Productes de la fermentació
L’interès alimentari de Saccharomyces cerevisiae és degut a la capacitat d’esponjar el pa i també pel producte final que s’obté de la fermentació alcohòlica (la cervesa i el vi). Aquest efecte es deu a la metabolització dels sucres de la massa o el most (essencialment glucosa, fructosa, sacarosa o maltosa) per donar diòxid de carboni i alcohol etílic o etanol. El primer és un gas que provoca que la massa del pa pugi (i les bombolles del cava), mentre que el segon és l'origen de les begudes alcohòliques. La fermentació dóna energia al llevat independentment de la presència o no d'oxigen, i consisteix en una reacció endògena d’oxidoreducció, a la qual la meitat de la molècula de sucre fa de donadora d'electrons cap a l'altra meitat.
Vida microscòpica
Saccharomyces cerevisiae és un organisme unicel·lular. De forma més o menys arrodonida, la cèl·lula presenta un nucli diferenciat i és, doncs, un organisme eucariota (en grec, eu- vertader; carion- nucli), com ho són també les plantes o els animals. Les cèl·lules de llevat es multipliquen ràpidament per gemmació, una forma asimètrica de reproducció asexual: a partir d’una cèl·lula s’origina una protuberància que va creixent i acaba donant lloc a una altra cèl·lula, més petita (al principi) que la cèl·lula inicial i diferenciada genèticament d'aquesta. Aquest tipus de reproducció, en condicions òptimes, dura unes dues hores i permet la colonització total dels mosts en qüestió d'hores o dies. Això és molt important en les fermentacions víniques, perquè hi ha competència d'altres fongs, llevats i bacteris que poden fer malbé el vi, i cal controlar molt bé les condicions i durada per evitar la proliferació d’aquests. Aquest ràpid creixement ha estat clau a l'hora de triar aquest llevat com eina per a la recerca i les aplicacions biotecnològiques.
Estratègies vitals
La bona vida no dura sempre, tampoc per al llevat, i això condiciona el seu cicle vital i estratègia reproductiva. En condicions òptimes, la fermentació explosiva i la reproducció asexual per gemmació representen uns avantatges evolutius, però quan l’aliment (o sigui, els sucres) s'esgota, l'estratègia ha de canviar. La primera adaptació és el pas d'un metabolisme fermentatiu a un de respiratori, en el qual els sucres, i l'etanol produït a partir d'aquests, són metabolitzats completament a diòxid de carboni amb consum d'oxigen, un procés molt més eficient que la fermentació, però també més lent. Aquest metabolisme oxidatiu del llevat és el principal causant de la maduració ("solera") dels vins de Xerès.
Estratègies vitals d’utilitat biotecnològica
En diverses aplicacions biotecnològiques és imprescindible controlar aquesta alternança entre metabolisme fermentatiu i respiratori. Si el que es vol produir és diòxid de carboni o alcohol, s'ha d'afavorir el metabolisme fermentatiu. En canvi, si el que es vol és massa de llevat o qualsevol producte cel·lular (proteïnes, polisacàrids i derivats, vitamines), les condicions més favorables es troben al metabolisme respiratori. En condicions encara més restrictives, el llevat segueix una estratègia típica de molts microorganismes eucariotes: entra en esporulació per donar lloc a formes resistents i de més variabilitat genètica. En el cas del llevat silvestre, aquest procés implica una meiosi, és a dir, el pas d'una dotació diploide (32 cromosomes) a una haploide (16 cromosomes).
Llevats que moren de vells
Davant la falta de nutrients, una resposta és l'apoptosi, la mort programada de les cèl·lules, amb un significat evolutiu no completament aclarit. Vol dir que les cèl·lules de llevat velles, és a dir, que ja han donat moltes cèl·lules filles (de 15 a 30 o 40, segons la soca) entren espontàniament en apoptosi sigui quina sigui la disponibilitat de nutrients. Aquest fet s’interpreta com una estratègia clonal de reciclatge de nutrients. Una altra estratègia davant la falta de certs nutrients és el creixement pseudohifal, pel qual el llevat es transforma en un organisme pluricel·lular que creix en forma de fils (hifes o pseudohifes) formant una teranyina. Tampoc es coneix el significat evolutiu d'aquest procés.
La sexualitat dels llevats
El cicle vital dels eucariotes que es reprodueixen sexualment alterna cèl·lules diploides (amb dues còpies de cada cromosoma, 2n) i haploides (una única còpia de cada cromosoma, n). Als animals, per exemple, la forma somàtica (l'animal tal com el veiem) és diploide, 2n, mentre que les cèl·lules sexuals, els gàmetes, són haploides, n, productes d'una meiosi. Durant la fecundació, els gàmetes es fusionen i donen un zigot diploide tot sumant les seves dotacions cromosòmiques respectives. A Saccharomyces cerevisiae existeixen les soques heterotàl·liques, que presenten formes vegetatives tant haploides com diploides, capaces ambdues de reproduir-se asexualment i de formar una colònia.
Cicle amb alternança de fases
El cicle vital complert del llevat comença amb una colònia diploide que, en circumstàncies de falta de nutrients, esporula per donar quatre espores haploides (dues "a" i dues "α"). A les soques heterotàl·liques, cada espora per separat pot germinar i donar lloc a una colònia haploide, que es reprodueix per gemmació de forma indefinida. Si es troben una cèl·lula "a" amb una "α", actuen com a gàmetes i es fusionen per donar lloc a un zigot que, posteriorment, germina i origina una colònia diploide. Aquest cicle presenta una complicació més, i és que, a la majoria de soques silvestres, les cèl·lules "a" i "α" es poden interconvertir l'una amb l'altra (homotal·lisme), un procés que se sol anomenar pel seu nom anglès "switch". A les soques homotàl·liques, una mateixa espora dóna lloc a un mescla de cèl·lules "a" i "α" i, donat que les cèl·lules diploides creixen més ràpidament que les haploides, originen sempre colònies diploides.
