Минеральные вещества

Минеральные вещества играют большую роль в биодинамике цитоплазмы клетки. К ним относятся макроэлементы Р, К, Mg, S, Na, Ca.

Фосфор – основной энергетический компонент биосинтеза, входящий в состав нуклеиновых кислот, АТФ, фосфолипидов, полимеров клеточной стенки, некоторых ферментов и витаминов. Он может накапливаться в клетке в виде полифосфатов. Дефицит фосфора в среде снижает ассимиляцию азота, а отсутствие азота полностью прекращает усвоение фосфора. Для физиологических потребностей дрожжей расходуется около 10–13 мг фосфора на прирост 10 млрд клеток.

Калий обладает двусторонней проницаемостью и стимулирует проникновение в клетку неорганического фосфора. Калий активизирует деятельность ферментов переноса фосфата, образования углеродных связей и ферментов, катализирующих превращение аденозинфосфорных кислот. В отличие от многих ионов, калий играет роль не только кофермента, но также входит в некоторые структуры клетки. Кроме того, он участвует в регуляции транспорта ионов через клеточную стенку и митохондриальную мембрану. Калий активирует около 40 различных ферментов. Недостаток калия в среде приводит к снижению стойкости и ферментативной активности дрожжей. Для эффективности процесса культивирования в средах должен быть некоторый избыток калия. В процессе биосинтеза потребность дрожжей в калии составляет 1 г на 54 г сухой биомассы.

Магний имеет большое значение в энергетическом обмене дрожжей. Стимулирует действие практически всех ферментов клетки, а энергетический обмен АТФ может происходить только в присутствии магния. Он обладает односторонней проницаемостью – только внутрь клетки Недостаток магния в среде приводит к снижению выхода и подъемной силы дрожжей. Экономический коэффициент в расчете на потребленный магний составляет от 300 до 900 г сухой биомассы на 1 г магния.

Сера необходима главным образом для синтеза таких аминокислот, как цистеин и метионин. Сера входит в состав глутатиона, играющего важную роль в окислительно-восстановительных реакциях биосинтеза. Небольшое количество серы требуется для образования сульфогрупп в некоторых ферментах, таких как биотин, кофермент А, липоевая кислота, тиамин и пиридоксин. Лимит серы в среде приводит к снижению дыхательной активности клеток. Экономический коэффициент в расчете на ионы SO составляет 100 г сухой биомассы на 1 г серы

Натрий, как и калий, обладает двусторонней проницаемостью и является регулятором осмотического давления. Иону натрия придается особое значение в питании клетки. Это единственный компонент, передвижение которого связано с двумя механизмами: из среды в клетку ион натрия поступает пассивно, из клетки в среду – активно, при помощи «натриевого насоса», который «выкачивает» воду из клетки и обеспечивает постоянное осмотическое давление в ней. Одновременно этот насос регулирует концентрацию натрия внутри клетки и поддерживает необходимую разность потенциалов. При пассивном переносе натрия вслед за ним внутрь клетки поступают сахара и аминокислоты даже против градиентов концентраций и потенциала для этих веществ. При активном переносе иона натрия из клетки вслед за ним происходит пассивное перемещение иона хлора по электрохимическому градиенту из клетки в среду и одновременно поступление иона калия в клетку. Натрий оказывает стимулирующее действие на рост дрожжей и повышает их стойкость.

Кальций является активатором многих ферментативных реакций, стимулирует энергетический обмен.

К микроэлементам, необходимым для роста дрожжей, относятся Mn, Fe, Co, Cu, Мо, Zn, В.

Цинк является одним из наиболее важных микроэлементов клетки, он входит в состав многих металлоферментов. Играет важную роль в углеводном, фосфорном и белковом обмене дрожжевой клетки. Активирует деятельность мальтазного и зимазного комплекса ферментов, улучшает подъемную силу дрожжей.

Молибден повышает репродуктивную способность клеток, стимулирует азотный обмен и синтез аминокислот.

Бор стимулирует активность зимазного комплекса ферментов, стимулирует размножение дрожжей, повышая их выход.

Марганец активизирует деятельность ферментов, катализирующих реакции карбоксилирования и декарбоксилирования, влияет на образование витаминов.

Кобальт входит в состав витамина В₁₂, производство которого участвуют в ряде ферментативных реакций. Присутствие в среде кобальта способствует интенсификации роста дрожжей.

Железо входит в состав многих металлоферментов, активно участвует в окислительно-восстановительных реакциях. В отсутствие ионов железа дрожжи не растут, однако высокая концентрация железа токсична.

Медь участвует в окислительно-восстановительных реакциях, вхо-дит в состав многих оксидоредуктаз, в концентрации 0,01–0,25 мг/дм³ стимулирует размножение дрожжей. Повышает бродильную активность.

Примерный прирост биомассы (г) на 1 г потребленного элемента приведен в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Элемент, г	Ca	Fe	Mn	Zn	Cu	Co	Mo
Биомасса, г	1,0	6,7	20	20	100	100	100

Потребность дрожжей в микроэлементах возрастает, если культура испытывает стресс, например, при значительном увеличении температуры.

Зола мелассы. В составе золы мелассы обнаружены следующие макроэлементы: калий, натрий, кальций, магний, фосфор, сера, а также микроэлементы: бор, фтор, медь, цинк, алюминий, молибден, кобальт и др.