Для жизнедеятельности дрожжевой клетки необходим
постоянный приток энергии, которую она получает в результате
метаболизма (обмена веществ), т. е. превращения веществ.
Процесс питания, или ассимиляция, заключается в поступлении и усвоении
пищи. Поскольку вещества пищи отличаются от веществ клетки по
химическому составу, они подвергаются сложной переработке. Сначала они
расщепляются на макромолекулы: белки, полисахариды, полинуклеотиды,
которые в свою очередь распадаются на мономеры - аминокислоты, сахара,
жирные кислоты. Эта сторона обмена веществ называется катаболизмом и
осуществляется вне клетки под действием экзоферментов.
Образовавшиеся мономеры поглощаются клеткой и из них строятся вещества
самой клетки. Этот обмен называется строительным или анаболизмом.
Для процессов метаболизма нужна энергия, которую клетка получает в
результате окисления органических веществ. Эта сторона деятельности
клетки называется энергетическим
обменом, а окисление органических
веществ - дыханием (диссимиляция).
Процессы питания и дыхания осуществляются одновременно и составляют две
стороны обмена веществ. Энергия, освобождающаяся при дыхании, не
выделяется в виде тепла, а аккумулируется в соединениях, богатых
энергией, - макроэргических связях АТФ (аденозинтрифосфата).
Углерод.
По типу усвоения углерода микроорганизмы делятся на автотрофы
и гетеротрофы.
Автотрофы способны синтезировать органические вещества из
неорганических. Они делятся на фототрофы и хемотрофы. Фототрофы
питаются как зеленые растения, используя для синтеза органических
веществ солнечную энергию. Таким образом могут питаться только
окрашенные микроорганизмы - синезеленые водоросли и пурпурные
серобактерии.
Хемотрофы используют для синтеза органических веществ химическую
энергию, освобождающуюся в результате окисления неорганических веществ.
Например, нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак в нитратную
(азотную) кислоту, железобактерии окисляют закисное железо в окисное,
бесцветные серобактерии окисляют сероводород до сульфатной (серной)
кислоты.
Гетеротрофы питаются готовыми органическими веществами. Они делятся на
сапрофиты (органотрофы) и паразиты (паратрофы). Сапрофиты питаются
мертвой органической пищей, а паразиты способны питаться веществами
живой клетки-хозяина.
Дрожжи по типу питания относятся к сапрофитам. В качестве источника
углерода они используют углеводы: дисахариды (сахарозу и мальтозу) и
моносахариды - гексозы (глюкозу и фруктозу). Дрожжи не могут усваивать
крахмал, клетчатку, пентозы. Лактоза усваивается только дрожжами
Saccharomyces lactis (сахаромицес лактис).
Опыты с мечеными атомами углерода показали, что некоторые дрожжи
(Saccharomyces cerevisiae - сахаромицес церевизие) способны к
ассимиляции углекислого газа как образованного ими при брожении, так и
содержащегося в воздухе. Первым продуктом ассимиляции является
щавелевоуксусная кислота.
Азот.
Дрожжи хорошо усваивают азот как органических, так и
неорганических веществ. Из неорганических форм азота они усваивают
аммонийные соли фосфорной и сульфатной кислот, а также свободный
аммиак. Дрожжи плохо используют нитриты и нитраты. Из органических форм
они усваивают аминокислоты, пептиды и мочевину. Усвоение аминокислот
сопровождается их дезаминированием и декарбоксилированием. В кислой
среде усиливается процесс декарбоксилирования, а в щелочной -
дезаминирования.
Дезаминирование может идти двумя путями в зависимости от условий. При
окислительном дезаминировании (в присутствии кислорода) образуются
кетокислота и аммиак:
R – СН(NH2) – СООН + 0,5О2
→ R – СО – СООН + NН3
↑ .
При восстановительном дезаминировании (в отсутствие кислорода)
образуются альдокислота и аммиак:
R – СН(NH2) – СООН + 2Н
→ R – СН2 – СООН +
NН3
↑ .
При гидролитическом дезаминировании образуются оксикислота и аммиак:
R – СН(NH2) – СООН + Н2О
→ R – СНОН – СООН + NН3
↑ .
Опытным путем доказано, что две аминокислоты лучше стимулируют
размножение дрожжей и усиливают брожение, чем одна. Из этого
напрашивается вывод, что одна аминокислота служит донатором водорода, а
другая акцептором:
Смесь аминокислот ускоряет прирост дрожжей: двух аминокислот - на 20 %,
трех - на 28, восьми - на 50 % .
Если дрожжи обеспечить всеми необходимыми аминокислотами, то они
усваивают их без предварительного дезаминирования. Если в среде
отсутствует часть необходимых аминокислот, дрожжи дезаминируют их,
чтобы получить аммиак, необходимый для их синтеза.
Фосфор и сера.
Фосфор является необходимым элементом для питания
дрожжей. Он входит в состав ядра, протоплазмы, митохондрий, рибосом,
волютина, содержится в нуклеиновых кислотах, ферментах. Фосфор входит в
состав аденозинтрифосфата (АТФ):
Знаком ~ обозначены макроэргические связи; при их
гидролитическом
расщеплении выделяется большое количество энергии (фосфорилирование).
Фосфорилирование - единственный биологический процесс, при помощи
которого организмы получают необходимую энергию.
Дрожжи быстрее усваивают неорганический фосфор, чем органический.
Сера необходима дрожжам, как и всем другим живым организмам. Она входит
в состав некоторых белков, ферментов в виде сульфгидрильной группы
–SH.
Сера нужна дрожжам для синтеза некоторых витаминов (В1)
и ростовых
веществ (биотина, метионина).
В качестве источника серы дрожжи могут использовать сульфаты, сульфиты,
сероводород и элементарную серу. Виноградные и плодовые соки содержат
сульфаты. Кроме того, при брожении в соответствии с технологией
используется диоксид серы. Может попасть в сусло и элементарная сера,
стекающая с серных фитилей при окуривании тары. Элементарную серу
дрожжи способны откладывать в своих клетках, но это приводит к
изменению
их формы.
