על פי הסיווג, שמרים שייכים לפטריות המיקרוסקופיות של הממלכה מיקוטה. הם מיקרואורגניזמים חד-תאיים חסרי תנועה בגודל קטן - 10-15 מיקרון. למרות הדמיון החיצוני של שמרים למינים גדולים של חיידקים, הם מסווגים כפטריות בשל מבנה התאים שלהם ושיטות הרבייה שלהם.
אורז. 1. מבט על שמרים על צלחת פטרי.
בית גידול שמרים
לעתים קרובות, בתנאים טבעיים, שמרים נמצאים על מצעים עשירים בפחמימות וסוכרים. לכן, הם נמצאים על פני השטח של פירות ועלים, פירות יער ופירות, על מיצי פצעים, בצוף של פרחים, בחומר צמחי מת. בנוסף, הם נמצאים בקרקעות (למשל, בפסולת) ובמים. אורגניזמים של שמרים מהסוג קנדידה או פיצ'יה נמצאים לעתים קרובות בסביבת המעיים של בני אדם ומינים רבים של בעלי חיים.
כל תאי השמרים מכילים כ-75% מים, 50-60% קשורים תוך תאי, ושאר 10-30% משתחררים. החומר היבש של התא, בהתאם לגיל ולמצב, מכיל בממוצע:
חנקן 45-60%;
סוכר 15-40%;
שומן 2.5-13%;
מינרלים 7-11%.
בנוסף, התאים כוללים מספר מרכיבים חשובים הנחוצים לחילוף החומרים שלהם - אנזימים, ויטמינים. אנזימים של אורגניזמים שמרים הם זרזים לסוגים שונים של תהליכי תסיסה ונשימה.
לתאי שמרים צורות שונות: אליפסות, אליפסות, מוטות, כדורים. גם המידות משתנות: לרוב האורך הוא 6-12 מיקרון והרוחב 2-8 מיקרון. הדבר תלוי בתנאי החיים או הגידול שלהם, רכיבי תזונה וגורמים סביבתיים. שמרים צעירים הם היציבים ביותר במאפיינים, ולכן המאפיינים והתיאורים של המינים מתבצעים באמצעותם.
לאורגניזמים של שמרים יש את כל הרכיבים הסטנדרטיים המצויים בתאים איקריוטיים. עם זאת, בנוסף לכך, יש להן תכונות ייחודיות של פטריות ומשלבות את המאפיינים של המבנים התאיים של צמחים ובעלי חיים:
מינים מסוימים מכילים פיגמנטים. בשמרים צעירים, הציטופלזמה הומוגנית. במהלך תהליך הגידול מופיעים בתוכם ואקוולים (המכילים רכיבים אורגניים ומינרלים). במהלך תהליך הצמיחה, נצפית היווצרות גרגרים, ו-vacuoles גדלים.
ככלל, הקליפות כוללות מספר שכבות הכוללות פוליסכרידים, שומנים ורכיבים המכילים חנקן. לחלק מהמינים יש מעטפת דמוית ריר, ולכן התאים מודבקים זה לזה ויוצרים פתיתים בנוזלים.
עבור תהליכי נשימה, תאי שמרים זקוקים לחמצן, אך רבים מסוגיהם (אנאירוביים פקולטטיביים) יכולים להסתדר זְמַנִית ובלעדיו ומקבלים אנרגיה מתהליכי תסיסה (נשימה נטולת חמצן), תוך יצירת אלכוהול. זה אחד ההבדלים העיקריים שלהם מחיידקים:
אין נציגים של שמרים שיכולים לחיות לחלוטין ללא חמצן.
תהליכי נשימה עם חמצן מועילים יותר מבחינה אנרגטית לשמרים, לכן, כאשר הם מופיעים, התאים משלימים את התסיסה ועוברים לנשימת חמצן, תוך שחרור פחמן דו חמצני, המעודד צמיחת תאים מהירה יותר.אפקט זה נקרא פסטר. לפעמים, עם תכולת גלוקוז גבוהה, נצפה אפקט Crabtree, כאשר גם אם יש חמצן, תאי השמרים מתסיסים אותו.
שמרים רבים הם כימו-אורגנו-הטרוטרופיים ומסתמכים על רכיבים תזונתיים אורגניים לצורך תזונה והפקת אנרגיה.
בתנאים נטולי חמצן, שמרים מעדיפים להשתמש בפחמימות כמו הקסוז ואוליגוסכרידים המסונתזים מהם לצורך תזונתם. מינים מסוימים יכולים גם לבצע חילוף חומרים מסוגים אחרים של פחמימות - פנטוז, עמילן, אינולין. עם גישה לחמצן, הם מסוגלים לצרוך מגוון רחב יותר של חומרים, כולל שומנים, פחמימנים, אלכוהול ואחרים. סוגים מורכבים כאלה של פחמימות, כגון ליגנינים ותאית, אינם זמינים עבורם לספיגה. מקורות חנקן עבורם, ככלל, הם מלחי אמוניום וחנקות.
