Chương 1: Tổng quan Thành tế bào Thành tế bào của nấm men dày khoảng 100 – 200nm, chiếm 15 – 25% khối lượng tế bào. Thành tế bào có nhiệm vụ bảo vệ tế bào khỏi các tác động bên ngoài, đồng thời điều chỉnh mức độ thẩm thấu chất dinh dưỡng và thải ra ngoài các sản phẩm trao đổi chất. Thành tế bào nấm men được cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau. Trong đó, đáng kể nhất là: glucan, manan, protein, lipid và một số thành phần nhỏ khác như kitin.
Thành phần chính là polysaccharide (80 – 90%) chủ yếu là glucan và mannan, còn lại là protein, lipid và glucosemin. Trên có nhiều lỗ để hấp thu các chất dinh dưỡng và các sản phẩm trao đổi chất thải ra [2] [22]. Manan: là hợp chất cao phân tử của D-manose, mỗi phân tử manan thường chứa từ 200÷400 thành phần manose. Thường manan liên kết với protein theo tỷ lệ 2:1.
Manan thường có mối liên kết α-1,6 ; α-1,2 ; β-1,3, phân tử lượng của chúng khoảng 5. Glucan: là hợp chất cao phân tử của D-glucose. Đó là một polysaccharide phân nhánh có liên kết β-1,6 và β-1,3. Cả hai thành phần này phân bố đều trên thành tế bào.
Protein: thường được liên kết với các thành phần khác, ví dụ như manan. Trong thành phần của chúng chứa nhiều acid amine khác nhau, như glycine, alanine, tyrosine, leucine, isoleucine, asparagine, glutamine, phenylalanine, và một lượng nhỏ serine, histidine, tryptophan. Phức hợp protein-manan rất bền vững do đó tế bào nấm men rất khó bị phá vỡ. Thường thì các polysaccharide nằm phía ngoài và protein nằm phía trong gần bào tương.
Kitin: thường nằm ở phần nảy chồi. Chúng chiếm một số lượng rất nhỏ, khoảng 3%. Đây là chất rất bền vững, không bị enzyme phân hủy, vì vậy chúng có tác dụng bảo vệ chồi trong khi chồi còn non. Khi tế bào con phát triển, tách khỏi tế bào mẹ, nơi tạo ra tế bào con này sẽ tạo ra vết sẹo và không bao giờ ở vị trí này tạo ra một chồi mới.
7 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan Thực ra, thành tế bào gồm 3 lớp: lớp ngoài là màng nhẵn dày 10 đến 30nm gồm chủ yếu là lypoprotein, lớp tiếp theo chứa phức hợp mannan protein dày 100nm, lớp trong cùng có thể là chất keo hoặc sợi li ti dày từ 10 đến 250nm, cấu tạo từ những gốc glucan gồm 94% glucose và khoảng 6% hexoamin. Ngoài ra, còn thấy trong thành tế bào nấm men có lipid ở dạng phospholipid, chúng chiếm khoảng 1÷10%. Ở thành tế bào, người ta phát hiện có hai vùng có tính thẩm thấu có chọn lọc đối với các chất khác nhau. Vỏ này chứa các lỗ có đường kính đến 3,6nm, qua đó nước và các chất dinh dưỡng cần thiết cho tế bào được đi vào bên trong.
Các enzyme được tách ra từ tế bào tập trung ở các lớp này, chúng thủy phân các đường có phân tử lớn như maltose, saccarose…không có khả năng thẩm thấu vào bên trong tế bào. Nhờ đó, các đường maltose, saccarose…được đồng hóa ở bên trong tế bào. Màng nguyên sinh chất Tế bào chất được bao bọc bởi một lớp màng mỏng, chiều dày không quá 0,1nm. Màng có cấu tạo từ những hợp chất phức tạp như protein, phospholipid, enzyme permease.
