Файл: азастан Республикасыны Білім жне ылым министрлігі лФараби атындаы аза лтты университеті байкенова аерке айратызы.docx
Добавлен: 07.12.2023
Просмотров: 372
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
(*С.В.Буряченко «Молекулярная генетика дрожжей сахаромицетов» монографиясынан алынған)Saccharomyces cerevisiae ашытқылары төменгі және жоғарғы ашытқылар болып екі топқа бөлінеді. Төменгі ашытқыларға шарап пен сыра ашытқыларының көпшілігі кіреді, ал жоғарғы ашытқыларға спирт, нан және кейбір сыра ашытқылары кіреді. Төменгі ашытқылар өндірісте 6-10 °C және одан төмен температурада (0 °C-қа дейін), ал жоғарғы ашытқылар әдетте 14-25 °C температурада белсенді болады. Ашу процесі аяқталғаннан кейін төменгі ашытқылар түбіне шөгіп, тығыз тұнба түзеді, үстіңгі ашытқылар бетіне қалқып шығып, «қалпақ» құрайды. Соңғысының бетіне көтерілу қабілеті бүршіктенгеннен кейін жасушалардың шағын тізбекте байланысып қалуына байланысты, көмірқышқыл газының көпіршіктері оларды бетіне көтереді.Ашытқы құрамында белсендірілген протеолиз, трипептид, глютатион бар. Сонымен қатар түрлі витаминдер мен ферменттер де болады. Ашытқы құрамындағы ферменттер тыныс алу, көбею және жасуша мүшелерінің құрылысын қоса алғанда, олардың барлық өмірлік функцияларының ағымына ықпал етеді [6].Ашытқыда бірқатар ферменттік кешендер жұмыс істейді, олардың негізгісі зимаза деп аталады. Зимазаның көмегімен ашытқы қантты ашытады, яғни оны спирт пен көмірқышқыл газына айналдырады. Сонымен бірге ашытқы жасушалары өміріне қажетті энергияны алады. Оттегі болмаған жағдайда (анаэробты жағдайда) ашытқы ферменттері қанттың спирттік ашуын тудырады. Бұл көптеген ферменттер мен фосфор қышқылын қамтитын он бір кезеңнен өтетін күрделі көп сатылы процесс. Қантты ашыту процесінің соңғы сатысында көмірқышқыл газы мен этил (шарап) спирті түзіледі [7].Ашытқыларды өсіруге арналған сұйық ортада қант, азотты қосылыстар, минералды қосылыстар, витаминдер болуы керек. Нан ашытқысы глюкозаны, галактозаны, сахарозаны, рафинозаны, мальтозаны ыдыратады. Күрделі қанттар (сахароза, мальтоза) алдымен ферменттер мен ашытқылардың әсерінен жай қантқа айналады. Азотты қосылыстардың ішінен ашытқы белок гидролизінің өнімдерімен (амин қышқылдары, полипептидтер), сонымен қатар аммоний сульфаты сияқты құрамында азот бар минералды тұздармен жақсы сіңеді. Ашытқы орналасқан ортаның реакциясы аздап қышқыл болуы керек. Сілтілік орта ашытқы жасушаларын тежейді. Егер сілтілік жоғары болса, ашытқылар жасушасы өледі. Ортаның оңтайлы рН мәні 4,5-5,0.Ашытқылардың тіршілік әрекеті үшін температуралық жағдайлардың маңызы зор. Ашытқылардың көбеюіне ең қолайлы температура 25-28 °C. Спирттік ашу процесі 30-35 °С температурада ең белсенді. 45-50 ° C және одан жоғары температурада ашытқы жасушалары өледі. Төмен температура ашытқылардың тіршілік әрекетін тежейді, ашытқы анабиоз (жасырын тіршілік әрекеті) жағдайына түседі, онда ол ұзақ уақыт бойы бұзылмай сақталуы мүмкін.
