X - Brouwerijconventie - Brewiki (2023)

Fig. 3.3 Trajecten voor dissimilatie van glucose naar ethanol in gist via glycolyse en de hexosemonofosfaatshunt.

onder de juiste omstandigheden, van volledig oxidatief metabolisme waarin suikers worden uitgeademd tot C02 en water en ATP wordt gegenereerd via oxidatieve fosforylering. Als alternatief kan het metabolisme fermentatief zijn, waarbij de producten van het pyruvaatmetabolisme voornamelijk ethanol en C02 zijn en energie wordt getransduceerd door fosforylering op substraatniveau.

Aangenomen mag worden dat de enige metabole trigger, die het metabolisme tussen deze twee modi schakelt, de beschikbaarheid van zuurstof is. In feite is dit niet noodzakelijkerwijs het geval en verschillende andere regulerende mechanismen komen voor in verschillende gistgeslachten. Deze zijn samengevat in tabel 3.3. De effecten van Kluyver en Custers zijn niet direct relevant voor het brouwen, aangezien ze niet voorkomen in Saccharomyces-gisten. Voor de volledigheid wordt hier kort melding van gemaakt.

De fysiologische basis van het Kluyver-effect is opgehelderd door Barnett (Barnett, 1992b; Sims et al., 1991; Sims & Barnett, 1991). De onderliggende observatie is dat bepaalde gisten bepaalde disachariden niet kunnen gebruiken onder anaerobe omstandigheden, hoewel assimilatie onder aerobe omstandigheden wel mogelijk is. Daarnaast kan ook anaëroob gebruik van een of meer van de samenstellende hexosen optreden. Er wordt gesuggereerd dat het effect het gevolg is van verminderd transport onder anaerobiose. Omdat anaërobe omstandigheden worden geassocieerd met verminderde beschikbaarheid van ATP als gevolg van geblokkeerde oxidatieve fosforylering, kan er dus onvoldoende energie zijn om het protonenpompsysteem aan te drijven dat nodig is voor de opname van de suiker. Bijgevolg inactiveert een vermindering van de glycolytische flux pyruvaatdecarboxylase.

Tabel 3.3 Mechanismen voor regulering van het suikermetabolisme in gisten.

Mechanisme

Beschrijving

Pasteur-effect

Crabtree-effect - korte termijn

Crabtree-effect - lange termijn

Custers effect Kluyver effect

Inactivatie en onderdrukking van koolstofkataboliet

Remming van alcoholische gisting in aanwezigheid van zuurstof, of activering van glycolyse door anaerobiose.

Onmiddellijke aërobe ethanolvorming na overgang van koolstofbeperking naar koolstofovermaat.

Aërobe ethanolvorming bij hoge groeisnelheden onder omstandigheden van overtollige suiker of suikerbeperking.

Stimulatie door zuurstof van glucosefermentatie tot ethanol.

Afwezigheid van alcoholische gisting met bepaalde suikers, met name disacchariden, ook al wordt glucose gefermenteerd.

Onderdrukking van het ademhalingsmetabolisme door hoge suikerconcentraties.

Het Custers-effect wordt onder andere waargenomen bij leden van het geslacht Brettano-myces, dat hoewel niet agist brouwenkan betrokken zijn bij secundaire gisting in sommige traditionele Britse vatgefermenteerde ales (zie paragraaf 8.1.3.2). Het fenomeen wordt geïllustreerd door de waarneming dat de fermentatie van glucose sneller verloopt onder aerobe dan in anaerobe omstandigheden. De verklaring houdt naar verluidt verband met gewijzigde redoxvereisten in deze gisten, afhankelijk van de beschikbaarheid van zuurstof. Zo kunnen gisten die tot deze groep behoren grote hoeveelheden azijnzuur produceren via een NAD+-gekoppelde aldehydedehydrogenase. De gereduceerde cofactor kan opnieuw worden geoxideerd door de ademhalingsketen in aanwezigheid van zuurstof. Onder anaërobe omstandigheden is dit minder mogelijk en de resulterende hoge verhouding van NADH:NAD+ kan resulteren in remming van glycolyse op het triosefosfaatniveau (Gancedo & Serrano, 1989).

