یافتن شرایط بهینه برای رشد و تكثیر مخمر، جلسه اول

معرفی واکنش های تخمیری

اولین زمانی كه انسان متوجه جهان میكروسكوپی و موجودات آن شد، مربوط است به 3 قرن پیش كه یك تاجر كنجكاو، موفق به اختراع میكروسكوپ شد. البته از هزارن سال قبل از آن، آدمی از این موجودات كوچك برای تهیه غذاهای مختلف استفاده می ‌كرده است بدون آنكه بداند سر و كارش با چه موجوداتی است. اجداد ما متوجه شده بودند كه غذاهای ‌شان در طول زمان دچار تغییر می ‌شوند، در بیشتر موارد ماندن غذا به خصوص در مكان ‌های مرطوب سبب خرابی آنها می ‌شده و به همین دلیل انواع روش ‌های نگهداری غذا از جمله خشك كردن، منجمد كردن، نمك سود‌كردن را ابداع كردند‌. اما متوجه اتفاقات خوب مانده شدن غذا هم شده بودند‌. در مورد بعضی از مواد غذایی‌، ماندن نتایج عجیب‌، اما مطلوبی ایجاد می‌كرد‌. مثل نرم شدن دانه ‌های سفت و سخت، ایجاد طعم‌ های خوشمزه و یا حتی تولید مواد كاملا جدید نظیر الكل و سركه. اگر سری به كتاب‌ های آشپزی سراسر دنیا بزنیم با غذاهای عجیبی آشنا می ‌شویم كه در بیشتر آنها مهم ‌ترین مرحله، باقی ‌ماندن ماده غذایی در شرایط به خصوصی برای مدت زمانی نسبتاً طولانی است‌. در كتاب‌ های آشپزی شرق دور تعداد این نوع غذا‌ها بسیار زیاد است. آنچه كه در دستور پخت و یا آماده سازی این غذا‌ها مشترك است در واقع چیزی نیست غیر از یك مرحله تخمیر میكروبی. در این فرآیند از واكنش ‌های شیمیایی صورت گرفته در سلول ‌های این موجودات ذره‌بینی،‌ محصولاتی نظیر سركه و یا گاز دی ‌اكسید كربن تولید شده كه در تهیه‌ غذای ما مفید هستند.

مقدمه

موجودات و سلول‌ های مدل

برای بررسی سؤالات پایه و اساسی در مورد اتفاقاتی كه در یك سلول یا موجود زنده رخ می‌ دهد‌، زیست‌شناسان آزمایش ‌های خود را بر روی چند موجود و سلول محدود انجام می ‌دهند كه به آنها سلول یا موجود مدل گفته می ‌شود. یك موجود مدل‌، موجودی غیر انسان است كه برای بررسی پدیده‌ های ویژه زیست ‌شناسی مورد مطالعه قرار می ‌گیرد؛ با این هدف كه كشف ‌هایی كه پس از مطالعه بر روی موجود مدل صورت می ‌گیرد، برای موجودات دیگر هم قابل استفاده و تعمیم باشد. به ‌عنوان نمونه موش (Mus musculus) ، پستاندار مدل، گیاه آرابیدوپسیس (Arabidopsis)، گیاه مدل و باكتری اشرشیاكلی (Escherichia coli) نیز باكتری مدل است‌. مخمر نان نیز سلول یوكاریوتی مدل است كه برای بررسی انواع واكنش ‌های مختلف استفاده می ‌شود‌. موجود و سلول مدل باید ویژگی ‌های به خصوصی داشته باشد از جمله اینكه در دسترس بوده و شرایط نگهداری آن راحت باشد‌. البته بسته به نیاز از موجودات و سلول‌ های دیگری نیز استفاده می ‌شود. مثلا برای بررسی اثرات یك دارو در مراحل آخر تحقیقات، از میمون ‌ها كه شباهت نزدیكی به انسان دارند، استفاده می ‌شود.

مخمر

مخمر (Yeast) نوعی تك ‌یاخته یوكاریوتی است كه در فرمانروی (Kingdom ) قارچ ‌ها (Furgi) طبقه‌بندی می ‌شود و تا به حال 15000 گونه از آن شناخته شده است. مخمر نان یكی از معروف ‌ترین مخمرهاست كه هزاران سال است از آن در تهیه نان استفاده و نام علمی آن ساكارومایسز سرویزیه (Saccharomyces cerevisiae) است‌. همچنین به عنوان یكی از مهمترین موجودات مدل برای تحقیقات سلول‌شناسی استفاده می ‌شود. سلول مخمر معمولی تقریباً هم اندازه سلول ‌های قرمز خون انسان است. مخمرها معمولاً با جوانه زدن تکثیر می ‌یابند. در این پدیده، جوانه بر سطح خارجی سلول مادر بوجود آمده و با دراز شدن آن، هسته سلول مادر نیز تقسیم می ‌شود، یکی از هسته‌ های حاصل به جوانه مهاجرت كرده و مواد غشای سلولی بین جوانه و سلول مادر بوجود آمده و سرانجام جوانه از سلول مادر جدا می ‌شود. یک سلول مخمر ممکن است به روش جوانه زدن، تا 24 جوانه تولید نماید.

واكنش ‌های سوخت و ساز در مخمر

اكثر مخمرها از قندها به عنوان اصلی‌ترین منبع كربن و انرژی خود استفاده می‌ كنند. مهمترین منبع انرژی مخمر نان گلوكز است كه طی فرآیند گلیكولیز به پیروات تبدیل می‌ شود. در اكثر موارد پیروات تولید شده در فرآیند تخمیر (تنفس بی ‌هوازی)‌ مخمر به اتانول تخمیر و یك مولكول دی ‌اكسید‌كربن به ازای هر مولكول پیروات آزاد می ‌شود. طی فرآیند تخمیر حرارت و دی ‌اكسید كربن تولید می ‌شود. گلوكز مهمترین منبع تأمین انرژی مخمر به حساب می ‌آید، اما مخمر می ‌تواند بواسطه برخورداری از آنزیم ‌های مختلفی از تركیبات دیگری نیز برای تأمین انرژی استفاده نماید‌. مانند اسیدهای چرب ساده‌، ‌گلیسرول، الكل، نشاسته و غیره. مخمر، بی‌هوازی اختیاری (Kingdom) است. یعنی از طریق بی ‌هوازی انرژی كسب می ‌كند، ولی اكسیژن برای آن سمی و مضر نیست.

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

لام نئوبار (Neobar lam)

از این لام برای شمارش سلول‌ ها در حجم مشخصی از محلول استفاده می ‌شود. یكی از ساده‌ترین روش ‌هایی كه برای شمارش سلول ‌های خونی در ازمایشگاه ‌های تشخیص طبی استفاده می ‌شود. این نوع لام است‌. در قسمت مركزی این لام دو مستطیل شفاف وجود دارد كه دارای درجه‌ بندی برای شمارش سلول است. هر مستطیل در زیر میكروسكوپ به صورت یك مربع ۳ میلیمتری كه به ۹ مربع تقسیم شده است، مشاهده می ‌شود. لام را چنان دقیق و ماهرانه ساخته ‌اند ‌که وقتی لامل روی لام قرار می ‌گیرد دقیقاً فاصله لام تا لامل 1/0 میلی‌متر می ‌شود؛ بنابراین حجم واقعی در مربع بزرگ 9/0 میلی مترمکعب می ‌شود. با شمارش سلو‌ل‌ های این مربع و دانستن حجم محلول اولیه به طور تقریبی می ‌توان تعداد سلول ‌های حجم مشخصی از محلول را محاسبه نمود.