит из органических и на 5. 10 % - из неорганических веществ: фосфорной кислоты и калия. Белков и других азотосодержащих веществ в дрожжах содержится 54. 56 %. Иногда при снижении гликогена в клетке азотосодержащих веществ может быть до 70%, причем 90 % их являются высокомолекулярными соединениями (белки) и 10% - низкомолекулярными (аминокислоты).

В дрожжевой клетке содержится 24. 40 % углеводов в пересчете на сухое вещество. Они состоят в основном из гликогена, который вместе с трегалозой представляет собой запасные вещества. Гликоген - запасное питательное вещество в дрожжах, характеризующее их хорошее физиологическое состояние. Расщепление гликогена дает энергию для синтеза стеролов и ненасыщенных жирных кислот, которые важны для правильной работы дрожжевых мембран, особенно в анаэробных условиях. Поэтому содержание этих веществ может служить показателем жизнеспособности дрожжей [8].

При избытке питательных веществ, например, после начала брожения, дрожжевая клетка запасает резервные вещества. По данным Кунце [13] содержание гликогена может возрасти на 30 % и более от содержания СВ дрожжей; он помещается в аккумулирующих гранулах, расположенных в цитоплазме. Считается, что важна не абсолютная концентрация гликогена, а изменение относительного количества в течение той или иной стадии процесса. Существенное снижение содержания гликогена говорит о неблагополучном состоянии дрожжей. Точно так же, как фосфаты и липиды, которые требуются дрожжам для построения новых веществ клетки, откладывается трегалоза (дисахарид) [13].

Дрожжи — это своеобразная группа сапротрофных грибов, не имеющих мицелия и представленных одиночными микроскопическими клетками.

Дрожжи относятся к грибам. Без дрожжей невозможно испечь хлеб и пышные пироги, приготовить квас, вино, пиво. Эта группа грибов включают более 500 видов. В природных условиях они встречаются там, где есть сахара: на поверхности ягод (винограда), фруктов, в нектаре цветков, сокотечениях берез, кленов и других деревьев. Хлебопекарные дрожжи существуют только в культуре.

Считается, что дрожжи произошли от многоклеточных грибов. По этой причине, будучи одноклеточными, они относятся к грибам, а не к протистам.

Строение дрожжей

От других грибов дрожжи отличаются тем, что не имеют мицелия и представляют собой одиночные шаровидные или овальные клетки микроскопических размеров (рис. 50).

Жизнедеятельность дрожжей

Размножение дрожжей

Размножаются дрожжи почкованием. При почковании на материнской клетке образуется выпуклость, напоминающая почку. Выпуклость быстро растет, превращается в самостоятельную клетку и отделяется от материнской.

При недостатке питания и избытке кислорода в среде у дрожжей наблюдается половой процесс (слияние двух клеток).

Читайте также: