Βιοσύνθεση αποθεματικών υλικών (λιπιδίων, πολυσακχαριτών) στη ζύμη Yarrowia lipolytica
Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία μελετήθηκε η φυσιολογία της ελαιογόνου ζύμης Yarrowia lipolytica, με στόχο την αποσαφήνιση της ροής του άνθρακα κατά τις διαδικασίες της βιοσύνθεσης και της αποδόμησης των αποθεματικών υλικών στη συγκεκριμένη ζύμη. Όταν η ζύμη καλλιεργήθηκε σε θρεπτικό υλικό το...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2017
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/10711 |
| id |
nemertes-10889-10711 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ελαιογόνοι μικροοργανισμοί Ροή άνθρακα Αποθεματικά υλικά Λιπίδια Πολυσακχαρίτες Βιοχημικές μελέτες Oleaginous microorganisms Carbon flow Reserved materials Lipids Polysaccharides Biochemical analyses 579.563 |
| spellingShingle |
Ελαιογόνοι μικροοργανισμοί Ροή άνθρακα Αποθεματικά υλικά Λιπίδια Πολυσακχαρίτες Βιοχημικές μελέτες Oleaginous microorganisms Carbon flow Reserved materials Lipids Polysaccharides Biochemical analyses 579.563 Μιζεράκης, Παναγιώτης Βιοσύνθεση αποθεματικών υλικών (λιπιδίων, πολυσακχαριτών) στη ζύμη Yarrowia lipolytica |
| description |
Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία μελετήθηκε η φυσιολογία της ελαιογόνου ζύμης Yarrowia lipolytica, με στόχο την αποσαφήνιση της ροής του άνθρακα κατά τις διαδικασίες της βιοσύνθεσης και της αποδόμησης των αποθεματικών υλικών στη συγκεκριμένη ζύμη.
Όταν η ζύμη καλλιεργήθηκε σε θρεπτικό υλικό το οποίο ήταν περιοριστικό μόνο ως προς το άζωτο, με πηγές άνθρακα και ενέργειας τη γλυκερόλη ή τη γλυκόζη, τότε η συσσώρευση των αποθεματικών υλικών ήταν 9,04% και 7,79% επί της ξηρής βιομάζας, αντίστοιχα. Όταν όμως η ζύμη καλλιεργήθηκε σε θρεπτικό υλικό διπλά περιοριστικό ως προς το άζωτο και το θειικό μαγνήσιο, με πηγές άνθρακα και ενέργειας τη γλυκερόλη ή τη γλυκόζη, τότε η συσσώρευση των λιπιδίων μεγιστοποιήθηκε και ήταν 22,10% και 32,63%, επί της ξηρής βιομάζας αντίστοιχα.
Μετά την εξάντληση της εξωκυτταρικής πηγής άνθρακα, το θρεπτικό μέσο δεν εμπλουτίστηκε με θρεπτικά συστατικά και υπό αυτές τις συνθήκες η αποδόμηση των λιπιδίων ήταν βραδεία. Όταν όμως το θρεπτικό μέσο εμπλουτίστηκε με άζωτο και μαγνήσιο, η αποδόμηση των λιπιδίων ήταν ταχεία, και η ενέργεια από την αποδόμηση των λιπιδίων διοχετεύτηκε για κάλυψη των ενεργειακών αναγκών των κυττάρων και παραγωγή νέας κυτταρικής βιομάζας.
