Клеточная стенка дрожжей — прочная, жесткая и вместе с тем эластичная структура, выполняющая те же функции, что и у бактерий. Толщина ее колеблется у разных видов дрожжей от 0,15 до 0,28 мкм, масса составляет 15-30% от сухого веса (СВ) клетки. В химический состав стенки входят 60-90% полисахаридов (гемицеллюлоз, состоящие из равных количеств глюкана и манана), 3-10% липидов, 10-25% белков, 7-9% минеральных веществ, 0,5-3% хитина. Стенка дрожжей имеет, как правило, трехслойную структуру: первый, внешний, слой — липопротеидный, средний — маннанпротеиновий комплекс, внутренний, прилегающий к цитоплазматической мембраны, — глюкановый, играющий основную роль в поддержании формы клетки. В клеточной стенке обнаружены ферменты — инвертаза, щелочная и кислая фосфатазы, липаза, способствующие расщеплению и окислению питательных веществ, поступающих в клетку, а также глюканаза и маназа, участвующих в размягчении клеточной стенки перед образованием почки — дочерней клетки [4].
Цитоплазматическая мембрана дрожжевой клетки — трехслойная структура толщиной 0,008-0,010 мкм. Она плотно прилегает к внутренней стенке клетки и вместе с тем тесно связана с цитоплазмой. Поверхность ее обычно ровная, но иногда встречаются небольшие выпячивания. Состоит цитоплазматическая мембрана примерно из равных количеств фосфолипидов, белков и небольшого количества углеводов. Выполняет следующие основные функции: действует как осмотическое барьер, регулирует поступление в клетку питательных веществ и удаление конечных продуктов обмена, участвует в регуляции синтеза компонентов клеточной стенки, является местом локализации многих ферментов (окислительно-восстановительных, пермеаз, кофакторов) и органелл (рибосом).
Цитоплазма дрожжевой клетки — густая жидкость, вязкость которой в 800-8000 раз превышает вязкость воды. Структура ее зависит от возраста дрожжей. В молодых клетках цитоплазма гомогенная, в зрелых она становится гетерогенной в результате появления гранул полисахаридов и полифосфатов, небольших вакуолей, в старых гетерогенность усиливается за счет жировых капелек и увеличения вакуолей.
Цитоплазма состоит из жидкой части (клеточного сока), мембран и рибосом. В жидкой части растворены ферменты, транспортная РНК (рибонуклеиновая кислота), низкомолекулярные соединения — запасные углеводы, аминокислоты, нуклеотиды, которые создают осмотическое давление в клетке 1,2 Мпа. Цитоплазму пронизывает эндоплазматическая сеть (ретикулум). Это система двойных мембран (канальцев, пузырьков) с гладкой или шероховатой поверхностью, тесно контактируют с ЦПМ, ядром, внешней мембраной митохондрий и другими структурами клетки. На шероховатых участках сети прикреплены рибосомы. На гладких частях находятся ферменты углеводного и липидного обмена. Считают, что эндоплазматическая сеть участвует во многих клеточных процессах и обеспечивает непрерывную и упорядоченную доставку низкомолекулярных и строительных веществ в места их потребления [1].
Ядро — это важнейшая и постоянная структура дрожжевой клетки выполняет генетическую, информационную и метаболическую функции. Ядро дрожжей контролирует синтез белков, ферментов, липидов, клеточных структур и другие обменные процессы, играет главную роль в размножении клетки. Ядро в дрожжах имеет округлую форму размерами 1-2 мкм, окружено двумя мембранами, в которых есть множество пор. Через поры в ядро поступают необходимые питательные вещества, из ядра в цитоплазму — информационная и транспортная РНК, предшественники рибосом и др.
В нуклеоплазме ядра (внутренней части) находится ядрышко, что играет определенную роль в синтезе веществ рибосом. К внешней поверхности оболочки ядра прикреплено большое количество рибосом, что указывает на высокий уровень синтеза белков в непосредственной близости от ядра. Главным химическим компонентом ядра является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Состав ДНК постоянный (0,17-0,18% СМ). В состоянии покоя клетки ДНК находится в ядре в виде тонких хроматиновый нитей. При размножении клетки ДНК концентрируется в хромосомах, где находится в связанном состоянии с белками — гистонами. Хромосомы являются основными материальными структурами, которые определяют наследственность и изменчивость. Предполагается, что число хромосом, их длина и форма постоянные для определенных видов дрожжей.
Митохондрии — обязательные структуры эукариотической клетки. В зависимости от условий жизнедеятельности дрожжей форма, размеры, количество и внутреннее строение митохондрий меняются. По форме они могут быть сферическими, палочковидными или нитевидными. Размеры колеблются от 0,2 до 3,0 мкм по длине и от 0,05 до 1,5 мкм по диаметру. Окруженные митохондрии двойной мембраной — внутренней и внешней. В клетках, выращенных в аэробных условиях, внутренняя мембрана образует выступы — кристы, которые пронизывают внутренний гомогенный содержание — матрикс. Митохондрии клеток, растущих в анаэробных условиях, устроены проще и крист не содержат [3].
В митохондриях содержится большое количество ферментов: окислительно-восстановительных, цикла трикарбоновых кислот, транспорта электронов. Митохондрии играют основную роль в выработке, накоплении и распределении энергии в клетке, синтезе АТФ (аденозинтрифосфата).