Het Pasteur-effect wordt gedefinieerd als een toename van de glycolysesnelheid veroorzaakt door een verschuiving van aerobe naar anaerobe omstandigheden of onderdrukking van ethanolvorming en verminderde glycolytische snelheid in aanwezigheid van zuurstof. De grondgedachte voor deze gerelateerde effecten is dat onder aerobe omstandigheden de mogelijkheid van zeer efficiënte ATP-generatie via oxidatieve fosforylering leidt tot een verminderde behoefte aan suikergebruik. Omgekeerd, onder anaerobe omstandigheden waar ademhalingsactiviteit wordt uitgesloten, wordt de glycolytische flux verhoogd om grotere fosforylering op substraatniveau mogelijk te maken.

In tegenstelling tot wat algemeen wordt aangenomen, is het Pasteur-effect bij Saccharomyces van weinig belang en komt het alleen tot uiting onder specifieke omstandigheden (Lagunas, 1979, 1981, 1986; Lagunas et al., 1982; Lagunas & Gancedo, 1983). Lagunas voerde aan dat de waarnemingen van Pasteur, die de basis vormen van het effect met zijn benaming, dat de biomassa-opbrengsten in aërobe gistculturen groter waren dan onder anaërobiose, een verkeerde interpretatie van de gegevens was. Deze auteurs toonden dus aan dat onder groeiomstandigheden de verbruikssnelheden van suikers en groeiopbrengsten vergelijkbaar waren onder zowel aerobe als anaerobe omstandigheden. De waarnemingen van Pasteur zouden kunnen worden verklaard in termen van de mogelijkheid van grotere aerobe biomassaopbrengsten vanwege diauxische groei op glucose en ethanol.

Bij S. cerevisiae kan het Pasteur-effect alleen worden aangetoond in een chemostaat die onder koolstofbeperking werkt of in rustende cellen die worden blootgesteld aan suiker in afwezigheid van een stikstofbron. Van fundamenteel belang is de waarneming dat Saccharomyces-gisten een beperkte respiratoire capaciteit hebben voor oxidatieve groei, hoewel dit wordt betwist, zoals verderop in deze sectie wordt besproken. Ademhaling kan natuurlijk alleen worden uitgedrukt in aanwezigheid van zuurstof, maar deze uitdrukking wordt gemoduleerd door de concentraties suiker en stikstof in het medium. In rustende cellen die verstoken zijn van stikstof, worden suikertransporteurs geïnactiveerd en als gevolg hiervan vindt de opname van suikers zeer langzaam plaats, neemt de fermentatiesnelheid af maar blijft de ademhalingssnelheid ongewijzigd. Onder deze omstandigheden is er dus een evenredige toename van de ademhaling.

Een soortgelijk effect doet zich voor in koolstofarme chemostaatculturen, hoewel in dit geval de vermindering van de suikeropname het gevolg is van een gebrek aan beschikbaarheid van deze voedingsstoffen. Lagunas (1986) suggereerde dat verminderde suikeropname resulteert in een gelijktijdige vermindering van de steady-state concentratie van pyruvaat. Aangezien de Km voor pyruvaatdehydrogenase veel lager is dan die voor pyruvaatdecarboxylase, zal een verlaging van de pyruvaatconcentratie, onder aerobe omstandigheden, geleidelijk de koolstofstroom naar de luchtwegen bevorderen ten koste vanfermentatieve stofwisseling.

Het Crabtree-effect op korte termijn houdt ook verband met koolstofflux door pyruvaat. Dit fenomeen doet zich voor bij bepaalde giststammen wanneer koolstofbeperkte aerobe chemostaatculturen op laag tot gemiddeld werkenverdunningspercentagesworden gepulseerd met een overmaat aan suiker en er is een onmiddellijke productie van ethanol. Er is gesuggereerd dat de verklaring voor dit effect ook ligt in de beperkte respiratoire capaciteit van deze gisten (Rieger et al., 1983). Dus onder aerobe koolstofbeperking wordt glucose volledig geoxideerd via pyruvaatdehydrogenase en de ademhalingsroute. Een plotselinge toename van de glucoseconcentratie resulteert in verzadiging van de ademhalingsroute en als resultaat wordt de overloop van koolstof gekanaliseerd in pyruvaatdecarboxylase en ethanolvorming.

