שמרים

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

השמרים הם פטריות חד תאיות פקולטטיביות (מסוגלות לבצע נשימה אווירנית ואל-אווירנית). השמרים משמשים את האדם בעיקר בייצור משקאות אלכוהוליים ובאפייה. כיום מוכרים 39 סוגים שונים של שמרים, ובתוכם מאות מינים שונים. רוב תאי השמר משתייכים למשפחת הפטריות Ascomycota אך חלקם למשפחת הפטריות Basidiomycota.

השמרים מפיקים את האנרגיה שלהם מסוכר המצוי בסביבתם על ידי פירוקו ומתרבים על ידי הנצה, ביקוע ,או ברבייה מינית.

תוכן עניינים 1 היסטוריה 2 ממדי התא ותוכנו 2.1 מעטפת התא 2.2 גרעין התא 2.3 ציטופלזמה 3 הפקת אנרגיה 4 רבייה 4.1 ביקוע 4.2 הנצה 4.3 רבייה מינית 5 שימושים 5.1 משקאות אלכוהוליים 5.1.1 יין 5.1.2 בירה 5.1.3 משקאות אלכוהוליים אחרים 5.2 אפייה 6 זני שמרים חשובים 6.1 שמר האפייה 6.2 קנדידה אלביקנס 6.3 שמר הביקוע 7 ראו גם 8 קישורים חיצוניים

[עריכה] היסטוריה

אף על פי שהשמרים נצפו לראשונה בשנת 1680, נעשה בהם שימוש נרחב במהלך ההיסטוריה.

משוער כיום כי השימוש בשמרים החל בסביבות שנת 6,000 לפנה"ס בידי הבבלים והשומרים לצורך הכנת בירה. השימוש בשמרים גדל בסביבות 3,000 לפנה"ס, כאשר המצרים הקדמונים השתמשו בשמרים על מנת לאפות לחם ולהכין יין. יש לזכור כי השמרים לא הוספו על ידי עמים עתיקים אלו, אלא השמרים בדרך כלל נכחו באופן טבעי באוויר,בחיטה ובפֵרות, וכאשר לא נכחו מספיק שמרים בסביבה, הלחם לא היה תופח ולא היו נוצרים משקאות אלכוהוליים מהפרות והחיטה.

בתנ"ך מוזכר שימוש מחודש בשמרים על ידי לקיחת חתיכה מחמצת (בצק עיסתי רך המכיל שמרים), והכנסתו לבצק חדש, ובכך לגרום לכך שיהיו שמרים נוכחים בבצק שיגרמו לתסיסה שתתפיח הבצק ללחם. בשיטות דומות לזו המוזכרת בתנ"ך יכלו מייצרי יין בעבר לשמר זני שמרים ביינות טובים ובכך החלו לפתח זנים לא פראיים ראשונים.

השמרים נראו לראשונה במיקרוסקופ בידי מדען בשם אנטוני ואן לוונהוק בשנת 1680 באחד מהמיקרוסקופים שלו, אך מחקר אליהם החל רק במאה ה-19, כאשר מדען בשם מילר החל לחקור אותם ומצא ב1837 כי המיקרואורגניזמים הנפוצים בבירה (השמרים) הם יצוריים חיים המתרבים על ידי הנצה. מחקר מעמיק יותר נעשה בשנת 1857 על ידי לואי פסטר,שבעקבותו זוהו השמרים כמיקרואורגניזמים האחראים לתסיסה שהופכת את הסוכר לאתנול.

בשנת 1990 החל פרויקט משותף של מספר אוניברסיטאות שמטרתו היה למפות את הגנום של שמרי האפייה. הפרויקט נגמר ב1996 לאחר שהגנום של שמר האפייה הכולל 6,294 גנים מופה לחלוטין. הפרויקט הזה היה הישג חשוב לתחום הגנטיקה מכיוון שזו הייתה הפעם הראשונה שמופה גנום של תא אאוקריוטי.

כיום השימוש בשמרים הוא בעיקר לצורכי הכנה של משקאות אלכוהוליים, אפייה, ייצור אתנול, ולצורכי מחקר.

