Вторичные продукты метаболизма

В процессе роста дрожжи наряду с основными продуктами (этанол, СО₂) образуют множество других метаболитов, которые синтезируются какпобочные соединенияпри катаболизме углеводов, обмене аминокислот и пр. Хотя эти соединения обычно накапливаются в культуральной среде в очень незначительных количествах и трудно идентифицируются, они могут иметь большое практическое значение, например, для пищевой промышленности, так как от их состава зависит качество пищевого продукта, получаемого с помощью дрожжей. Такие соединения называют органолептическими.

Обязательные побочные продукты метаболизма дрожжей - высшие спирты (сивушные масла). Механизм синтеза высших спиртов связан с образованием алифатических аминокислот (валин, лейцин, изолейцин). Он включает удаление с аминокислот и их предшественников аминогрупп (трансаминирование), образующаяся аминокислота декарбоксилируется и восстанавливается до спирта.

Чаще всего встречаются спирты: пропиловый, изоамиловый, бутиловый, изобутиловый. Летучие жирные кислоты, такие как уксусная, пропионовая, масляная, изомасляная, изовалериановая - также обычные минорные продукты метаболизма дрожжей. Большое практическое значение имеют выделяемые дрожжами альдегиды и кетоны, особенно ацетоин и диацетил.

 Исходным соединением для синтеза ацетоина и диацетила является пируват. При декарбоксилировании пирувата образуется ацетальдегид, который конденсируется с другой молекулой пирувата с образованием ацетомолочной кислоты. Декарбоксилирование ацетолактата дает ацетоин, обратимо окисляющийся до диацетила. С ацетолактата начинается также путь биосинтеза валина и пантотеновой кислоты, поэтому ацетоин и диацетил считают побочными продуктами синтеза этих соединений. Эти и другие соединения сильно влияют на вкус спиртных напитков - вина и пива.

Среди других побочных продуктов большое значение имеют также длинноцепочечные жирные кислоты, эфиры и меркаптаны.

Источники азота

Универсальным источником азота для дрожжей являются соли аммония. Аммонийный ион, а также аммиак, усваиваются всеми без исключения видами дрожжей. Азот аммония включается в метаболизм с помощью реакций аминирования - взаимодействия NH₃сα-кетокислотами:

α-Кетоглутарат + NH₃+ НАД·H + H⁺→ Глютамат + НАД⁺+ H₂O

Многие дрожжи способны усваивать азот в окисленной форме - в виде солей нитратов и нитритов. Для ассимиляции нитратов требуются две ферментные системы: первая восстанавливает нитрат до нитрита, вторая - нитрат до аммония. У некоторых видов присутствует только вторая ферментная система - они способны усваивать нитриты, но не нитраты. Способность к ассимиляции нитратов считается ценным таксономическим признаком, поэтому определение способности к росту на среде с KNO₃в качестве единственного источника азота - рутинный тест при идентификации дрожжей. В последнее время, с развитием геносистематики, тесту на ассимиляцию нитратов стали придавать значительно меньшее значение, как диагностическому признаку.

Источниками азота для дрожжей могут быть также различные органические соединения, содержащие NH - группы: амины, аминокислоты, азотсодержащие гетероциклические соединения. Высвобождение NH₃из таких соединений может идти различными путями. Первый - окисление аминооксидазами. Второй путь - переаминирование - перенос NH - группы с ассимилируемого субстрата наα-кетокислоту с образованием соответствующей аминокислоты.

Практически все дрожжи используют в качестве источника азота мочевину, расщепляя ее на СО₂и NH₃. Однако,механизм расщепления мочевиныразличен у аскомицетовых и базидиомицетовых дрожжей. Аскомицетовые дрожжи сначала карбоксилируют мочевину с образованием аллофоната, который затем гидролизуется. Базидиомицетовые дрожжи непосредственно расщепляют мочевину с помощью фермента уреазы. Во этом случае аммиак образуется в избытке и выделяется в среду.

Это дает возможность различать дрожжи аско- и базидиомицетового аффинитета с помощью теста на наличие уреазы: в питательную среду добавляют мочевину и кислотно-основной индикатор (феноловый красный). При наличии уреазы выделяется аммиак, среда подщелачивается и индикатор меняет окраску. Этот простой тест широко используется при видовой идентификации дрожжевых грибов.