Trong thời kỳ còn non, màng nguyên sinh chất bám sát lấy thành tế bào, làm cho khả năng trao đổi chất của nấm men trở nên rất mạnh. Ngược lại, ở thời kì tế bào già, màng nguyên sinh chất co lại, tạo ra một khoảng trống giữa thành tế bào và chất nguyên sinh, vì thế mà khả năng trao đổi chất của nấm men gặp khó khăn. Màng nguyên sinh chất có 4 chức năng cơ bản: tác dụng như rào chắn thẩm thấu, điều chỉnh chất dinh dưỡng từ môi trường vào trong tế bào và ngược lại cho các sản phẩm trao đổi chất ra ngoài tế bào, thực hiện sinh tổng hợp một số hợp phần của tế bào (các cấu tử của vỏ tế bào), nơi khu trú một số enzyme và cơ quan của tế bào (như ribosome). Vận chuyển chất qua màng liên quan đến tính thẩm thấu của màng.
Đặc tính này trước hết phụ thuộc vào các enzyme phospholipase và lipase. 8 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan Chất nguyên sinh Tế bào chất là một chất lỏng dạng keo có tính acid (pH = 5,25), chứa chủ yếu là các ion và các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp, các đại phân tử hòa tan (như enzyme, protein, glycogen). Trong đó có mạng lưới nội chất là vị trí của nhiều hệ thống enzyme khác nhau, đảm bảo sự vận chuyển vật chất cho tế bào và các cấu tử khác nhau như bộ máy golgi, lysosome, không bào (chứa các sản phẩm bị phân cắt, hay chất độc có thể có hại cho tế bào). Các tế bào nấm men khi già sẽ xuất hiện không bào.
Trong không bào có chứa các enzyme thủy phân, polyphosphate, lipid, ion kim loại, các sản phẩm trao đổi chất trung gian. Ngoài tác dụng là một kho dự trữ, không bào còn có chức năng điều hòa áp suất thẩm thấu. Năng lượng cung cấp cho tế bào qua những phản ứng xảy ra trong ty thể cũng nằm trong tế bào chất. Trong tế bào chất có nhân chứa thông tin di truyền cho tế bào và thành phần liên quan trong quá trình sinh tổng hợp và sinh sản của tế bào.
Nhân nấm men có phần trên là trung thể (centrosome) và centrochrometin và phần đáy của nhân có thêm không bào (vacuole), bên trong chứa 6 cặp nhiễm sắc thể và bên ngoài màng nhân có nhiều ty thể bám quanh. Ngoài ra còn có hạt glycogen, voluntin, hạt mỡ dự trữ chất dinh dưỡng cho tế bào. Tế bào chất luôn luôn chuyển động, theo một chiều xung quanh thành tế bào. Độ nhớt của tế bào chất lớn hơn độ nhớt của nước 800 lần.
Nhân Tế bào nấm men có nhân thật, hình bầu dục hay hình cầu, đường kính nhân vào khoảng 2µm. Nhân được bao bọc một lớp màng, bên trong là lớp dịch nhân và trong đó có một thể rắn gọi là hạch nhân hay nhân con. Màng nhân tham gia vào điều hòa các quy trình trong nhân bằng cách thay đổi tính thấm và thông báo trực tiếp giữa nhân và tế bào chất. Thành phần hóa học chủ yếu của nhân là acid deoxyribonucleic (DNA).
Bên trong nhân chứa đầy nucleoplasma trong suốt và những sợi chỉ nhỏ dài gọi là cromoxom – thành phần cấu tạo từ protein và axit deoxyribonucleic. 9 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan Cromoxom đóng vai trò quan trọng trong tế bào, thực hiện chức năng di truyền và trao đổi chất, kiểm soát sự phân hóa tế bào và tổng hợp protein, lipoprotein và các quá trình khác, kể cả sự sinh sản của tế bào. Quá trình nẩy chồi xảy ra cùng với việc tách làm hai, khi tạo nang bào nhân sẽ tách thành nhiều phần, tùy theo số nang bào tạo thành. Không bào Không bào là một túi chứa đầy dịch tế bào.
Tùy theo giai đoạn sinh trưởng trong đó có thể có 1 hoặc 2 túi bé hơn. Ở các tế bào “trẻ”, không bào ít xuất hiện, ở các tế bào “già” không bào trở nên lớn, có khi chiếm gần hết tế bào. Điều này là do trong quá trình trao đổi chất, không bào là chỗ tạm chứa các sản phẩm trung gian và sau đó thải vào protoplasma để chịu những biến đổi tiếp theo. Đến khi quá trình trao đổi chất kết thúc, các chất không bị biến đổi sẽ tích tụ trong không bào – đẩy protoplasma về phía thành tế bào.