[עריכה] ממדי התא ותוכנו

השמרים מכילים בתוכם אברוני תא המאפיינים תאים אאוקריוטיים,ודופן תא. גודלו ונפחו של תא שמר גדל במהלך חייו ושונה בין סוג שמר אחד לאחר, כאשר אורך תא שמר הוא בתחום של 4.5-21 מיקרומטר ורוחבו בין 2.5-10 מיקרומטר.

[עריכה] מעטפת התא

המעטפת החיצונית של תא השמר מהווה חלק גדול מנפח התא (בשמר האפייה מעטפת התא לוקחת כ 15% מנפח התא) כאשר קרום התא הוא בעובי של 7 ננומטר ודופן התא הוא בעובי של 200-300 ננומטר. מעטפת זאת היא 15% עד 25% ממסת תא יבש. החשיבות הגדולה של המעטפת היא שהיא מגנה על התא מפני פגיעות חיצוניות ומונעת בריחת מים ומונעת חדירת עודף מים וחומרים לא רצויים.

[עריכה] גרעין התא

גרעין התא מכיל את החומר התורשתי של התא. קוטרו כ-1.5 מיקרומטר והוא מבודד משאר התא בקרום שעוביו 50 עד 100 ננומטר. לעומת תאים אאוקריוטים אחרים קרום גרעין התא לא מתפרק בזמן מיטוזה.

[עריכה] ציטופלזמה

הציטופלזמה של תא השמר הוא המרחב שעטוף בקרום התא ומכילה בתוכה את אברוני התא, אנזימים, חומרים יוניים, ותרכובות אורגניות. הציטופלזמה של תאי השמר היא חומצית (בסביבות pH 5.25 ).

[עריכה] הפקת אנרגיה

השמרים מפיקים את האנרגיה מסוכר המצוי בסביבתם על ידי פירוקו במספר שלבים.

השמרים יכולים לפרק את הסוכר בשתי דרכים שונות-תסיסה כהלית ונשימה אווירנית. הנשימה האווירנית יעילה בהרבה מהתסיסה הכהלית בהפקת אנרגיה ממולקולת הגלוקוז אך צריכה חמצן.

התסיסה הכהלית היא תהליך פירוק של מולקולות גלוקוז בלא נוכחות חמצן. בתהליך עצמו מולקולת הגלוקוז מפורקת לשתי מולקולות פירובט (גליקוליזה), שמפורקות לאחר מכן למולקולות אתנול.בסך הכול בתהליך נוצר מכל מולקולת גלוקוז 2 מולקולות אתנול, 2 מולקולות ATP (שהיא ניצולת מועטה של אנרגיה לעומת 38 מולקולות ATP בתהליך הנשימה האווירנית) ובנוסף נפלט גם פחמן דו חמצני ומים.

תהליך הנשימה האווירנית הוא תהליך אחר בו תא השמר יכול לפרק מולקולות גלוקוז, הדורש נוכחות חמצן. בתהליך זה נוצרים 38 מולקולות ATP, נפלטים מים ופחמן דו חמצני, והחמצן אובד.

בחלקו הראשון של התהליך (הגליקוליזה) נוצרות שתי מולקולות פירובט. מולקולות הפירובט עוברות את התהליכים מעגל קרבס וזרחון חמצוני ונותנים את האנרגיה הדרושה ליצירת 38 מולקולות הATP שהתא צריך.

[עריכה] רבייה

השמרים מתרבים על ידי הנצה, ביקוע ,או ברבייה מינית. מכיוון שתהליכי הרבייה דורשים אנרגיה רבה, קצב הגידול של תאי שמרים בנוכחות חמצן גדולה בהרבה מתאי שמרים שלא בסביבת חמצן.

[עריכה] ביקוע

הביקוע הנו תהליך רבייה אל-מיני

תהליך הביקוע מתחיל בשכפול דנ"א-שבו השמר מכפיל את כמות החומר התורשתי בו.