Мұздатылған ашытқылар 6-8°С температурада баяу ерігеннен кейін өзінің қасиеттерін сақтайды [8, 9].Ашытқы жасушасының құрылысы. Ашытқы жасушасы мембранадан, цитоплазмалық мембранадан және цитоплазмадан тұрады. Жасуша мөлшері орташа 8-10 мкм (3-сурет).Сурет 3 – Ашытқы жасушасының құрылысы(сурет интернет желісінен алынған www.lektsia.com)1 – ядро; 2 – саңылау; 3 - мембрана; 4 - митохондриялар; 5 - вакуоль; 6 - Гольджи кешенінің мембраналары; 7 және 8 - тегіс және түйіршікті эндоплазмалық тор; 9 - пиноцитарлы көпіршіктер; 10 - сегрегациялық түйіршіктер; 11 - фагосомалар; 12 - экскреторлық көпіршіктер; 13 - липидті қосындылар; 14 - цитоплазмалық мембрана; 15 - жасуша жарғақшасы; 16 - бүршіктенген іздің сақиналы жотасы.Жасуша жарғақшасы - жасуша пішінінің тұрақтылығын сақтауға және айтарлықтай осмостық қысымға (2 МПа дейін) төтеп беруге қабілетті тығыз, күшті және серпімді құрылым. Селективті өткізгіштігі бар мембрана жасушаға қоректік заттардың тасымалдануын және одан метаболикалық өнімдердің шығуын қамтамасыз етеді [10].Цитоплазмалық мембрана тікелей жасуша қабырғасының астында орналасқан. Оның негізгі қызметі – жасушаға қоректік заттардың енуін және зат алмасу өнімдерінің шығарылуын реттеу. Мұнда кейбір ферменттер локализацияланады және жасуша қабырғасының бірқатар заттары мен компоненттерінің биосинтезі жүреді.Цитоплазма күрделі коллоидты жүйе. Биосинтездің маңызды процестері цитоплазмада жүреді және генетикалық ақпарат сақталады. Оның құрамында органеллалар (митохондриялар, рибосомалар, ядро, эндоплазмалық тор және Гольджи аппараты) және вакуольдер бар.Митохондриялар – құрамында ферменттер жүйесі, негізінен электрон тасымалдауы бар шар тәрізді немесе ұзартылған жасушаішілік органеллалар. Митохондрияның функцияларына энергия көзі болып табылатын тотығу реакциялары, АТФ синтез реакцияларының тізбегі бойымен электрондардың тасымалдануы және митохондриялық ақуыздардың бір бөлігінің синтезі жатады [11].Рибосомалар белок пен РНҚ-дан тұратын дұрыс емес шарлар түріндегі ультрамикроскопиялық түйіршіктер. Рибосомалар ақуыздар мен ферменттерді синтездейді.Ядро қабықпен қоршалған дөңгелек және сопақ көпіршіктің пішініне ие. Ядроның қызметі – жасушаның бөлінуі кезіндегі генетикалық ақпаратты сақтау және тасымалдау.
Эндоплазмалық ретикулум – әртүрлі заттар сыртқы қабықтан орталыққа қарай қозғалатын көптеген арналарды құрайтын күрделі мембраналық тор болып табылады [12].Гольджи аппараты — эндоплазмалық тордың мембраналық жүйесімен байланысқан ең ұсақ жалпақ денелердің жинақталуы. Гольджи аппаратының рөлі жаңа мембраналарды жасау болып табылады. Сонымен қатар, ол қорғаныс функциясын орындайды - жасуша секрециясының өнімдерін сақтап және жойып отырады.Вакуольдер жасушаның орталық бөлігін алады. Олар липопротеидті қабықшамен қоршалған жасуша шырынымен толтырылған. Вакуольдер осмостық қысымды реттеуге қатысады және әртүрлі тотығу-тотықсыздану процестерінің орны болып табылады. Вакуоль ашытқы жасушасының қартаюы кезінде пайда болады, олардың құрамында қоректік заттар, қалдық өнімдер және резервтік заттардың түйіршіктері: валюта, гликоген, трегалоза, май болады [13-15].
1.2 Шарап ашытқылары және оның қасиеттеріШарап ашытқылары жүзімнің бетінде табиғи түрде кездеседі. Олар негізінен Hanseniaspora uvarum түзген жидектерде жиі жеңіл жабын ретінде көрінеді. «Нағыз» шарап ашытқысы Saccharomyces cerevisiae түрі болып саналады, ол табиғатта 1000 жүзімнің 1-інде ғана кездеседі. Дегенмен, ашытқылардың бұл туысы басқалармен салыстырғанда этанолға төзімділікпен ерекшеленеді. Бұл көп жағдайда ол бәсекелестікте жеңіп, шарап ашыту процесінде басқа түрлердің пайда болуына әкеледі. Олар жүзімде кездесетін табиғи ашытқы консорциумдары болып табылады. Жүзім шырыны қанттарын ашытуға қатысады, шараптың пайда болуымен бірге жүретін биохимиялық процестер жүзім шикізатының сапасымен бірге, шараптардың барлық сорттарын анықтайды. Қатаң бақыланатын жағдайларда ашыту процесін жүргізу үшін шарап өндірісінде таза мәдени шарап ашытқыларын оқшаулау әрекеттері жүргізіледі [16].Шарап дайындау үшін жүзім жиналады және ұсақталады - құрамында 10-25% қанты бар шырын алынады. Ақ шараптарды өндіруде тұқым мен қабықтың (целлюлоза) қоспасы керектен бөлінеді. Қызыл шарап өндірісінде сүйектері мен қабықтың қоспасы жойылмайды. Содан кейін ашыту нәтижесінде қант спиртті этанолға айналады. Шараптың пісіп жетілуі кезінде ашытқылардың екіншілік метаболиттері, сондай-ақ олардан алынатын қосылыстар оның хош иісі мен дәмін анықтайды, сүт қышқылды бактериялар, мысалы, Oenococcus oeni пісетін кезде де үлкен маңызға ие. Бірқатар шараптарды алу үшін (мысалы, аққайнар) ашытылған шарап екінші рет ашытылады.Ашытуды тоқтату қант қорының (құрғақ шарап) таусылуымен немесе ашытқы үшін этанолдың уыттылығының шегіне жетуімен байланысты. Saccharomyces beticus ашытқысының кәдімгі ашытқылардан айырмашылығы (ерітіндідегі спирт концентрациясы 12% жеткенде өледі) төзімді болуында. Бастапқыда херес ашытқылары тек Испанияның оңтүстігінде (Андалусияда) белгілі болды, онда олардың қасиеттерінің арқасында күшті шарап алынды. Уақыт өте келе, херес ашытқылары Арменияда, Грузияда, Қырымда т.б. елдерде пайда болды. Херес ашытқысы кейбір күшті сыра өндірісінде де қолданылады.Нан, шарап және сыра адамға белгілі ең көне өнімдер болып табылады, оларды өндіруді Saccharomyces ашытқысынсыз елестету мүмкін емес. Жүзім шаруашылығы мен шарап жасау тарихы мыңдаған жылдардан басталады және адамзат тарихымен тығыз байланысты. Күріш, бал және жеміс-жидек негізінде ашытылған сусындарды өндіру технологиясының пайда болуының ең алғашқы археологиялық дәлелі Қытайда біздің дәуірімізге дейінгі 7000 жылдан астам уақытқа жататын қабірлерден табылған [17].
Шарап жасаудың басталуын растайтын химиялық талдау деректері біздің дәуірімізге дейінгі 5400 жылға жатады, ал ашытқылардың шарап ашыту процестеріне қатысуы туралы деректер Ежелгі Египетте – б.з.б. 3150 ж. Мысыр мен Месопотамиядан ашытылған сусын технологиясы Еуропаға, содан кейін Жаңа әлемге тарады. Спирттік ашыту процестеріндегі ашытқылардың рөлін Пастер 1860 жылы анықтаған. 1980 жылдардың басында Карлсберг зертханасынан Эмиль Кристан Хансен алғаш рет таза ашытқы культурасын алды, содан кейін ол шарап шырынын ашыту үшін егу ретінде пайдаланылды. Бір қызығы, бұл тәжірибе тек 20 ғасырдың ортасынан бастап тиімді түрде тарала бастады, ал қазір әлемдегі барлық коммерциялық шарап өндірісі бастапқы дақылдарды пайдалануға негізделген. Мұқият іріктелген коммерциялық ашытқы штаммдарын пайдалану шарап ашыту процестерінің бақыланатындығы мен сенімділігін, шараптың микробтық құрамының шектелген өзгергіштігін айтарлықтай жақсартты және соңғы онжылдықтарда шарап сапасын жақсартуға айтарлықтай үлес қосты [18].Ашытқыларды шарап жасауда және дәстүрлі биотехнологияның басқа салаларында кеңінен қолдану бұл микроорганизмдерді генетика, биохимия, жасуша биологиясы, физиология, геномика және эволюциялық биологиядағы зерттеулердің алдыңғы қатарына шығарды. Ашытқыларды өсірудің қарапайымдылығы мен ыңғайлылығы, гендік және гендік инженерлік манипуляциялардың қарапайымдылығы және басқа да бірқатар артықшылықтар ашытқыны эукариоттық жасушада болатын барлық негізгі процестерді зерттеудің сүйікті үлгі объектісіне айналдырды. 1996 жылы Saccharomyces cerevisiae нан ашытқысының геномының секвенирленуі геномикада бетбұрыс болды, алғаш рет эукариоттық геномның экспрессиясы мен қызметін жаһандық зерттеу мүмкіндігін ашты, сонымен қатар, салыстырмалы, функционалдық және эволюциялық геномикадағы зерттеулерге үлес қосты [19].Геномдық секвенирлеу әдістерінің қарқынды дамуы сахаромицеттердің табиғи, өнеркәсіптік және клиникалық изоляттарының декодталған геномдарының санының күрт өсуіне әкелді және S. cerevisiae ашытқыларының әртүрлілігі, шығу тегі және табиғи тарихы туралы түсінігімізді айтарлықтай кеңейтті. Бұл зерттеу жұмысында сахаромицеттердің шарап штаммдарының геномдарын ашу саласындағы соңғы жетістіктерді жалпылауға, жасанды іріктеу жағдайында ашытқы геномының эволюциясының механизмдерін зерттеу үшін салыстырмалы геномиканы қолдануға, геномдық және постгеномдық тәсілдерді қолдануға тырысамыз. Шарап жасау үшін маңызды коммерциялық
Мұздатылған ашытқылар 6-8°С температурада баяу ерігеннен кейін өзінің қасиеттерін сақтайды [8, 9].Ашытқы жасушасының құрылысы. Ашытқы жасушасы мембранадан, цитоплазмалық мембранадан және цитоплазмадан тұрады. Жасуша мөлшері орташа 8-10 мкм (3-сурет).Сурет 3 – Ашытқы жасушасының құрылысы(сурет интернет желісінен алынған www.lektsia.com)1 – ядро; 2 – саңылау; 3 - мембрана; 4 - митохондриялар; 5 - вакуоль; 6 - Гольджи кешенінің мембраналары; 7 және 8 - тегіс және түйіршікті эндоплазмалық тор; 9 - пиноцитарлы көпіршіктер; 10 - сегрегациялық түйіршіктер; 11 - фагосомалар; 12 - экскреторлық көпіршіктер; 13 - липидті қосындылар; 14 - цитоплазмалық мембрана; 15 - жасуша жарғақшасы; 16 - бүршіктенген іздің сақиналы жотасы.Жасуша жарғақшасы - жасуша пішінінің тұрақтылығын сақтауға және айтарлықтай осмостық қысымға (2 МПа дейін) төтеп беруге қабілетті тығыз, күшті және серпімді құрылым. Селективті өткізгіштігі бар мембрана жасушаға қоректік заттардың тасымалдануын және одан метаболикалық өнімдердің шығуын қамтамасыз етеді [10].Цитоплазмалық мембрана тікелей жасуша қабырғасының астында орналасқан. Оның негізгі қызметі – жасушаға қоректік заттардың енуін және зат алмасу өнімдерінің шығарылуын реттеу. Мұнда кейбір ферменттер локализацияланады және жасуша қабырғасының бірқатар заттары мен компоненттерінің биосинтезі жүреді.Цитоплазма күрделі коллоидты жүйе. Биосинтездің маңызды процестері цитоплазмада жүреді және генетикалық ақпарат сақталады. Оның құрамында органеллалар (митохондриялар, рибосомалар, ядро, эндоплазмалық тор және Гольджи аппараты) және вакуольдер бар.Митохондриялар – құрамында ферменттер жүйесі, негізінен электрон тасымалдауы бар шар тәрізді немесе ұзартылған жасушаішілік органеллалар. Митохондрияның функцияларына энергия көзі болып табылатын тотығу реакциялары, АТФ синтез реакцияларының тізбегі бойымен электрондардың тасымалдануы және митохондриялық ақуыздардың бір бөлігінің синтезі жатады [11].Рибосомалар белок пен РНҚ-дан тұратын дұрыс емес шарлар түріндегі ультрамикроскопиялық түйіршіктер. Рибосомалар ақуыздар мен ферменттерді синтездейді.Ядро қабықпен қоршалған дөңгелек және сопақ көпіршіктің пішініне ие. Ядроның қызметі – жасушаның бөлінуі кезіндегі генетикалық ақпаратты сақтау және тасымалдау.