Van Urk et al. (1988, 1990) vergeleek de effecten van voorbijgaande glucosepulsen in aerobe koolstofbeperkte chemostaatculturen van een Crabtree-positieve (S. cerevisiae) en negatieve gist (Candida utilis). Deze auteurs concludeerden dat de ademhalingscapaciteit van de twee gisten niet significant verschilde. Na de overgang van koolstofbeperking naar koolstofovermaat genereerde de Crabtree-positieve gist extracellulaire ethanol, pyruvaat en TCA-cyclustussenproducten, maar de groei werd niet beïnvloed. In het geval van de Crabtree negatieve gist werd er geen ethanol geproduceerd, maar wel wat pyruvaat. Daarnaast was er een toename in biomassa door synthese van reservekoolhydraten. Er werd aangetoond dat Crabtree-positieve gisten meer actieve pyruvaatdecarboxylasen hadden in vergelijking met de negatieve gisten, terwijl de laatste groep verhoogde activiteiten van aceetaldehyde dehydrogenase en acetyl-co-enzym A-synthetase had. Er werd daarom gesuggereerd dat in de Crabtree-positieve gisten de ethanol die werd geproduceerd als reactie op de glucosepuls niet het gevolg was van verzadiging van de ademhalingsroutes, maar eerder van een verhoogde koolstofflux door het actievere pyruvaatdecarboxylase. In de Crabtree-negatieve gisten ontstaat geen ethanol omdat koolstof dat wordt gemetaboliseerd door pyruvaatdecarboxylase, kan worden teruggevoerd naar de productie van acetyl-CoA via aceetaldehydedehydrogenase en acetyl-CoA-synthetase. Aangezien de ademhalingscapaciteit echter vergelijkbaar is, is in beide groepen gisten een deel van de verhoogde koolstofflux in de Crabtree-negatieve gisten gericht op glycogeensynthese.

Het Crabtree-effect op korte termijn wordt gekenmerkt door de productie van ethanol onder aërobe omstandigheden wanneer de glucoseconcentratie hoger is dan een kritische waarde. Postma et al. (1989) rapporteerden dat in chemostaatculturen van S. cerevisiae die met lage verdunningssnelheden onder glucosebeperking werkten, de groei volledig oxidatief was. Bij toename van de verdunningssnelheid werd een kritische waarde bereikt waarbij alcoholische gisting optrad en er een gelijktijdige afname van de biomassaconcentratie was. Bij hogere verdunningssnelheden was er een toename van het zuurstofverbruik en de kooldioxideproductie en dit ging gepaard met de productie van exogeen pyruvaat en acetaat. Met een verdere progressieve toename van de verdunningssnelheid volgde aërobe ethanolproductie met gelijktijdige hoge ademhalingssnelheid. Dit fenomeen werd het langetermijn Crabtree-effect genoemd.

Postma et al. (1989) suggereerde dat de organische zuren die onder deze omstandigheden werden geproduceerd een ontkoppelingseffect veroorzaakten dat de waargenomen toename van de ademhalingssnelheid veroorzaakte. De effecten als gevolg van de progressieve toename van de verdunningssnelheid kunnen worden verklaard in termen van overloopmetabolisme. Er werd voorgesteld dat bij verdunningssnelheden waarbij geen ethanologenese werd waargenomen, pyruvaatdecarboxylase actief was; het resulterende acetaldehyde kwam echter opnieuw in de oxidatieve route via acetaldehyde dehydrogenase en acetyl-CoA-synthetase. Bij hogere verdunningssnelheden verscheen acetaat als gevolg van onvoldoende activiteit van de acetyl-CoA-synthetase. Bij nog hogere verdunningssnelheden werd ethanol geproduceerd omdat de activiteit van het acetaldehydedehydrogenase onvoldoende was om de koolstofstroom die voortkwam uit pyruvaatdecarboxylase te beheersen.