Η ζύμη Yarrowia lipolytica, φαίνεται να παρεκκλίνει από το γενικό πρότυπο των ελαιογόνων μικροοργανισμών, καθώς σε συνθήκες ισόρροπης αύξησης, παρά το γεγονός ότι το άζωτο δεν είχε ακόμα εξαντληθεί από το θρεπτικό μέσο, πραγματοποιήθηκε σημαντική βιομετατροπή της γλυκόζης σε πολυσακχαρίτες, το ποσοστό των οποίων ήταν 49,69% επί της ξηρής βιομάζας, ενώ αντιθέτως η βιοσύνθεση των λιπιδίων, τα οποία ήταν κυρίως δομικά, ήταν περιορισμένη. Στην πρώιμη ελαιογόνο φάση παρατηρήθηκε κυρίως βιοσύνθεση λιπιδίων, το ποσοστό των οποίων αυξήθηκε από 4,50% σε 8,63% επί της ξηρής βιομάζας, όπως υποδεικνύεται και από την υψηλή ενζυμική ενεργότητα του ενζύμου ATP:CL, ένζυμο που εμπλέκεται στη βιοσύνθεση των λιπιδίων, ενώ αντιθέτως η βιοσύνθεση των πολυσακχαριτών και των πρωτεϊνών ήταν περιορισμένη. Στην όψιμη ελαιογόνο φάση, η ενεργότητα της PFK, ενζύμου της γλυκολυτικής οδού, ήταν υψηλή και παράλληλα παρατηρήθηκε σημαντική βιομετατροπή της γλυκόζης σε αποθεματικά λιπίδια, το ποσοστό των οποίων αυξήθηκε από 8,63% σε 30,09% επί της ξηρής βιομάζας, γεγονός που υποδεικνύεται από την υψηλή ενζυμική ενεργότητα της ATP:CL, σε συνδυασμό με τη χαμηλή ενζυμική ενεργότητα της ICDH, ενζύμου-κλειδί του κύκλου του κιτρικού οξέος. Ταυτόχρονα, η ενζυμική ενεργότητα της UDPG, ενζύμου που εμπλέκεται στη βιοσύνθεση των πολυσακχαριτών, μειώθηκε σημαντικά και η περιεκτικότητα των κυττάρων σε πολυσακχαρίτες παρέμεινε σταθερή, όπως επίσης και η περιεκτικότητα των κυττάρων σε πρωτεΐνες.
Στη φάση αποδόμησης των λιπιδίων για ενεργειακή συντήρηση, η ενζυμική ενεργότητα της ACOX, ένζυμο-κλειδί της αποδόμησης των λιπιδίων, ήταν υψηλότερη, σε σχέση με την όψιμη ελαιογόνο φάση, και παρατηρήθηκε σταδιακή αποδόμηση των λιπιδίων, από 30,09% σε 24,80% επί της ξηρής βιομάζας, προκειμένου να καλυφθούν οι ενεργειακές ανάγκες των κυττάρων, ενώ το περιεχόμενο σε πολυσακχαρίτες και πρωτεΐνες παρέμεινε σταθερό. Τέλος, στη φάση αποδόμησης των λιπιδίων για παραγωγή νέας βιομάζας, η ενεργότητα της ACOX ήταν ακόμα υψηλότερη και παρατηρήθηκε έντονη βιομετατροπή των αποθεματικών λιπιδίων σε πολυσακχαρίτες και πρωτεΐνες, ενώ πραγματοποιήθηκε και παραγωγή νέας κυτταρικής βιομάζας ελεύθερης λιπιδίων.
Αξιοσημείωτο ήταν το γεγονός, πως σε όλες τις φάσεις της αύξησης παρατηρήθηκε συνεχής αναδιάταξη των λιπιδίων, όπως ομολογούν οι υψηλές ενζυμικές ενεργότητες της ACOX και της ATP:CL, καθώς επίσης και συνεχής αναδιάταξη των πολυσακχαριτών διά μέσου της οδού της γλυκονεογένεσης και του κύκλου των φωσφοροπεντοζών, όπως ομολογούν και οι υψηλές ενεργότητες των ενζύμων UDPG, PGM, TALDO και FBP, ένζυμα-κλειδιά της βιοσύνθεσης των πολυσακχαριτών, της αποδόμησης των πολυσακχαριτών, του κύκλου των φωσφοροπεντοζών και της γλυκονεογένεσης αντίστοιχα. |
| author2 |
Αγγελής, Γεώργιος |
| author_facet |
Αγγελής, Γεώργιος Μιζεράκης, Παναγιώτης |
| format |
Thesis |
| author |
Μιζεράκης, Παναγιώτης |
| author_sort |
Μιζεράκης, Παναγιώτης |
| title |
Βιοσύνθεση αποθεματικών υλικών (λιπιδίων, πολυσακχαριτών) στη ζύμη Yarrowia lipolytica |
| title_short |
Βιοσύνθεση αποθεματικών υλικών (λιπιδίων, πολυσακχαριτών) στη ζύμη Yarrowia lipolytica |
| title_full |
Βιοσύνθεση αποθεματικών υλικών (λιπιδίων, πολυσακχαριτών) στη ζύμη Yarrowia lipolytica |
| title_fullStr |
Βιοσύνθεση αποθεματικών υλικών (λιπιδίων, πολυσακχαριτών) στη ζύμη Yarrowia lipolytica |
| title_full_unstemmed |
Βιοσύνθεση αποθεματικών υλικών (λιπιδίων, πολυσακχαριτών) στη ζύμη Yarrowia lipolytica |
| title_sort |
βιοσύνθεση αποθεματικών υλικών (λιπιδίων, πολυσακχαριτών) στη ζύμη yarrowia lipolytica |
| publishDate |
2017 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/10711 |
| work_keys_str_mv |
AT mizerakēspanagiōtēs biosynthesēapothematikōnylikōnlipidiōnpolysakcharitōnstēzymēyarrowialipolytica AT mizerakēspanagiōtēs biosynthesisofreservedmaterialslipidspolysaccharidesintheyeastyarrowialipolytica |
| _version_ |
1771297128365162496 |
| spelling |
nemertes-10889-107112022-09-05T05:00:17Z Βιοσύνθεση αποθεματικών υλικών (λιπιδίων, πολυσακχαριτών) στη ζύμη Yarrowia lipolytica Biosynthesis of reserved materials (lipids, polysaccharides) in the yeast Yarrowia lipolytica Μιζεράκης, Παναγιώτης Αγγελής, Γεώργιος Γεωργίου, Χρήστος Παπανικολάου, Σεραφείμ Mizerakis, Panagiotis Ελαιογόνοι μικροοργανισμοί Ροή άνθρακα Αποθεματικά υλικά Λιπίδια Πολυσακχαρίτες Βιοχημικές μελέτες Oleaginous microorganisms Carbon flow Reserved materials Lipids Polysaccharides Biochemical analyses 579.563 Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία μελετήθηκε η φυσιολογία της ελαιογόνου ζύμης Yarrowia lipolytica, με στόχο την αποσαφήνιση της ροής του άνθρακα κατά τις διαδικασίες της βιοσύνθεσης και της αποδόμησης των αποθεματικών υλικών στη συγκεκριμένη ζύμη. Όταν η ζύμη καλλιεργήθηκε σε θρεπτικό υλικό το οποίο ήταν περιοριστικό μόνο ως προς το άζωτο, με πηγές άνθρακα και ενέργειας τη γλυκερόλη ή τη γλυκόζη, τότε η συσσώρευση των αποθεματικών υλικών ήταν 9,04% και 7,79% επί της ξηρής βιομάζας, αντίστοιχα. Όταν όμως η ζύμη καλλιεργήθηκε σε θρεπτικό υλικό διπλά περιοριστικό ως προς το άζωτο και το θειικό μαγνήσιο, με πηγές άνθρακα και ενέργειας τη γλυκερόλη ή τη γλυκόζη, τότε η συσσώρευση των λιπιδίων μεγιστοποιήθηκε και ήταν 22,10% και 32,63%, επί της ξηρής βιομάζας αντίστοιχα. Μετά την εξάντληση της εξωκυτταρικής πηγής άνθρακα, το θρεπτικό μέσο δεν εμπλουτίστηκε με θρεπτικά συστατικά και υπό αυτές τις συνθήκες η αποδόμηση των λιπιδίων ήταν βραδεία. Όταν όμως το θρεπτικό μέσο εμπλουτίστηκε με άζωτο και μαγνήσιο, η