Аппарат Гольджи состоит из мембранных дисков диаметром от 0,02 до 0,25 мкм. От концов мембран отходят пузырьки, которые затем превращаются в лизосомы и вакуоли. Считают, что аппарат Гольджи управляет многими физиологическими процессами в клетке: транспортирует различные вещества к месту их использования или выделения из клетки, участвует в формировании клеточных перегородок, спор, почек, удаляет из клетки токсические вещества.
Лизосомы — плотные гранулы, ограничены липопротеидной мембраной. Они содержат активные гидролитические и лизирующие ферментные системы, способные расщеплять крупные молекулы полисахаридов, белков, нуклеиновых кислот, жиров. Лизосомы звездчатой формы охватывают поврежденные структуры цитоплазмы и «переваривают» их. В случае разрыва мембраны, окружающей лизосом, происходит автолиз клеток.
Вакуоль — органелла, что находится в центральной части клетки и отделена от цитоплазмы вакуолярной мембраной, играет значительную роль в обмене веществ клетки. В вакуоли присутствуют в растворенном состоянии в виде ионов и солей натрия, калий, кальций, магний, хлор, в виде коллоидов — гидролитические ферменты, метахроматин, жиры, углеводы и белки. Указанные вещества используются клеткой по мере необходимости. Размеры вакуоли зависят от возраста и физиологического состояния дрожжевой клетки. В зрелых клетках вакуоль увеличивается, в старых достигает максимальных размеров. Отмечено, что в процессе почкования вакуоль распадается на мелкие части, которые распределяются между материнской клеткой и дочерней. После завершения цикла размножения мелкие вакуоли сливаются в одну. Не исключено, что вакуоль участвует в удалении из клетки токсичных веществ.
Запасными веществами дрожжевой клетки, содержащиеся в цитоплазме и вакуоли, являются гранулы гликогена, сахар трегалоза, метахроматин и капельки жира [5].
Гликоген (полисахарид) содержится в клетке в большом количестве: от 30 до 100 мг на 1 г СМ клетки. Гранулы гликогена появляются в дрожжах в начале брожения при избытке углеводного питания в среде; до конца брожения количество гликогена уменьшается. Увлеченный гликоген в цитоплазме, вместе с тем есть предположение, что он накапливается в пространстве между ЦПМ и клеточной стенкой.
В аэробных условиях в дрожжевых клетках преобладает трегалоза, количество которой может достигать 20-150 мг на 1 г СМ клетки. В вакуоли находится резервное вещество метахроматин, состоящий из липопротеидов, полифосфатов, магния и РНК. Содержание метахроматина уменьшается в процессе активного роста клетки и возрастает при задержке размножения.
Жиром в цитоплазме и вакуоли, выполняющий роль запасного питательного материала, является смесь триглицеридов с фосфолипидами и стеролы (эргостерола). Капельки жира в старых клетках видны в световом микроскопе благодаря тому, что сильно преломляют свет [6].
Также еще кроме меланинов для многих типично наземных грибов характерно наличие каротиноидных пигментов, которые выполняют ту же функцию защиты от солнечной инсоляции. Типичными представителями интенсивно пигментированных грибов с высоким содержанием каротиноидов есть много широко распространенных базидиомицетовых дрожжей из родов Rhodotorula, Sporobolomyces, Lipomyces и др.
Аскомицетные дрожжи Metschnikowia pulcherrima образуют диффундирующий в среду красно-вишневый пигмент пульхерримин. Так называемые «черные дрожжи», формируют темно бурые или черные колонии за счет накопления меланоидних пигментов.
Рисунок – Lipomyces starkey – грунтовые дрожжи. Клетки в 7-суточной культуре на сусло-агаре.
Грунтовые дрожжи рода Lipomyces – липомицеты распространены исключительно в почвах и не встречаются в других местообитаниях. Давно известна их способность к хорошему выживанию в минеральных горизонтах почв, бедных органическим веществом. Однако при этом липомицеты не является олиготрофамы, в лабораторных культурах они не способны к росту на разбавленных питательных средах. Отличительная особенность этих дрожжей — очень крупные клетки, на богатых средах быстро накапливают большое количество запасных липидов – до 80% от общей массы клетки (рис.). Судя по всему, стратегия выживания липомицетов в почве — это быстрое накопление запасных веществ, при попадании достижимых субстратов, например свежего опада, а затем длительное их расходования в «ожидании» новых поступлений [2].
Литература
- Бабьева, И.П., Горин, С.Е. Почвенные дрожжи. М.: изд–во МГУ, 1987. – С. 50–63.
- Кудрявцев, А.А., Гуревич, Г.А., Фихте, Б.А. Механические свойства микробных оболочек. – Пущино, 1988.
- Кейтс М. Техника липидологии. М.: Мир, 1975. – 322 с.
- Ревис, Д.Д., Ботстайн, Дж.Рот «Генетика бактерий» М., Мир 1984. – С. 101.
- Rudic, V., Popova, N., Crivova, A. et al.«Biosynthesis ofLipoxygenase, Lipids and its Fatty Acid Composition of Actinomycetes and Yeast», Bucureşti, Roumanian Biotechnological Letters. – 2002. – V. 7. – N 3. – Р. 711-716.
- Rudic, V.,Topală, L. Teza de doctorat şi autoreferatul pot fi consultate la biblioteca Academiei de Ştiinţe a Moldovei – bd. Ştefancel Mare, 1, MD – 2001, Chişinău.
Автор статьи: Дохторук Андрей, ст. каф. Микробиология и вирусология, Днепропетровского национального университета им. Олеся Гончара