בשלב שלאחר מכן כל שני כרומוזומים דומים מופרדים לשני קצוות התא, ובשלב האחרון נוצר קרום תא בתוך התא ושני חצאי התא מופרדים לשני תאים שונים.

[עריכה] הנצה

הנצה הוא תהליך רבייה אל-מיני שבסופו יוצא תא זהה לתא האם.

תהליך ההנצה מתחיל בשכפול דנ"א וביצירת בליטה על דופן תא האם. בהמשך התהליך ה"בליטה" מתמלאת בציטופלזמה וחומר תורשתי מתא האם. בסוף התהליך דופן נוצר דופן תא לתא החדש ושני התאים מופרדים. בעקבות תהליך זה נשארת צלקת (הנקראת צלקת הנצה) על תא האם במקום בו הופרדו.

תא שמר בודד במהלך חייו יכול להניץ כ 10-30 פעמים במהלך חייו, תלוי בסוג השמר ותנאי הסביבה. זמן התהליך הוא מ-90 דקות (תאים צעירים) וגדל ככל שתא השמר מבוגר יותר על למספר שעות.

[עריכה] רבייה מינית

תא השמר עובר תהליך מיוזה שבו התא מתחלק לארבעה נבגים (הנקראים אקספורות) ולקרום התא עצמו. מארבעת הספורות נוצרים ארבעה תאים הפלואידים היכולים להניץ. בהמשך התהליך האקספורות עוברות התלכדות והופכות לתאים דיפלואידיים וכך נוצרים שני תאים בעלי גנים שונים מתא האם.

[עריכה] שימושים

זנים מסוימים של שמרים משמשים את האדם כיצרנים בתהליכים ביוטכנולוגיים. השמרים מהווים חלק עיקרי בתהליכי תסיסה, ביניהם: ייצור של משקאות חריפים, אפייה, תעשיית תוספי המזון וכדומה.

לשמרים יש חשיבות רבה בתחום המחקר, וחלקם מהווים אורגניזמי מודל נחקרים מאוד בביולוגיה,ותורמים רבות לתחום הגנטיקה.

[עריכה] משקאות אלכוהוליים

השמיוש בשמרים להכנת משקאות אלכוהוליים החל לפני אלפי שנים, ונשמך עד היום.

[עריכה] יין

לשמרים יש חלק מאוד חשוב בהכנת היין, כשכן הם מתסיסים את הסוכר הנמצא במיץ הענבים והופכים אותו לאלכוהול. ברוב המקרים ישנה נוכחות שמרים טבעית על הענבים, וניתן לראותם בתור שכבה אבקתית דקה על הקליפה. החשיבות של שמרים אלו הייתה גדולה מאוד בתקופות העתיקות, מכיוון שהאנשים נאלצו להסתמך על נוכחות השמרים בענבים כדי שייווצר יין, אולם כיום אין צורך להסתמך על שמרים אלו, מכיוון שניתן להוסיף שמרים מלכותית.כיום נהוג להוסיף זנים מסוימים מאוד ליין על מנת לתת לו את התכונות הטובות ביותר, הכוללים בין השאר את שמר האפייה, שהוא הזן בו מייצרי יין משתמשים הכי הרבה לייצור יין.

[עריכה] בירה

השמרים מוספים לבירה לצורך הפיכת הסוכר בשעורה לאלכוהול. יצרני בירה מחלקים את השמרים לשני סוגים: מתסיסים עליונים ומתסיסים תחתונים. המתסיסים העליונים קבלו את שמם משום שהם יוצרים קצף בחלקו העליון של בירה בזמן התסיסה. שני הסוגים נבדלים בתכונות מסוימות, ופרט בכך שהמתסיסים העליונים מייצרים יוצרים יותר אלכוהול ומעדיפים טמפרטורה גבוהה יותר מאשר המתסיסים התחתונים, ומייצרים בירה מתוקה יותר. במתסיסים התחתונים משתמשים לייצרים שיכר כגון לאגר, בעוד המתסיסים העליונים משתמשים לצורך בירה רגילה.