αποδόμηση των λιπιδίων ήταν ταχεία, και η ενέργεια από την αποδόμηση των λιπιδίων διοχετεύτηκε για κάλυψη των ενεργειακών αναγκών των κυττάρων και παραγωγή νέας κυτταρικής βιομάζας. Η ζύμη Yarrowia lipolytica, φαίνεται να παρεκκλίνει από το γενικό πρότυπο των ελαιογόνων μικροοργανισμών, καθώς σε συνθήκες ισόρροπης αύξησης, παρά το γεγονός ότι το άζωτο δεν είχε ακόμα εξαντληθεί από το θρεπτικό μέσο, πραγματοποιήθηκε σημαντική βιομετατροπή της γλυκόζης σε πολυσακχαρίτες, το ποσοστό των οποίων ήταν 49,69% επί της ξηρής βιομάζας, ενώ αντιθέτως η βιοσύνθεση των λιπιδίων, τα οποία ήταν κυρίως δομικά, ήταν περιορισμένη. Στην πρώιμη ελαιογόνο φάση παρατηρήθηκε κυρίως βιοσύνθεση λιπιδίων, το ποσοστό των οποίων αυξήθηκε από 4,50% σε 8,63% επί της ξηρής βιομάζας, όπως υποδεικνύεται και από την υψηλή ενζυμική ενεργότητα του ενζύμου ATP:CL, ένζυμο που εμπλέκεται στη βιοσύνθεση των λιπιδίων, ενώ αντιθέτως η βιοσύνθεση των πολυσακχαριτών και των πρωτεϊνών ήταν περιορισμένη. Στην όψιμη ελαιογόνο φάση, η ενεργότητα της PFK, ενζύμου της γλυκολυτικής οδού, ήταν υψηλή και παράλληλα παρατηρήθηκε σημαντική βιομετατροπή της γλυκόζης σε αποθεματικά λιπίδια, το ποσοστό των οποίων αυξήθηκε από 8,63% σε 30,09% επί της ξηρής βιομάζας, γεγονός που υποδεικνύεται από την υψηλή ενζυμική ενεργότητα της ATP:CL, σε συνδυασμό με τη χαμηλή ενζυμική ενεργότητα της ICDH, ενζύμου-κλειδί του κύκλου του κιτρικού οξέος. Ταυτόχρονα, η ενζυμική ενεργότητα της UDPG, ενζύμου που εμπλέκεται στη βιοσύνθεση των πολυσακχαριτών, μειώθηκε σημαντικά και η περιεκτικότητα των κυττάρων σε πολυσακχαρίτες παρέμεινε σταθερή, όπως επίσης και η περιεκτικότητα των κυττάρων σε πρωτεΐνες. Στη φάση αποδόμησης των λιπιδίων για ενεργειακή συντήρηση, η ενζυμική ενεργότητα της ACOX, ένζυμο-κλειδί της αποδόμησης των λιπιδίων, ήταν υψηλότερη, σε σχέση με την όψιμη ελαιογόνο φάση, και παρατηρήθηκε σταδιακή αποδόμηση των λιπιδίων, από 30,09% σε 24,80% επί της ξηρής βιομάζας, προκειμένου να καλυφθούν οι ενεργειακές ανάγκες των κυττάρων, ενώ το περιεχόμενο σε πολυσακχαρίτες και πρωτεΐνες παρέμεινε σταθερό. Τέλος, στη φάση αποδόμησης των λιπιδίων για παραγωγή νέας βιομάζας, η ενεργότητα της ACOX ήταν ακόμα υψηλότερη και παρατηρήθηκε έντονη βιομετατροπή των αποθεματικών λιπιδίων σε πολυσακχαρίτες και πρωτεΐνες, ενώ πραγματοποιήθηκε και παραγωγή νέας κυτταρικής βιομάζας ελεύθερης λιπιδίων. Αξιοσημείωτο ήταν το γεγονός, πως σε όλες τις φάσεις της αύξησης παρατηρήθηκε συνεχής αναδιάταξη των λιπιδίων, όπως ομολογούν οι υψηλές ενζυμικές ενεργότητες της ACOX και της ATP:CL, καθώς επίσης και συνεχής αναδιάταξη των πολυσακχαριτών διά μέσου της οδού της γλυκονεογένεσης και του κύκλου των φωσφοροπεντοζών, όπως ομολογούν και οι υψηλές ενεργότητες των ενζύμων UDPG, PGM, TALDO και FBP, ένζυμα-κλειδιά της βιοσύνθεσης των πολυσακχαριτών, της αποδόμησης των πολυσακχαριτών, του κύκλου των φωσφοροπεντοζών και της γλυκονεογένεσης αντίστοιχα. In this master thesis, the oleaginous yeast Yarrowia lipolytica was under investigation, in order to clarify the carbon flow during biosynthesis and degradation processes of reserved materials in the yeast Yarrowia lipolytica. When the yeast was cultivated on culture media, in which only the nitrogen source was the limiting growth factor, on glycerol or glucose, lipid accumulation was low up to 