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Einfluss von Stressfaktoren auf die Regulation der Glycerin-Bildung und -Sekretion am Beispiel Weinhefen

Schneider, Ilona


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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Fachgebiet Mikrobiologie und Biochemie der Forschungsanstalt Geisenheim und Fachbereich Agrarwissenschaften, Ökotrophologie und Umweltmanagement, Institut für Ernährungswissenschaft
Fachgebiet: Haushalts- und Ernährungswissenschaften - Ökotrophologie
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 17.12.2001
Erstellungsjahr: 2001
Publikationsdatum: 27.08.2002
Kurzfassung auf Deutsch: Die vorgelegten Untersuchungen über den 'Einfluss von Stressfaktoren auf die Glycerin-Bildung und -Sekretion am Beispiel Weinhefen'
führten zu folgenden, bedeutenden Erkenntnissen:
Die intrazelluläre Akkumulation von Glycerin in Weinhefestämmen ist als Stressantwort auf die Gärtemperatur, den Alkoholgehalt und die
Nährstoffverfügbarkeit mit abfallender Bedeutung zu interpretieren. Eine geringfügige Überproduktion von GPD1 bzw. eine Reduktion von
FPS1 (ohne Beeinflussung des extrazellulären Glyceringehaltes) könnte die Stabilität der Weinhefen erhöhen. Eine schleppende oder
verzögernde Gärung bei niedrigeren Gärtemperaturen ist mit dem Mangel an Akkumulation von intrazellulärem Glycerin verbunden.
Die Überexpression von GPD1 in den Weinhefestämmen (K1m, 522, 71B) zeigen, dass trotz des allmählichen Plasmidverlustes eine
erhöhte Glycerinbildung festgestellt werden. Einhergehend mit der erhöhten Glycerinbildung konnte eine verstärkte Bildung von
Acetaldehyd nachgewiesen werden. Da Acetaldehyd einen negativen sensorischen Einfluss auf den Wein ausübt und der
Hauptbindungspartner von SO2 ist, ist diese Nebenaktivität für die moderne Kellerwirtschaft nicht erwünscht.
Aus den Ergebnissen der Drop-Test-Untersuchungen konnte aufgezeigt werden, dass der Hefestamm CEG gegenüber osmotischem
Druck hypersensitiv reagiert, was begründet, dass dieser Stamm als langsam gärender Stamm mit Tendenz zu steckengebliebenen
Weinen in der praktischen Weinbereitung bekannt ist.
Aus den Untersuchungen mit den Deletionsstämmen gpd1deltagpd2delta, gpp1deltagpp2delta und
gpd1deltagpd2deltagpp1deltagpp2delta zeigte sich, dass ein Zellwachstum der Deletionsstämme in Traubenmost mit einhergehender
reduzierter Glycerinbildung erfolgte. Aus diesen Erkenntnissen kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass eine
Transhydrogenase-Aktivität unter anaeroben Bedingungen in Saccharomyces cerevisiae existiert. Die metabolische Effektivität dieses
Sachverhaltes wurde eingehend diskutiert.
Für die Zukunft lässt sich anhand dieser Ergebnisse festhalten, für eine industrielle Produktion eines glycerinbildenden Stammes bei
gleichzeitiger Optimierung der sekundären Gärungsprodukten ist u.a. ein integriertes Plasmid mit GPD1 Überexpression und eine
Inaktivierung von ALD6 notwendig, um den oeonologischen Ansprüchen gerecht zu werden. Weiterhin ist die genaue Zuordnung der
Kofaktoren NAD/NADH2 und NADP/NADPH2 zu den einzelnen Reaktionsvorgängen unter aeroben und anaeroben Bedingungen
notwendig.
Aus all diesen Erkenntnissen zeigt sich, dass die Betrachtung einzelner biochemischer Reaktionen nur einen begrenzten Einblick in
Saccharomyces cerevisiae Hefen geben. Anhand der dargestellten Ergebnisse wurde der Begriff 'genetische Black Box' für
Saccharomyces cerevisiae, speziell wenn oenologische Fragestellungen betrachtet werden, bestätigt.
Kurzfassung auf Englisch: The results of this thesis 'Influence of stress on synthesis and efflux of glycerol in wine yeasts (Saccharomyces cerevisiae)' are following:
The intracellular accumulation of glycerol can be defined as reaction of wine yeast strains on stress factors fermentation temperature (high
influence), ethanol concentration (middle influence) and nutrient conditions (low influence). An overproduction of GPD1 or reduction of FPS1
(without any effect on the glycerol efflux) can be concluded to increase the stability of wine yeast strains. A sluggish fermentation at low
fermentation temperature is combined with a lack of intracellular accumulation of glycerol.
The over expression of GDP1 in three wine yeast strains K1m, 522, 71B showed that the continuous lost of plasmids results in a higher
glycerol synthesis. With this higher glycerol synthesis accompanied is an increase of acetaldehyde concentration. Acetaldehyd has in
regard on oenology aspects a negative sensory smell land is a main reaction partner of SO2. These aspects are not desire in the modern
wine making industry.
The results of drop-test-experiments showed, that a commercial wine yeast strain (CEG) is hypersensitive against osmotic stress, a result
that explains the ability as a slow growing yeast strain in the wine cellars.
The deletion mutants gpd1deltagpd2delta, gpp1deltagpp2delta and gpd1deltagpd2deltagpp1deltagpp2delta showed under the enology
conditions that are able to grow with additional reduced glycerol production. According to this results, it can be concluded that in wine yeast
strains Saccharomyces cerevisiae exist a transhydrogenase activity. The discussion about the metabolic effectivity was done.
In future looking at enology aspects the production of glycerol with optimal synthesis of secondary fermentation products of wine yeast
strains in industrial scale could be with an integrated plasmid with GPD1 over expression and an inactivation of ALD6. Furthermore it is
necessary to define exactly which cofactors NAD/NADH2 or NADP/NADPH2 is needed for different reactions under aerobic and anaerobic
states of the cell. In conclusion, the look in special biochemical reactions is only a short spot in Saccharomyces cerevisiae. By looking at
Saccharomyces cerevisiae it is and will be in future time 'black box' regarding questions of enology.