Эндоплазмалық ретикулум – әртүрлі заттар сыртқы қабықтан орталыққа қарай қозғалатын көптеген арналарды құрайтын күрделі мембраналық тор болып табылады [12].Гольджи аппараты — эндоплазмалық тордың мембраналық жүйесімен байланысқан ең ұсақ жалпақ денелердің жинақталуы. Гольджи аппаратының рөлі жаңа мембраналарды жасау болып табылады. Сонымен қатар, ол қорғаныс функциясын орындайды - жасуша секрециясының өнімдерін сақтап және жойып отырады.Вакуольдер жасушаның орталық бөлігін алады. Олар липопротеидті қабықшамен қоршалған жасуша шырынымен толтырылған. Вакуольдер осмостық қысымды реттеуге қатысады және әртүрлі тотығу-тотықсыздану процестерінің орны болып табылады. Вакуоль ашытқы жасушасының қартаюы кезінде пайда болады, олардың құрамында қоректік заттар, қалдық өнімдер және резервтік заттардың түйіршіктері: валюта, гликоген, трегалоза, май болады [13-15].
1.2 Шарап ашытқылары және оның қасиеттеріШарап ашытқылары жүзімнің бетінде табиғи түрде кездеседі. Олар негізінен Hanseniaspora uvarum түзген жидектерде жиі жеңіл жабын ретінде көрінеді. «Нағыз» шарап ашытқысы Saccharomyces cerevisiae түрі болып саналады, ол табиғатта 1000 жүзімнің 1-інде ғана кездеседі. Дегенмен, ашытқылардың бұл туысы басқалармен салыстырғанда этанолға төзімділікпен ерекшеленеді. Бұл көп жағдайда ол бәсекелестікте жеңіп, шарап ашыту процесінде басқа түрлердің пайда болуына әкеледі. Олар жүзімде кездесетін табиғи ашытқы консорциумдары болып табылады. Жүзім шырыны қанттарын ашытуға қатысады, шараптың пайда болуымен бірге жүретін биохимиялық процестер жүзім шикізатының сапасымен бірге, шараптардың барлық сорттарын анықтайды. Қатаң бақыланатын жағдайларда ашыту процесін жүргізу үшін шарап өндірісінде таза мәдени шарап ашытқыларын оқшаулау әрекеттері жүргізіледі [16].Шарап дайындау үшін жүзім жиналады және ұсақталады - құрамында 10-25% қанты бар шырын алынады. Ақ шараптарды өндіруде тұқым мен қабықтың (целлюлоза) қоспасы керектен бөлінеді. Қызыл шарап өндірісінде сүйектері мен қабықтың қоспасы жойылмайды. Содан кейін ашыту нәтижесінде қант спиртті этанолға айналады. Шараптың пісіп жетілуі кезінде ашытқылардың екіншілік метаболиттері, сондай-ақ олардан алынатын қосылыстар оның хош иісі мен дәмін анықтайды, сүт қышқылды бактериялар, мысалы, Oenococcus oeni пісетін кезде де үлкен маңызға ие. Бірқатар шараптарды алу үшін (мысалы, аққайнар) ашытылған шарап екінші рет ашытылады.Ашытуды тоқтату қант қорының (құрғақ шарап) таусылуымен немесе ашытқы үшін этанолдың уыттылығының шегіне жетуімен байланысты. Saccharomyces beticus ашытқысының кәдімгі ашытқылардан айырмашылығы (ерітіндідегі спирт концентрациясы 12% жеткенде өледі) төзімді болуында. Бастапқыда херес ашытқылары тек Испанияның оңтүстігінде (Андалусияда) белгілі болды, онда олардың қасиеттерінің арқасында күшті шарап алынды. Уақыт өте келе, херес ашытқылары Арменияда, Грузияда, Қырымда т.б. елдерде пайда болды. Херес ашытқысы кейбір күшті сыра өндірісінде де қолданылады.Нан, шарап және сыра адамға белгілі ең көне өнімдер болып табылады, оларды өндіруді Saccharomyces ашытқысынсыз елестету мүмкін емес. Жүзім шаруашылығы мен шарап жасау тарихы мыңдаған жылдардан басталады және адамзат тарихымен тығыз байланысты. Күріш, бал және жеміс-жидек негізінде ашытылған сусындарды өндіру технологиясының пайда болуының ең алғашқы археологиялық дәлелі Қытайда біздің дәуірімізге дейінгі 7000 жылдан астам уақытқа жататын қабірлерден табылған [17].