In daaropvolgend werk werden de effecten op het glucosemetabolisme gerapporteerd in een mutante stam van S. cerevisiae die deficiënt was in pyruvaatdehydrogenase (Pronk et al., 1994). Er werd aangetoond dat in een aerobe koolstofbeperkte chemostaatkweek bij gemiddelde verdunningssnelheden het metabolisme volledig respiratoir was. Bij afwezigheid van pyruvaatdehydrogenase werd dit noodzakelijkerwijs bereikt door gebruik te maken van de pyruvaatdecarboxylase, acetaldehydedehydrogenase, acetyl-CoA-synthetase-bypass. De opbrengsten aan biomassa waren echter lager in vergelijking met de groei van de wildtype stam onder vergelijkbare omstandigheden. Dit werd toegeschreven aan de netto lagere ATP-generatie vanwege het verhoogde aandeel dat wordt gebruikt door de acetyl-CoA-synthetase in de mutante stam.

3.4.1 Onderdrukking van koolstofkataboliet

De tot nu toe beschreven mechanismen zijn voorbeelden van enkele manieren waarop de koolstofstroom in gist op enzymniveau wordt gericht. In dit opzicht zijn de mechanismen verklaarbaar in termen van de relatieve capaciteiten van de verschillende betrokken trajecten en vertegenwoordigen ze daarom geen regulering in ware zin. Dit laatste impliceert modulatie van de enzymactiviteit als reactie op de vereisten van de gist onder bepaalde omgevingsomstandigheden. Voorbeelden van metabole regulatie zijn dus inductie of repressie van enzymsynthese, of covalente modificatie van voorgevormde enzymen, resulterend in veranderde activiteit.

Er is onenigheid over het al dan niet reguleren van glycolyse. Inductie van verschillende enzymen in de route is geclaimd, hoewel dit door anderen wordt betwist (Wills, 1990). Wat zeker is, is dat glucose, en in mindere mate andere suikers, verregaande effecten hebben opgist metabolisme, en dit is cruciaal voor het resultaat van de brouwgisting. Wanneer S. cerevisiae wordt gekweekt in aanwezigheid van glucose, wordt de transcriptie van veel genen onderdrukt en worden verschillende eiwitten en transportsystemen snel geactiveerd of geïnactiveerd op het niveau van post-transcriptie. Deze verschijnselen worden respectievelijk koolstofkatabolietrepressie en katabolietinactivatie genoemd (Gancedo, 1992; Trumbly, 1992; Wills, 1990, 1996). Met betrekking tot de globale effecten op het metabolisme van gist, heeft Thevelein (1994) de effecten van glucose vergeleken met die van hormonen in zoogdiersystemen. Met andere woorden, glucose werkt als een metabolisch signaal. Andere suikers dan glucose zijn ook effectief, vooral suikers die snel kunnen worden gefermenteerd, zoals fructose en maltose. Groei op sucrose wekt meestal niet de respons op en ipso facto evenmin niet-fermenteerbare suikers zoals galactose.

De effecten van katabolietrepressie en -inactivatie op de suikeropname zijn al beschreven (paragraaf 3.3.1). Het netto resultaat is dat suikers geordend worden opgenomen. De som van de andere effecten is om het metabolisme om te schakelen van een respiratoire naar een fermentatieve modus. Bovendien kunnen gluconeogene routes ook worden geremd. Deze effecten zijn onafhankelijk van de beschikbaarheid van zuurstof. Onderdrukte cellen vertonen geen ademhalingsactiviteit vanwege het ontbreken van een volledige elektronenoverdrachtsketen als gevolg van cytochroomdeficiëntie. De TCA-cyclus is verstoord en wordt een tweevertakte route vanwege de afwezigheid van 2-oxoglutaraatdecarboxylase. Deze biochemische veranderingen gaan gepaard met morfologische modificaties, met name het falen van onderdrukte cellen om functionele mitochondriën te ontwikkelen (Polakis & Bartley, 1965; Chapman & Bartley, 1968; Neal et al., 1971; Wales et al., 1980; Fiechter et al. ., 1981). Zie paragraaf 4.1.2.3 voor een uitgebreidere bespreking van 'mitochondria'. Koolstofkatabolietinactivatie is het meest bestudeerd met betrekking tot gluconeogenese. Dit wordt gezien wanneer gist gekweekt op een gluconeogeen substraat zoals ethanol wordt overgebracht naar een medium dat glucose of een andere onderdrukkende suiker bevat. Er is een onmiddellijke inactivering van enzymen die verband houden met het gluconeogene metabolisme, zoals malaatdehydrogenase en isocitraatlyase, die verband houden met de glyoxylaatcyclus (besproken in Wills, 1990).

