lievito... - Scuola Media Statale MICHELANGELO

Il LIEVITO
Saccharomyces cerevisiae
Organismo
modello
Caratteristiche:
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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
Organismo MODELLO …
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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)
FERMENTAZIONE : la produzione di gas
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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 cio è lo zucchero.
il gas prodotto dalla fermentazione è CO2
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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 + H 2O
Metabolismo: produzione di calore
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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
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
RIPRODUZIONE SESSUATA: ASCOSPORE
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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.
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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”.
Gemmazione
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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.
Presenza di ENZIMI
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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
Crescita microbica
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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
Conta al microscopio
Conta al microscopio
ä 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.
Conta delle colonie su piastra
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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.
LA CURVA DI CRESCITA
velocità di crescita tempo di
(n di generazioni /h) generazione (h)
Batteri
0,7 - 3
1 - 0,25
Lieviti
0,35 - 0,6
2 - 1,10
Fattori influenzanti la crescita:
TEMPERATURA
pH
Concentrazione salina del mezzo
Umidità
Luce
Sostanze nutritive
Biotecnologie tradizionali:
fermentazione in pane, vino, birra,
Il lievito metabolizza
diversi carboidrati
dando luogo a
fermentazione alcolica
Biotecnologie avanzate:
Ingegneria genetica
Produzione di proteine,
farmaci, vaccini…
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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).