לרוב, שמרים מייצרים סוגים שונים של אלכוהול במהלך חילוף החומרים - הרוב הם סוגי אתיל, פרופיל, איזואמיל, בוטיל ואיזובוטיל. בנוסף, זוהתה היווצרות של חומצות שומן נדיפות, למשל התגלתה סינתזה של חומצות אצטית, פרופיונית, בוטירית, איזובוטירית ואיזוואלרית. בנוסף, במהלך פעילות חייהם הם יכולים לשחרר מספר חומרים לסביבה בריכוזים קטנים - שמני פוזל, אצטוינים, דיאצטילים, אלדהידים, דימתיל גופרתי ואחרים. זה עם מטבוליטים כאלה כי התכונות האורגנולפטיות של המוצרים המתקבלים מהשימוש בהם קשורות לעתים קרובות.
תכונה ייחודית של תאי שמרים היא יכולתם להתרבות וגטטיבית, בהשוואה לפטריות אחרות, המופיעות מניצנים של נבגים או, למשל, מזיגוטים של תאים (כגון הזנים קנדידה או פיצ'יה). חלק מהשמרים יכולים לבצע תהליכי רבייה מינית המכילים שלבי תפטיר, כאשר נצפים היווצרות של זיגוטה והפיכתה ל"שקית" על ידי נבגים. חלק מהשמרים היוצרים תפטיר (לדוגמה, הסוג Endomyces או Galactomyces) מסוגלים להתפרק לתאים בודדים - ארתרוספורים.
תהליכי הגדילה של אורגניזמים שמרים תלויים במגוון גורמים סביבתיים - טמפרטורה, לחות, חומציות, לחץ אוסמוטי. רוב השמרים מעדיפים טמפרטורות בינוניות ביניהם אין כמעט מינים אקסטרמופילים המעדיפים טמפרטורות גבוהות מדי או להיפך, נמוכות. ידוע שיש מינים שיכולים לסבול תנאים סביבתיים לא נוחים. ניתן לדכא את הצמיחה וההתפתחות של חלק מאורגניזמים של שמרים באמצעות אנטיביוטיקה.
שמרים משמשים לעתים קרובות במשקי בית או בתעשייה. האדם החל מזמן להשתמש בהם לפעילויות חייו, למשל, בהכנת לחם ומשקאות. כיום, היכולות הביולוגיות שלהם משמשות בסינתזה של חומרים שימושיים - פוליסכרידים, אנזימים, ויטמינים, חומצות אורגניות, קרוטנואידים.
אורז. 10. יין הוא מוצר המתקבל באמצעות פעילות השמרים.
שמרים משמשים בתהליכים ביוטכנולוגיים בייצור חומרים רפואיים - אינסולין, אינטרפרון, חלבונים הטרוגים. לעתים קרובות רופאים רושמים שמרי בירה לאנשים מוחלשים עם מחלות אלרגיות. הם משמשים גם למטרות קוסמטיות לחיזוק שיער, ציפורניים ושיפור מצב העור.
אורז. 11. שמרים בקוסמטיקה.
בנוסף, בין השמרים ישנם מינים (למשל Saccharomycesboulardii) שיכולים לשמור ולשקם את המיקרופלורה של מערכת העיכול, כמו גם להקל על התסמינים והסיכון לשלשול ולהפחית את התכווצויות השרירים בחולים עם תסמונות המעי הרגיז.
ידוע כי ריבוי השמרים במוצרי מזון עלול לגרום לקלקול (למשל מתרחשים תהליכי התפחה, שינויים בריחות וטעמים). בנוסף, על פי מומחים מיקולוגיים, ביניהם ישנם פתוגניים שיכולים לגרום להפרעות שונות של אורגניזמים חיים, כמו גם מספר מחלות קשות של אנשים שהחלישו חסינות.
בין מחלות אנושיות, יש, למשל, קנדידה, הנגרמת על ידי השמרים קנדידה, ו-cryptococcosis, הגורם הסיבתי שלהם הוא Cryptococcus neoformans. הוכח כי מינים פתוגניים אלה של שמרים הם לעתים קרובות תושבים נורמליים של המיקרופלורה האנושית ומתחילים להתרבות באופן פעיל בדיוק כאשר הם נחלשים, כאשר מקבלים פציעות שונות, כאשר מתרחשות כוויות, לאחר התערבויות כירורגיות, כאשר נוטלים אנטיביוטיקה במשך זמן רב, לפעמים ב אנשים קטנים או להיפך, קשישים.