Ty thể Ty thể có dạng hạt nhỏ, dạng que hoặc dạng sợi mảnh phân bố trong tế bào chất ở khoảng giữa vỏ tế bào và không bào. Có thể thấy chúng ở tất cả các giai đoạn sinh trưởng của tế bào nấm men: thời kì yên tĩnh, nảy chồi, sinh bào tử…chiều dài của sợi ty thể là 0,2 -7,5µm. Hình dáng của chúng có thể thay đổi trong quá trình nuôi cấy, có thể là từ các hạt hoặc que hay sợi đơn đến kết hợp thành chuỗi. Mạng lưới nội chất Trong tế bào của nấm men có chứa hệ thống màng hai lớp, được gọi là mạng lưới nội chất.
Một số màng có kết hợp với ribosome. Mặc dù mạng lưới nội chất của nấm men cũng giống như các vi sinh vật khác có tham gia hoạt động của tế bào. Song mối quan hệ giữa mạng lưới này với các cơ quan nội bào khác vẫn chưa biết rõ ràng. Thành phần hóa học của tế bào nấm men 10 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan Thành phần hóa học và dinh dưỡng của nấm men phụ thuộc vào chủng giống, môi trường, trạng thái sinh lý cũng như điều kiện nuôi cấy.
Thành phần cơ bản và chủ yếu của tế bào nấm men là nước, chiếm đến 75% và có khoảng 25% chất khô.2: Thành phần sinh khối của nấm men khô [19] Thành phần Hàm lượng (%) Độ ẩm 2-5 Protein 42 - 46 Cacbohydrate 30 - 37 Acid nucleic 6-8 Lipid 4–5 Khoáng chất 7-8 Từ các dữ liệu trình bày trong bảng, Rosen đã cho rằng nấm men có công thức phân tử xấp xỉ C4,02H6,5O2,11N0,43P0,03. Các thành phần có chứa carbohydrate là thành phần cấu trúc: như thành tế bào (đa số), và các hợp chất liên quan đến nguồn dinh dưỡng dự trữ, khả năng kháng stress, như glycogen và trehalose. Thành phần hóa học của tế bào nấm men Saccharomyces khác nhau tùy thuộc vào điều kiện môi trường nuôi cấy, thành phần các chất dinh dưỡng trong môi trường nuôi cấy và tình trạng sinh lý của tế bào. Thành phần chất khô của tế bào nấm men bao gồm protein, lipid, polysaccharide, mô tế bào, tro và có thể thay đổi trong quá trình nuôi cấy cũng như quá trình lên men.
Trong đó, carbohydrate gồm: polysaccharide, glycogen, trehalose, mannan, glucan và chitin. Chất chiết nấm men gồm một số phần hòa tan trong nước như acid amin, peptide, carbohydrate và muối. Hàm lượng trehalose trong nấm men càng cao thì vách tế bào nấm men càng bền. Chất mỡ của nấm men là mỡ trung tính glycerol, phospholipid, sterol tự do và nhiều sterol, este.
11 Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan Glucid của tế bào nấm men chủ yếu là glycogen (C6H10O5), đây là chất dự trữ của tế bào. Theo thành phần cấu tạo, glycogen giống như amylopectin nhưng điểm khác nhau là khối lượng phân tử lớn hơn. Hàm lượng của glycogen trong tế bào nấm men chiếm từ 0 – 40% và tùy thuộc vào môi trường dinh dưỡng. Trong môi trường nuôi cấy dư đường, lượng glycogen tăng đáng kể.
Trong giai đoạn đầu của quá trình lên men, nồng độ đường còn cao, hàm lượng glycogen tích lũy sẽ cao. Khi lượng đường giảm, nấm men sẽ sử dụng glycogen để duy trì sự sống. Dưới tác dụng của α-amylase, glycogen sẽ biến thành maltose và dextrin.