Шарап жасаудың басталуын растайтын химиялық талдау деректері біздің дәуірімізге дейінгі 5400 жылға жатады, ал ашытқылардың шарап ашыту процестеріне қатысуы туралы деректер Ежелгі Египетте – б.з.б. 3150 ж. Мысыр мен Месопотамиядан ашытылған сусын технологиясы Еуропаға, содан кейін Жаңа әлемге тарады. Спирттік ашыту процестеріндегі ашытқылардың рөлін Пастер 1860 жылы анықтаған. 1980 жылдардың басында Карлсберг зертханасынан Эмиль Кристан Хансен алғаш рет таза ашытқы культурасын алды, содан кейін ол шарап шырынын ашыту үшін егу ретінде пайдаланылды. Бір қызығы, бұл тәжірибе тек 20 ғасырдың ортасынан бастап тиімді түрде тарала бастады, ал қазір әлемдегі барлық коммерциялық шарап өндірісі бастапқы дақылдарды пайдалануға негізделген. Мұқият іріктелген коммерциялық ашытқы штаммдарын пайдалану шарап ашыту процестерінің бақыланатындығы мен сенімділігін, шараптың микробтық құрамының шектелген өзгергіштігін айтарлықтай жақсартты және соңғы онжылдықтарда шарап сапасын жақсартуға айтарлықтай үлес қосты [18].Ашытқыларды шарап жасауда және дәстүрлі биотехнологияның басқа салаларында кеңінен қолдану бұл микроорганизмдерді генетика, биохимия, жасуша биологиясы, физиология, геномика және эволюциялық биологиядағы зерттеулердің алдыңғы қатарына шығарды. Ашытқыларды өсірудің қарапайымдылығы мен ыңғайлылығы, гендік және гендік инженерлік манипуляциялардың қарапайымдылығы және басқа да бірқатар артықшылықтар ашытқыны эукариоттық жасушада болатын барлық негізгі процестерді зерттеудің сүйікті үлгі объектісіне айналдырды. 1996 жылы Saccharomyces cerevisiae нан ашытқысының геномының секвенирленуі геномикада бетбұрыс болды, алғаш рет эукариоттық геномның экспрессиясы мен қызметін жаһандық зерттеу мүмкіндігін ашты, сонымен қатар, салыстырмалы, функционалдық және эволюциялық геномикадағы зерттеулерге үлес қосты [19].Геномдық секвенирлеу әдістерінің қарқынды дамуы сахаромицеттердің табиғи, өнеркәсіптік және клиникалық изоляттарының декодталған геномдарының санының күрт өсуіне әкелді және S. cerevisiae ашытқыларының әртүрлілігі, шығу тегі және табиғи тарихы туралы түсінігімізді айтарлықтай кеңейтті. Бұл зерттеу жұмысында сахаромицеттердің шарап штаммдарының геномдарын ашу саласындағы соңғы жетістіктерді жалпылауға, жасанды іріктеу жағдайында ашытқы геномының эволюциясының механизмдерін зерттеу үшін салыстырмалы геномиканы қолдануға, геномдық және постгеномдық тәсілдерді қолдануға тырысамыз. Шарап жасау үшін маңызды коммерциялық