Het mag duidelijk zijn dat de zichtbare manifestaties van glucoserepressie dezelfde zijn als die van het Crabtree-effect, met het zeer significante verschil dat onderdrukte cellen niet in staat zijn tot respiratoire groei omdat delen van de noodzakelijke metabolische machinerie ontbreken. De betekenis van glucose als metabolisch signaal is besproken door Thevelein (1994). Gistcellen bezitten regulerende mechanismen waarbij fundamentele functies zoals celproliferatie worden geïnitieerd of beëindigd als reactie op externe signalen. Bij relatief eenvoudige cellen zoals gisten is het eerste signaal een voedingsstof. Dit is een complicerende factor omdat naast het uitlokken van de signaalrespons de voedingsstoffen ook worden gebruikt in normale metabole routes.

In het geval van glucose zijn eenvoudige reacties mogelijk, zoals activering van glycolyse door inductie van enzymen door glucose, of de producten van andere geïnduceerde enzymen, zoals eerder is besproken. Er kunnen complexere reacties ontstaan ​​waarbij glucose een initiële boodschapper vormt die een signaaltransductieroute activeert, waarbij een cascade van opeenvolgend gemoduleerde enzymen betrokken is, zoals die wordt gezien in het RAS-systeem. Het RAS-systeem werd oorspronkelijk geïdentificeerd in tumorcellen van zoogdieren waar ze betrokken zijn bij de regulatie van cellulaire proliferatie en homologe systemen zijn gevonden in gistcellen (Tamanoi, 1988; Wiesmuller & Wittinghofer, 1994).

Er zijn twee RAS-genen (RAS1 en RAS2) aanwezig. Een extern voedingssignaal resulteert in activering van de RAS-genen door omzetting van GDP naar GTP. De RAS-genen hebben dus een intrinsieke GTPase-activiteit en zijn actief in een GTP-gebonden vorm maar niet in een GDP-gebonden vorm. De producten van andere genen regelen de GTPase-activiteit en daarmee de activiteit van RAS. Deze andere genen lijken de doelsites te zijn voor het initiële signaal. De geactiveerde RAS-genen stimuleren op hun beurt een adenylaatcyclase, wat leidt tot een voorbijgaande toename van cAMP. Als reactie wordt een cAMP-afhankelijke proteïnekinase geactiveerd. Dit werkt op verschillende plaatsen en activeert en remt specifieke eiwitten en daarom kunnen meerdere metabolische routes worden geïnduceerd of geremd.

Aangenomen wordt dat er verschillende signaaltransductieroutes bestaan ​​die alle aspecten van het metabolisme reguleren. Deze trajecten zijn hiërarchisch gerangschikt. Er is bijvoorbeeld een zuurstofinductieroute die de expressie van mitochondriale activiteit regelt. Een van de genen (CYC) die betrokken zijn bij deze route is onderhevig aan glucoserepressie (Forsberg & Guarente, 1989). Dit geeft de verklaring voor glucoserepressie van de ademhaling onder aërobe omstandigheden.

De redenen voor glucoserepressie zijn onduidelijk. Het is duidelijk dat gist in staat is om te groeien met behulp van puur fermentatieve routes, hoewel dit een inefficiënte methode van energietransductie is. Er is gesuggereerd dat wanneer glucose in overvloed aanwezig is, ethanol wordt geproduceerd, omdat het kan werken als een natuurlijke biocide die de concurrentie van andere, minder resistente organismen vermindert. In dit opzicht kan de ethanol worden gezien als een tijdelijke koolstofopslag, zodat als de glucose uitgeput raakt en er zuurstof beschikbaar is, de ethanol zelf kan worden gebruikt als een bron van koolstof en energie.