9.04% and 7.79%, over dry biomass, respectively. However, when Y. lipolytica was cultivated on a growth medium, in which both the nitrogen and the magnesium source (magnesium sulphate) were the limiting growth factors, lipid accumulation was maximized and it was 22.10% and 32.63%, over dry biomass, respectively. After glucose depletion from the growth media, no further enrichment with nutrients was conducted, leading to slow lipid degradation. On the contrary, when the culture media was enriched with nitrogen and magnesium, lipid degradation was intense and the lipids were assimilated for maintenance purposes and new lipid-free biomass production. Yarrowia lipolytica diverged from the behavior of typical oleaginous microorganisms, due to the fact that in balanced growth conditions, in which the nitrogen source was still present in the growth media, Yarrowia lipolytica biosynthesized high amounts of polysaccharides up to 49.69% over dry biomass, while lipid biosynthesis was limited and the lipids were mainly structural. During the early oleaginous phase, lipid biosynthesis was mainly observed and the lipid content increased from 4.50% to 8.63% over dry biomass, since the enzymatic activity of ATP:CL, key enzyme of lipid biosynthesis, was high, whereas polysaccharide and protein biosynthesis was limited. During the late oleaginous phase, the enzymatic activity of PFK, key enzyme of glycolysis, was high and glucose was mainly converted to lipids, since the lipid content increased from 8.63% to 30.09% over dry biomass, as it was demonstrated by the high enzymatic activity of ATP:CL in combination with the low enzymatic activity of ICDH, key enzyme of citric acid cycle. At the same time, the enzymatic activity of UDPG, key enzyme of polysaccharide biosynthesis, was significantly lower, compared to that observed during the early oleaginous phase, and the polysaccharides remained constant. The protein content remained constant as well. During the lipid turnover phase for maintenance purposes, the enzymatic activity of ACOX, key enzyme of lipid degradation, was higher, compared to that observed during the late oleaginous phase, and a gradual lipid degradation was observed and the lipid content was decreased from 30.09% to 24.80% over dry biomass, for maintenance purposes. Polysaccharides and proteins remained constant during this phase. Finally, during lipid turnover phase for new biomass production, the enzymatic activity of ACOX was even higher, compared to that observed during lipid turnover phase for maintenance purposes, and the reserved lipids were interconverted to polysaccharides, proteins and new lipid free biomass. Noteworthy, is the fact that during all these distinct growth phases, a continuous lipid remodeling took place, due to the high enzymatic activities of ACOX and ATP:CL. Moreover, a continuous polysaccharide reconstruction, through gluconeogenesis and the pentose phosphate pathway was also observed, as it was demonstrated by the high enzymatic activities of UDPG, PGM, TALDO and FBP, key enzymes of polysaccharide biosynthesis, polysaccharide degradation, pentose phospathe pathway and gluconeogenesis respectively. 2017-10-04T08:32:49Z 2017-10-04T08:32:49Z 2016-09-29 Thesis http://hdl.handle.net/10889/10711 gr 12 application/pdf |
