Zgodnie z klasyfikacją drożdże należą do mikroskopijnych grzybów z królestwa Mycota. Są to jednokomórkowe, nieruchome mikroorganizmy o małych rozmiarach - 10-15 mikronów. Pomimo zewnętrznego podobieństwa drożdży do dużych gatunków bakterii, zalicza się je do grzybów ze względu na ultrastrukturę komórek i sposób rozmnażania.
Ryż. 1. Widok drożdży na szalce Petriego.
Siedlisko drożdży
Często w warunkach naturalnych drożdże występują na podłożach bogatych w węglowodany i cukry. Dlatego znajdują się na powierzchni owoców i liści, jagód i owoców, w sokach z ran, w nektarze kwiatów, w martwej materii roślinnej. Ponadto występują w glebie (na przykład w ściółce) i wodzie. Drożdżaki z rodzaju Candida lub Pichia często występują w środowisku jelitowym ludzi i wielu gatunków zwierząt.
Wszystkie komórki drożdży zawierają około 75% wody, 50-60% wiąże się wewnątrzkomórkowo, a pozostałe 10-30% jest uwalniane. Sucha masa komórki, w zależności od wieku i stanu, zawiera średnio:
azot 45-60%;
cukier 15-40%;
tłuszcz 2,5-13%;
minerały 7-11%.
Ponadto komórki zawierają szereg ważnych składników niezbędnych w ich metabolizmie - enzymy, witaminy. Enzymy organizmów drożdżowych są katalizatorami różnego rodzaju procesów fermentacyjnych i oddechowych.
Komórki drożdży mają różne kształty: elipsy, owale, pręty, kulki. Wymiary również się różnią: często długość wynosi 6-12 mikronów, a szerokość 2-8 mikronów. Zależy to od warunków życia lub uprawy, składników odżywczych i czynników środowiskowych. Młode drożdże mają najbardziej stabilne właściwości, dlatego przy ich pomocy przeprowadza się charakterystykę i opisy gatunków.
Organizmy drożdżowe posiadają wszystkie standardowe składniki występujące w komórkach eukariotycznych. Jednak oprócz tego mają unikalne charakterystyczne właściwości grzybów i łączą cechy struktur komórkowych roślin i zwierząt:
ściany są sztywne, jak u roślin,
nie ma chloroplastów i jest glikogen, jak u zwierząt.
Komórki zawierają błony, cytoplazmę i organelle, takie jak:
rdzeń;
Aparat Golgiego;
Mitochondria komórek;
aparat rybosomalny;
wtrącenia tłuszczowe, ziarna glikogenu, a także waluty.
Niektóre gatunki zawierają pigmenty. U młodych drożdży cytoplazma jest jednorodna. Podczas procesu wzrostu wewnątrz nich pojawiają się wakuole (zawierające składniki organiczne i mineralne). Podczas procesu wzrostu obserwuje się powstawanie ziaren i wzrost wakuoli.
Z reguły muszle składają się z kilku warstw z zawartymi polisacharydami, tłuszczami i składnikami zawierającymi azot. Niektóre gatunki mają śluzopodobną skorupę, więc komórki często są sklejane i tworzą płatki w płynach.
Ryż. 5. Struktura komórkowa organizmów drożdżowych.
Do procesów oddechowych komórki drożdży potrzebują tlenu, ale wiele ich typów (fakultatywnie beztlenowe) może sobie poradzić tymczasowo i bez niego i otrzymują energię z procesów fermentacji (oddychanie beztlenowe), tworząc alkohole. Jest to jedna z ich głównych różnic w stosunku do bakterii:
Nie ma przedstawicieli drożdży, którzy mogliby żyć całkowicie bez tlenu.
Procesy oddychania tlenem są energetycznie korzystniejsze dla drożdży, dlatego gdy się pojawi, komórki dokończą fermentację i przestawią się na oddychanie tlenem, uwalniając dwutlenek węgla, co sprzyja szybszemu wzrostowi komórek.Efekt ten nazywa się Pasteurem. Czasami przy dużej zawartości glukozy obserwuje się efekt Crabtree, gdy nawet jeśli jest tlen, komórki drożdży go fermentują.
Wiele drożdży jest chemoorganoheterotroficznych i opiera się na organicznych składnikach odżywczych do odżywiania i produkcji energii.