Bij de fermentatie van een brouwerij is het gebruik van ethanol geen optie, aangezien het metabolisme te allen tijde fermentatief is. Wanneer zuurstof aanwezig is tijdens de aërobe fase van fermentatie, zorgt de aanwezigheid van hoge suikerconcentraties ervoor dat gistcellen een onderdrukte fysiologie hebben. Wanneer de suikerconcentraties dalen tot niet-onderdrukkende niveaus, sluit anaerobiose de ademhaling uit. Bijgevolg vindt tijdens de aerobe fase van fermentatie geen ademhaling - in de ware zin - van oxidatieve fosforylering met behulp van een elektronentransportketen met zuurstof als de terminale elektronenacceptor plaats. Ongetwijfeld, zoals sommige andere auteurs hebben beweerd, kunnen enkele van de kenmerken die verband houden met derepressie worden waargenomen. De relevantie van dit debat voor het gistmetabolisme tijdens de fermentatie van de brouwerij moet nog worden opgelost.

Het is mogelijk om gemuteerde stammen te verkrijgen die geen katabolietderepressie vertonen, en er is gesuggereerd dat deze van waarde kunnen zijn bij het brouwen. Jones et al. (1986) beschrijft een procedure waarbij de techniek van sphaeroplastfusie werd gebruikt om hybriden van S. diastaticus en S. cerevisiae te produceren (zie paragraaf 4.3.4.3). Dergelijke stammen hadden het potentieel voor verhoogde fermentatie-efficiëntie vanwege hun bezit van een glucoamylase dat het gebruik van wortdextrine mogelijk maakte, een koolhydraatfractie die gewoonlijk niet wordt geassimileerd tijdens fermentatie. Door gebruik te maken van deze hybriden werd een selectieve procedure toegepast die de isolatie van onderdrukte mutanten mogelijk maakte waarin expressie van het maltose-opnamesysteem en productie van glucoamylase constitutief waren. Vergeleken met ouderstammen vertoonden deze mutanten verhoogde fermentatiesnelheden.

De effecten van katabolietrepressie verklaren de patronen van geordende opname van wortsuikers zoals beschreven in paragraaf 3.3.1. De effecten kunnen complex zijn, vooral als er worten worden gebruikt met een hoog gehalte aan niet-mouthoudende toevoegingen. Armitt en Healy (1974) beschreven een pilsfermentatie met een wort waarin tot 30% van de suiker uit rietsuiker werd verkregen. In dit geval verdwenen glucose en fructose pas ongeveer halverwege de fermentatie, zo'n 50 uur na het pitchen, uit het wort. Deze auteurs merkten op dat het verdwijnen van glucose en fructose gepaard ging met een abrupte verlaging van de fermentatiesnelheid, zoals beoordeeld door afname van de zwaartekracht en C02-ontwikkeling. In aanvulling,diacetylniveaus vertoonden op dit moment een verhoogde vormingssnelheid. Dit werd toegeschreven aan een 'halverwege stress' en werd verondersteld verband te houden met de vereiste aanpassing die gist moest maken bij het overschakelen van assimilatie van glucose en fructose naar maltose.

Phweni et al. (1992, 1993) rapporteerden ook dat bij sommige giststammen hoge adjunct-niveaus geassocieerd waren met abnormale patronen van suikeropname en veranderde niveaus van productie van smaakstoffen. In dit geval werd gemeld dat met de specifieke gebruikte giststam de opname van maltose en maltotriose niet werd onderdrukt door de aanwezigheid van glucose. Wanneer hulpstoffen met hoge glucoseconcentraties werden gebruikt, werden de fermentatiesnelheid en gistgroei geremd en was er een onevenredige toename in de vorming van aceetaldehyde en zwaveldioxide. Deze effecten werden versterkt toen de fysiologische status van de pitching-gist in gevaar kwam. Er werd geconcludeerd dat deze giststam niet onderhevig was aan conventionele glucoserepressie. Er was echter een effect, gedefinieerd als 'glucoseblokkade'. Dit fenomeen had geen invloed op de opname van andere koolhydraten; bij hoge exogene glucoseconcentraties was het gebruik van glucose echter verminderd en dit was een gevolg van een verhoogde intracellulaire glucoseconcentratie. De implicatie was dat verhoogde intracellulaire glucosespiegels verdere opname kunnen remmen.

