Il LIEVITO Saccharomyces cerevisiae. Organismo modello

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1 Il LIEVITO Saccharomyces cerevisiae Organismo modello

2 Caratteristiche: Il lievito di birra, Saccharomyces cerevisiae, appartenente al regno dei Funghi e al Phylum degli Ascomiceti, è un organismo unicellulare, eucariota molto interessante per effettuare una molteplicità di esperimenti e osservazioni Modello in Citologia e in Genetica. Nel 1996 il suo genoma è stato interamente sequenziato. Il metabolismo del lievito: i saccaromiceti ricavano energia dalla fermentazione degli zuccheri che vengono convertiti in alcol con produzione di CO2. C6H12O6 (glucosio) 2 C2H5OH ( alcol etilico) + 2 CO2

3 Organismo MODELLO MANEGGEVOLE di FACILE REPERIBILITA Non pericoloso Disponibile in ogni periodo dell anno Osservazione di MICRORGANISMI Osservazione di microrganismi UNICELLULARI Confronto di DIMENSIONI cellulari (3-10 µm) Microrganismi AEROBI/ANAEROBI METABOLISMO: fermentazione alcolica Presenza di ENZIMI (EN-ZYMA = dentro il lievito ): catalasi RIPRODUZIONE (asessuata gemmazione) Concetto di POPOLAZIONE CONTEGGIO di una popolazione microbica COLTIVAZIONE di microrganismi (terreni di coltura) CRESCITA di una popolazione microbica (curva di crescita esponenziale) FATTORI fisico-chimici che influenzano la crescita di una popolazione microbica BIOTECNOLOGIE: tradizionali (fermentazione) e avanzate (ingegneria genetica)

4 FERMENTAZIONE : la produzione di gas provetta n. 1: acqua + lievito di birra (palloncino verde) - provetta n. 2: acqua + zucchero (palloncino giallo) - provetta n. 3: acqua + lievito di birra + zucchero (palloncino rosso) su ognuna si inserisce un palloncino. Lo sviluppo di anidride carbonica come prodotto della fermentazione del saccarosio si osserva solamente nella provetta n. 3 perché in essa è presente sia il lievito, che trae energia da un metabolismo di tipo fermentativo, sia il substrato necessario per la fermentazione cioè lo zucchero.

5 il gas prodotto dalla fermentazione è CO2 Sciogliere il lievito in acqua a temperatura di 30 C nella bottiglietta con valvola Collegare il tubicino alla valvola e immergere nell acqua di calce posta nel bicchiere. Dopo circa 30m si noterà intorbidamento dell acqua di calce a causa della seguente reazione. CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O

6 Metabolismo: produzione di calore 1) in un becher da 200 ml sciogliere 10 g di lievito in 100 ml di acqua a temperatura ambiente + 50 g di zucchero 2) versare la miscela nel calorimetro (o termos), tapparlo e controllare la temperatura ogni 10 minuti con un termometro inserito l aumento della temperatura è la prova della produzione di energia per mezzo della fermentazione alcolica

7 Riproduzione del lievito I lieviti del genere Saccharomyces sono generalmente diploidi, ovvero nel loro nucleo contengono 2 serie omologhe di 16 cromosomi: una serie proveniente da ciascun genitore. RIPRODUZIONE ASESSUATA: GEMMAZIONE In condizioni ambientali normali, il lievito si moltiplica per gemmazione, adotta cioè un sistema di riproduzione asessuata che ha come risultato la nascita di una cellula gemella diploide, corredata di un patrimonio genetico identico a quello posseduto dalla cellula madre. RIPRODUZIONE SESSUATA: ASCOSPORE In condizioni ambientali avverse invece la cellula si trasforma in asco, un sacco contenente 4 cellule aploidi (aventi una sola serie di cromosomi) dette spore. Le spore prodotte dai lieviti del genere Saccharomyces sono di due sessi: a ed a Spore di sesso diverso possono unirsi a formare un nuovo individuo diploide che avrà caratteristiche intermedie rispetto a quelle possedute dai due genitori. Quando si uniscono spore di specie diverse si originano i cosiddetti ibridi.

8 Gemmazione La gemmazione si differenzia dalla scissione in quanto il citoplasma si ripartisce in maniera diversa tra le due cellule. Sulla cellula che inizia la divisione si forma una piccola protuberanza in cui migra uno dei nuclei. La gemma cresce e si stacca formando un individuo autonomo. Con l osservazione al microscopio si possono notare numerose cellule con gemme appena accennate e altre con gemme che hanno raggiunto dimensioni massime che sono prossime a staccarsi dalla cellula madre.

9 Presenza di ENZIMI L enzima catalasi agisce da catalizzatore ed velocizzando la reazione di decomposizione dell acqua ossigenata: 2 H2O2 O2 + 2H2O che produce ossigeno e acqua La catalasi, si trova in genere nelle cellule di organismi animali, vegetali e microrganismi. Questa attività enzimatica dipende dalla Temperatura e dal ph. Una molecola di catalasi può agire, prima di inattivarsi su 5 milioni di molecole di acqua

10 Crescita microbica Crescita esponenziale di una popolazione MISURAZIONE DELLA CRESCITA MICROBICA La crescita di una popolazione microbica è funzione del numero delle cellule a tempi diversi. Conta cellulare Le cellule possono essere contate (a)direttamente al microscopio, (b) facendole sviluppare in colonie visibili ad occhio nudo

11 Conta al microscopio Conta al microscopio La conta al microscopio può essere fatta usando un vetrino su cui è marcata una grigliatura a passo noto (Camera di BURKER). Si individuano così piccolissimi volumi noti ed uguali che entrano in un unico campo microscopico. Il numero medio di cellule trovato all'interno di tali microvolumi permette di risalire al numero di cellule mediamente presente in 1 ml del campione in esame.

12 Conta delle colonie su piastra Conta delle colonie su piastra E' il metodo più usato per determinare il numero di cellule vive. Si semina un campione di diluizioni nota sulla superficie di un terreno di coltura agarizzato contenuto in piastre Petri per distribuire separatamente le cellule. Dopo incubazione si contano le colonie sviluppate. I dati ottenuti si riferiscono come CFU (colony forming units = unità formanti colonie). Dati attendibili si hanno quando il numero delle colonie, sviluppate dopo incubazione sulla piastra, è compreso tra 30 e 300.

13 LA CURVA DI CRESCITA velocità di crescita (n di generazioni /h) Batteri 0, ,25 Lieviti 0,35-0,6 2-1,10 tempo di generazione (h) Fattori influenzanti la crescita: TEMPERATURA ph Concentrazione salina del mezzo Umidità Luce Sostanze nutritive

14 Biotecnologie tradizionali: fermentazione in pane, vino, birra, Il lievito metabolizza diversi carboidrati dando luogo a fermentazione alcolica

15 Biotecnologie avanzate: Ingegneria genetica Produzione di proteine, farmaci, vaccini I lieviti, da un punto di vista applicativo, spesso associano i vantaggi tipici dei procarioti (rapida crescita, genoma relativamente piccolo) con alcuni tipici degli eucarioti (espressione dei geni, modificazioni di proteine e loro secrezione).