Appunti - Biotecnologia dei microrganismi - Regolazione del meatbolismo nei lieviti - a.a. 2015/2016 PDF

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appunti di lezioni con immagini delle slide del corso e informazioni aggiuntive prese da test universitari...

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La regolazione del metabolismo nei LIEVITI Vediamo ora l’ultimo aspetto della regolazione nei LIEVITI. Vediamo come questi organismi regolano la loro attività respiratoria e fermentativa. S.Cerevisae è il lievito più importante in quanto è largamente utilizzato anche a livello industriale per la produzione di lievito e di prodotti lievitati. Quello che occorre a livello industriale è aumentare la biomassa prodotta e adattare il lievito a fermentare in differenti condizioni. Quando il lievito da RESPIRAZIONE si ha una maggiore produzione di energia in ATP e maggiore produzione di biomassa, ma la FERMENTAZIONE permette una maggiore velocità di consumo dello zucchero. S.Cerevisae cresce su substrati zuccherini in condizioni limitanti di O2 ( facilmente ricostruibili in laboratorio e a livello industriale). Questo lievito è stato adattato a crescere in diverse condizioni e questo adattamento garantisce una maggiore velocità di degradazione dello zucchero, ma al contempo abbiamo bassa resa in ATP e biomassa. RAPPORTO ATP/O2 è il rapporto di ATP prodotto per molecole di O2 consumate. SISTEMI DI REGOLAZIONE METABOLICA Effetto pasteur inibizione della fermentazione da arte dell’ossigeno ( la via respiratoria inibisce quella fermentativa) Effetto Crabtree inibizione della respirazione in aerobisi ad alte concentrazioni zuccherine ( si ha fermentazione in aerobiosi) Effetto Custers “effetto stimolante dell’ossigeno sull’attività fermentativa” Effetto kluyver non si ha la fermentazione di alcuni zuccheri ( disaccaridi) che vengono solamente assimilati ( fermentano solo il glucosio) In generale distinguiamo due diverse condizioni: della in ANAEROBIOSI e quella in AEROBIOSI. In condizioni di ANAEROBIOSI: Crescono organismi anaerobi facoltativi in modo moderato e necessita di altri fattori di crescita aggiunti nel terreno (S.Cerevisae) - Si ha crescita limitata per Candida stellata - Assenza di crescita di tutti i lieviti non-fermentanti In condizioni di AEROBIOSI si attivano gli effetti visti precedentemente: - EFFERRO PASTEUR da una velocità di fermentazione ridotta rispetto alle condizioni di anaerobisi ( C.tropicalis velocità di fermentazione 40 volte minore) - EFFETTO CUSTERS si ha una stimolazione della fermentazione. Si fermenta di più in condizioni aerobiche che in condizioni anaerobiche (Brettanomyces) - EFFETTO CRABTREE ( S.cerevisa) in condizioni di aerobiosi si può attivare o meno questo effetto in base alle concentrazione zuccherina del substrato. Quando la concentrazione è bassa si ha respirazione, quando la concentrazione è alta si ha fermentazione.

EFFETTO CUSTERS ( Brettanomyces) ha un sistema di fermentazione particolare. Nella sua fermentazione non si produce glicerolo per la rigenerazione del NADH. Esso produce invece ACIDO ACETICO e ETANOLO. Si ha quindi una limitata rigenerazione de NADH. Il NADH è rigenerato in modo parziale e la fermentazione è quindi massima. Essendo in anaerobiosi, l’O2 è l’accettore di protoni e il NADH è rigenerato lungo la catena respiratoria. EFFETTO CRABTREE Inizialmente il microorganismo compie solo respirazione, ma poi inizia pian piano a fermentare con produzione con conseguente: - Produzione di ETANOLO - Calo della rendita in biomassa - Velocità di consumo specifica di O2 minore Se l’ effetto crabtree è: - A breve termine si ha o istantanea fermentazione alcolica o riduzione del consumo di O2 o minor rendimento in biomassa - A lungo termine si ha che o Il consumo di ossigeno non cambia o Si continua a produrre etanolo ( fermentazione alcolica) o Non si ha produzione di biomassa o L’ ossigeno ha un minor rendimento energetico Il microrganismo, quindi , si adatta e ricomincia a consumare ossigeno ma con una bassa resa in ATP. Quindi si può ride che la catena respiratoria sia meno redditizia. MECCANISMI DI CONTROLLO SULL’EFFETTO CRABTREE In questo effetto si ha una regolazione enzimatica. Dalla GLICOLISI, una volta ottenuto PIRUVATO, si può entrare: - O in FERMENTAZIONE con regolazione sull’enzima piruvato deidrogenasi ( che ad alte concentrazioni di piruvato si disattiva) - O nel CICLO DI KREBS con regolazione sull’enzima piruvato decarbossilasi ( che si disattiva a basse concentrazioni di piruvato) Un altro sistema che regola questo meccanismo è la REPRESSIONE degli enzimi della CATENA RESPIRATORIA. Abbiamo infatti detto che, quando siamo in EFFETTO CRABTREE A LUNGO TERMINA, la catena respiratoria è meno efficiente ( l’ossigeno è consumato ma si ha una bassa resa in ATP). Questa resa minore è dovuta al fatto che si va in una VIA ALTERNATIVA che utilizza O2 ma ha minor resa energetica ( minor rapporto ATP/O2).

LIEVITI A FERMENTAZIONE AEROBIA Abbiamo due tipologie di lieviti a fermentazione aerobia: - Crabtree POSITIVI che prediligono l’attività fermentativa; hanno una lata velocità specifica nel consumo degli zuccheri; basso rendimento in biomassa e rapporto PO=1. Esempio sono S.cerevisae, Brettanomyces - Crabtree NEGATIVI che prediligono l’attività respiratoria; hanno bassa velocità specifica del consumo degli zuccheri, hanno alto rendimento in biomassa e un rapporto PO >1...