על מנת לאשר את ה"טוהר" של הזן השמרים שרוצים להשתמש בהם, לוקחים דגימת שמרים "נקייה" ומחזיקים אותה בתנאי מעבדה בתוך מקרר. למספר תסיסות השמרים שנוצרו נלקחים מהדגימה, וכך בוודאות זן השמרים "טהור" מזנים אחרים.

[עריכה] משקאות אלכוהוליים אחרים

בנוסף לבירה ויין, אנשים משתמשים בשמרים לייצור משקאות אלכוהוליים ממגוון פֵרות וחומרים שונים כגון: סאקה העשוי מאורז, וודקה העשויה מתפוחי אדמה, וליקרים העשויים לרוב מפרות.

[עריכה] אפייה

זני שמרים מסוימים, ובפרט שמרי האפייה בשימוש כיום באפייה כמתפיחי בצק.

השמרים מתפיחים את הבצק בכך שבמהלך תהליכי ייצור האנרגיה שלהם מהסוכר הם פולטים פחמן דו חמצני, הגורם לבצק לתפוח בעוד הגז "מנסה להפלט לאוויר ויוצר מעין בועות בבצק. בעוד שהוספת ביצים, תפוחי אדמה או סוכר לבצק גורמת להאצת גדילת השמרים, בעוד הוספת מלח שומנים כגון חמאה מאטים את גדילתם.

אף על פי שלא יודעים בוודאות מתי החלו לאפות בצק, יש התיעודים הראשונים לאפייה היו במצרים העתיקה, ששונה מהלחם כיום בכך שהיה דק מאוד וקל.

[עריכה] זני שמרים חשובים

[עריכה] שמר האפייה

ערך מורחב – שמר האפייה

שמר האפייה (Saccharomyces cerevisiae) הנו מין של השמרים הנמצא בשימוש כיום לצורך התפחת בצק וייצור יין. שמרי אפייה היו התאים האאוקריוטים הראשונים שמופה להם הגנום (הגנום פורסם בשנת 1996). לשמרים אלה יש 16 כרומוזומים, ובתוכם מ 200 עד 2200 אלפי נוקלאוטידים בכל כרומוזום, ובסך הכול כ-13 מליון זוגות נוקלאוטידים. אורכו ורוחבו של שמר אפייה הוא כ-5 ו-4 מיקרומטר בהתאמה.

כיום משתמשים בתאי השמר אלה למטרות אפייה, הכנת יין ומשקאות אלכוהוליים אחרים,מחקר ,ובתור תוספי מזון.

[עריכה] קנדידה אלביקנס

ערך מורחב – קנדידה אלביקנס

קנדידה אלביקנס ( Candida albicans) הנו מין תאי שמר פתוגניים הנפוצים בבני אדם והמסוגלים לגרום לזיהומים בפה ובנרתיק ולפטרת. הגנום של התאים ההפלואידים מופה בשנת 1998 נתגלה כי יש להם כ-16 מליון נוקלאוטידים. כיום קנדידה אלביקנס משמש למחקר על תאים פתוגניים.

[עריכה] שמר הביקוע

ערך מורחב – שמר הביקוע

שמר הביקוע (Schizosaccharomyces pombe) הוא מין של שמר נחקר מאוד בביולוגיה.

לשמר הביקוע יש 3 כרומוזומים,והגנום שלו מופה בשנת 2002. שמר הביקוע יכול להתרבות רק על ידי ביקוע (ומכאן שמו בעברית). שמו pombe בא מסוהילית ופירושו בירה, משום שבודד לראשונה מבירה.

[עריכה] ראו גם

• פטריות
• הנצה
• יין
• פלור (שמרים)

[עריכה] קישורים חיצוניים

מיזמי קרן ויקימדיה
תמונות ומדיה בוויקישיתוף: שמרים

• The World-Wide Web Virtual Library: Yeast - אתר המכיל קישורים רבים לגבי שמרים
• http://www.dakotayeast.com/yeast_history.html - אתר המכיל מידע כללי על שמרים
• yeast Genome Database מאגר נתונים של הגנום של שמרים