Onder bepaalde omstandigheden kan plotselinge blootstelling aan overmaat maltose nadelige effecten hebben op gist. Postma et al. (1990) rapporteerden dat maltose-beperkte continue culturen oiS. cerevisiae onderworpen aan een plotselinge maltosepuls resulteerde in een abrupt verlies van levensvatbaarheid. Dit fenomeen werd substraatversnelde dood genoemd. Er werd geen effect waargenomen met glucosepulsen. Het effect werd toegeschreven aan het feit dat maltose, in tegenstelling tot glucose, werd opgenomen door een actief protonsymportsysteem. Onder omstandigheden van beperking leidde een plotselinge overmaat aan maltose tot hoge opnamesnelheden en daaropvolgende dood als gevolg van osmotische burst.

Het is duidelijk dat de opname van suikers en het gebruik ervan door stammen van S. cerevisiae complex is en dat er verschillende mechanismen bij betrokken kunnen zijn, afhankelijk van de daadwerkelijk gebruikte stam. Wees vooral voorzichtig bij het aanbrengen van wijzigingenwort samenstellingworden gemaakt die het suikerspectrum beïnvloeden. Dus hoewel de effecten op de ontwikkeling van smaakstoffen van het veranderen van de verhouding van koolstof tot stikstof goed beschreven zijn, worden andere effecten als gevolg van het veranderen van het spectrum van suikers misschien minder herkend.

3.4.2 Opslag koolhydraten

S. cerevisiae accumuleert twee klassen opslagkoolhydraten die naar verluidt een rol spelen bij de fermentatie van brouwerijen, namelijk glycogeen en trehalose. Glycogeen dient blijkbaar als een echte energiereserve, die kan worden gemobiliseerd tijdens perioden van hongersnood. Trehalose kan ook een vergelijkbare rol vervullen, hoewel er, zoals later zal worden besproken, overtuigend bewijs is dat het een andere functie heeft en dat is als een beschermend middel dat door gist wordt gebruikt om te helpen weerstand te bieden tegen opgelegde stress.

3.4.2.1 Glycogeen. Glycogeen is een polymeer van a-D-glucose met een molecuulgewicht in de orde van grootte van 108. Het heeft een vertakte structuur met ketens van 10-14 residuen van a-D-glucose verbonden door l->4 bindingen. Individuele ketens zijn verbonden door (l->6)-a-D-glucosidische koppelingen. In biergisten kan zich veel glycogeen ophopen. Aldus kan onder geschikte omstandigheden tot 40% (typisch 20-30%) van het droge gewicht van de gist uit glycogeen bestaan. Dit impliceert dat maar liefst 4% van de vergistbare wortsuiker mag worden gebruikt voor de synthese van dit reservepolymeer (Quain & Tubb, 1982).

Glycogeen wordt gesynthetiseerd uit glucose, via glucose-6-fosfaat en glucose-1-fosfaat (Fig. 3.4). De route gebruikt uridinedifosfaat (UDP) als drager van glucose-eenheden. Glycogeensynthase (UDP-glucose: glycogeen 4-a-D-glucosyltransferase) katalyseert ketenverlenging door opeenvolgende overdracht van glucosyleenheden van UDP-glucose naar het groeiende a-(l->4)-gekoppelde polyglucosepolymeer. Een tweede enzym, vertakkingsenzym [1,4-a-D-glucan: 1,4-a-D-glucan 6-a-D-(l,4-a-glucano)-transferase], vormt de a-(l ->6)- glucosidische bindingen die de vertakkingspunten in het groeiende polymeer vormen.

Dissimilatie van glycogeen gebruikt een ander enzymsysteem. Glycogeenfosforylase verwijdert, in aanwezigheid van fosforzuur, herhaaldelijk opeenvolgende glucosemoleculen van de niet-reducerende uiteinden van glycogeenketens, waardoor moleculen van glucose-1-fosfaat vrijkomen. Een onttakkend enzym, dat een hydrolytisch amylo-a(l->6)glucosidase is, splitst de a-(l->6)-glucosidische bindingen zodanig dat in combinatie met de fosforylase volledige benutting van glycogeen mogelijk is.

Accumulatie of afbraak van glycogeen wordt blijkbaar gecontroleerd door de groeisnelheid van gist. Aldus wordt accumulatie gesignaleerd door nutriëntenbeperking in aanwezigheid van overmaat

Glucose

Glucose-6-fosfaat

Fosfoglucomutase

Glucose 1-fosfaat

Pyrofosforylase

Lees hier verder:Ethanol tolerantie

Was dit artikel behulpzaam?