W warunkach beztlenowych drożdże wolą wykorzystywać do odżywiania węglowodany, takie jak heksoza i syntetyzowane z nich oligosacharydy. Niektóre gatunki potrafią metabolizować także inne rodzaje węglowodanów – pentozę, skrobię, inulinę. Dzięki dostępowi do tlenu są w stanie spożywać szerszą gamę substancji, w tym tłuszcze, węglowodory, alkohol i inne. Takie złożone rodzaje węglowodanów, takie jak ligniny i celulozy, nie są dla nich dostępne do wchłaniania. Źródłami azotu dla nich są z reguły sole amonowe i azotany.
Najczęściej drożdże w trakcie metabolizmu wytwarzają różne rodzaje alkoholi - większość to alkohole etylowe, propylowe, izoamylowe, butylowe i izobutylowe. Ponadto wykryto powstawanie lotnych kwasów tłuszczowych, na przykład wykryto syntezę kwasu octowego, propionowego, masłowego, izomasłowego i izowalerianowego. Ponadto podczas swojej życiowej aktywności mogą uwalniać do środowiska szereg substancji w małych stężeniach - oleje fuzlowe, acetoiny, diacetyle, aldehydy, siarczek dimetylu i inne. To właśnie z takimi metabolitami często kojarzone są właściwości organoleptyczne produktów uzyskanych w wyniku ich stosowania.
Charakterystyczną cechą komórek drożdży jest ich zdolność do rozmnażania się wegetatywnego w porównaniu z innymi grzybami, co następuje albo przez pączkowanie zarodników, albo na przykład zygot komórek (takich jak rodzaje Candida lub Pichia). Niektóre drożdże mogą przeprowadzać procesy rozmnażania płciowego, które obejmują etapy grzybni, gdy obserwuje się tworzenie zygoty i jej dalsze przekształcanie się w „torbę” przez zarodniki. Niektóre drożdże tworzące grzybnię (na przykład rodzaje Endomyces lub Galactomyces) są zdolne do rozpadu na pojedyncze komórki - artrospory.
Procesy wzrostu organizmów drożdżowych zależą od różnych czynników środowiskowych - temperatury, wilgotności, kwasowości, ciśnienia osmotycznego. Większość drożdży preferuje średnie temperatury, praktycznie nie ma wśród nich gatunków ekstremofilnych, które preferowałyby zbyt wysokie lub wręcz przeciwnie, niskie temperatury. Wiadomo, że istnieją gatunki, które tolerują niekorzystne warunki środowiskowe. Wzrost i rozwój niektórych drożdżaków można zahamować za pomocą antybiotyków.
Drożdże są często stosowane w gospodarstwach domowych i przemyśle. Człowiek od dawna zaczął je wykorzystywać w swoich życiowych czynnościach, na przykład przy przygotowywaniu chleba i napojów. Dziś ich zdolności biologiczne wykorzystuje się w syntezie przydatnych substancji - polisacharydów, enzymów, witamin, kwasów organicznych, karotenoidów.
Ryż. 10. Wino to produkt otrzymywany w wyniku działania drożdży.
Drożdże wykorzystywane są w procesach biotechnologicznych do produkcji substancji leczniczych – insuliny, interferonu, białek heterologicznych. Lekarze często przepisują drożdże piwne osobom osłabionym z chorobami alergicznymi. Wykorzystuje się je również w celach kosmetycznych, aby wzmocnić włosy, paznokcie i poprawić kondycję skóry.
Ryż. 11. Drożdże w kosmetologii.
Ponadto wśród drożdżaków występują gatunki (na przykład Saccharomycesboulardii), które potrafią utrzymać i przywrócić mikroflorę przewodu pokarmowego, a także złagodzić objawy i ryzyko biegunki oraz zmniejszyć skurcze mięśni u pacjentów z zespołami jelita drażliwego.
Wiadomo, że namnażanie się drożdży w produktach spożywczych może powodować psucie się (na przykład procesy pęcznienia, zmiany zapachu i smaku). Ponadto, zdaniem specjalistów mikologicznych, wśród nich znajdują się chorobotwórcze, które mogą powodować różne zaburzenia organizmów żywych, a także szereg poważnych chorób u osób, które mają osłabioną odporność.
Do chorób człowieka zalicza się na przykład kandydozę wywoływaną przez drożdżaki Candida oraz kryptokokozę, której czynnikiem sprawczym jest Cryptococcus neoformans. Wykazano, że te patogenne gatunki drożdży są często normalnymi mieszkańcami ludzkiej mikroflory i zaczynają się aktywnie namnażać właśnie wtedy, gdy są osłabione, w przypadku różnych urazów, w przypadku oparzeń, po zabiegach chirurgicznych, podczas długotrwałego przyjmowania antybiotyków, czasami w mali lub, przeciwnie, osoby starsze.
