The temperature dependence of maltose transport in ale and lager strains of brewer's yeast

Lager beers are traditionally made at lower temperatures (6–14 °C) than ales (15–25 °C). At low temperatures, lager strains (Saccharomyces pastorianus) ferment faster than ale strains (Saccharomyces cerevisiae). Two lager and two ale strains had similar maltose transport activities at 20 °C, but at 0 °C the lager strains had fivefold greater activity. AGT1, MTT1 and MALx1 are major maltose transporter genes. In nine tested lager strains, the AGT1 genes contained premature stop codons. None of five tested ale strains had this defect. All tested lager strains, but no ale strain, contained MTT1 genes. When functional AGT1 from an ale strain was expressed in a lager strain, the resultant maltose transport activity had the high temperature dependence characteristic of ale yeasts. Lager yeast MTT1 and MALx1 genes were expressed in a maltose-negative laboratory strain of S. cerevisiae. The resultant Mtt1 transport activity had low temperature dependence and the Malx1 activity had high temperature dependence. Faster fermentation at low temperature by lager strains than ale strains may result from their different maltose transporters. The loss of Agt1 transporters during the evolution of lager strains may have provided plasma membrane space for the Mtt1 transporters that perform better at a low temperature

Panimopohjahiivojen maltoosin ja maltotrioosin kulutukseen vaikuttavat geneettiset ja ympäristötekijät

Kirjallisuusosassa perehdyttiin panimohiivojen sokerinkulutukseen panimokäymisen aikana. Painopisteenä oli maltoosin ja maltotrioosin (a-glukosidit) kuljetus hiivan solukalvon läpi. Käsiteltyjä aiheita olivat kuljetusmekanismi, panimohiivojen a-glukosidi-kuljettimet ja niiden ominaisuudet sekä käymiskelpoisten sokereiden kulutukseen vaikuttavat tekijät pääkäymisen aikana. a-glukosidien kuljetus on teollisesti merkittävää, sillä se on tärkeä maltoosin ja maltotrioosin kulutusta rajoittava tekijä hiivan aineenvaihdunnassa, ja nopea ja täydellinen käymiskelpoisten sokerien kulutus vierteestä on tehokkaan pääkäymisen edellytys. Kokeellisessa osassa karakterisoitiin kahden tärkeän teollisesta panimopohjahiivasta (lager-hiivasta) peräisin olevan a-glukosidikuljettimen, Malx1 ja Mtt1, kineettiset ominaisuudet käyttämällä geneettisesti määriteltyä laboratoriohiivaa, jossa ne olivat ainoat toimivat a-glukosidikuljettimet. Maltoosin ja maltotrioosin kuljetuksen affiniteetit ja maksimikuljetusnopeudet sekä näiden lämpötilariippuvuudet määritettiin radioaktiivisesti leimattujen substraattien avulla. Lisäksi tutkittiin, miten hiivasolujen stimulointi glukoosilla ennen aktiivisuusmittausta vaikuttaa kuljetusaktiivisuuteen. Viimeisin lager-hiivoista löydetty a-glukosidikuljetin, Mtt1, osoittautui paremmaksi maltotrioosin kuin maltoosin kuljettajaksi, ja sen maltoosin kuljetus oli vähemmän herkkä alhaisille lämpötiloille kuin tutkitun Malx1-kuljettimen. Sekä Malxl:n että Mttl:n maltoosin kuljetus heikkeni selvästi vähemmän alhaisissa lämpötiloissa kuin Agtl-kuljettimen Vidgren et al. (2007) tutkimuksessa. Malxl kuljetti maltoosia korkealla affiniteetilla, mitä tukee suurin osa julkaistuista Saccharomyces cerevisiae -hiivan Malx1-kuljettimia koskevista tutkimuksista. Kyseinen Malxl kuljetti myös maltotrioosia, mutta niin matalalla affiniteetilla, ettei sillä välttämättä ole merkitystä panimokäymisen kannalta. Mttl on todennäköisesti tärkeä maltotrioosin kuljetin lager-hiivoissa panimoprosessin pääkäymisen aikana. Glukoosin lisääminen hiivasuspensioon ennen kuljetusaktiivisuuden mittaamista lisäsi kasvuvaiheesta talteen otetun laboratoriohiivan kuljetusnopeutta huomattavasti 2 - 10 minuutin inkubointiajoilla, ja vaikutus oli suurempi 0 °C:ssa ilman ravinteita säilytettyihin soluihin. Aktiivisuus pieneni säilytyksen aikana todennäköisesti sekä kuljettimien inaktivoitumisen että solun energiatason laskun takia. Teollisesta käymisestä talteen otetun lager-hiivan kuljetusaktiivisuus ei laskenut yhden vuorokauden säilytyksen aikana. Näyte otettiin kierrätyshiivatankista. Glukoosilla oli pienempi stimuloiva vaikutus teolliseen talteenottohiivaan kuin tutkittuihin laboratoriohiivoihin

Stimulation of Zero-trans Rates of Lactose and Maltose Uptake into Yeasts by Preincubation with Hexose To Increase the Adenylate Energy Charge▿

Initial rates of sugar uptake (zero-trans rates) are often measured by incubating yeast cells with radiolabeled sugars for 5 to 30 s and determining the radioactivity entering the cells. The yeast cells used are usually harvested from growth medium, washed, suspended in nutrient-free buffer, and stored on ice before they are assayed. With this method, the specific rates of zero-trans lactose uptake by Kluyveromyces lactis or recombinant Saccharomyces cerevisiae strains harvested from lactose fermentations were three- to eightfold lower than the specific rates of lactose consumption during fermentation. No significant extracellular β-galactosidase activity was detected. The ATP content and adenylate energy charge (EC) of the yeasts were relatively low before the [14C]lactose uptake reactions were started. A short (1- to 7-min) preincubation of the yeasts with 10 to 30 mM glucose caused 1.5- to 5-fold increases in the specific rates of lactose uptake. These increases correlated with increases in EC (from 0.6 to 0.9) and ATP (from 4 to 8 μmol·g dry yeast−1). Stimulation by glucose affected the transport Vmax values, with smaller increases in Km values. Similar observations were made for maltose transport, using a brewer's yeast. These findings suggest that the electrochemical proton potential that drives transport through sugar/H+ symports is significantly lower in the starved yeast suspensions used for zero-trans assays than in actively metabolizing cells. Zero-trans assays with such starved yeast preparations can produce results that seriously underestimate the capacity of sugar/H+ symports. A short exposure to glucose allows a closer approach to the sugar/H+ symport capacity of actively metabolizing cells