Контрольные вопросы

1. Для каких исследовательских целей применяется метод острых опытов?

2. Какие условия должны соблюдаться при использовании метода острых опытов для изучения экспоненциально растущей культуры?

3. Приведите пример механизма действия неспецифического ингибитора.

4. Приведите пример механизма действия специфического ингибитора.

5. Как вы понимаете термин «степень токсичности»?

6. Для каких целей используются ингибиторы неспецифического действия?

7. Каким образом ионы Cu²⁺ поступают в клетки культуры р. Candida?

8. Опишите физиологическое состояние культуры р. Candida при воздействии на нее ионов меди?

9. При каком способе культивирования (периодическом или непрерывном) клетки могут выдержать более высокую концентрацию ингибитора?

10. Объясните характер графиков для различных типов ингибирования (конкурентного, неконкурентного, смешанного).

Литература

1. Роботнова И.Л., Позмогова И.Н. Хемостатное культивирование и ингибирование роста микроорганизмов. М.: Наука, 1979. – 208 с.

2. Печуркин Н.С. и др. Популяционные аспекты биотехнологии/ Н.С. Печуркин, А.В. Брильков, Т.В. Марченкова. Новосибирск: Наука, 1990. – 112 с.

3. Ашмарин И.П., Ключарёв Л.А. Ингибиторы синтеза белка. – Л.: Медицина, 1975. – 208 с.

4. Кантере В.М. Теоретические основы технологии микробиологических производств. – М.: Агропромиздат, 1990. – 271 с.

5. Манаков М.Н., Победимский Д.Г. Теоретические основы технологии микробиологических производств. – М.: Агропромиздат, 1990. – с. 144-172, 144-270.

Расчетные задания к практическим занятиям

Рассмотреть и обсудить с преподавателем типовые задачи по расчету основных параметров культивирования микроорганизмов.

Задача 1. Сахаромицеты растут на глюкозе с константой Моно K = 25 мг/л. Во сколько раз изменится удельная скорость роста при изменении концентрации субстрата с 0,5 до 20 мг/л (μ_max = 0,4 час^-1).

Решение:

для S₁ = 0,5 мг/л

для S₂ = 20 мг/л

μ₂/μ₁ = 22,8

Ответ: удельная скорость роста сахаромицетов увеличится в 23 раза.

Задача 2. Клетки E.сoli растут на глюкозе с константой Моно K = 4 мг/л. Во сколько раз изменится удельная скорость роста при изменении концентрации субстрата с 0,5 до 10 мг/л (μ_max = 0,4 час^-1). Решение аналогично задаче 2.

Ответ: удельная скорость роста клеток E.сoli увеличится в 6,5 раз.

Задача 3. При какой постоянной скорости гибели клеток k критерий стерилизации, равный 10, будет достигнут за 1 час?

Ответ: при скорости k = 10 час^-1.

Задача 4. Оптимизация рН питательной среды позволила изменить время удвоения культуры с 55 до 48 минут. Как Вы оцените с помощью экспоненциальной модели роста насколько изменится время достижения плотности популяции 10⁸ кл/мл (изменением концентрации субстрата можно пренебречь). Начальная концентрация биомассы х_o = 10⁵ кл/мл.

Решение: g₁ = 55 мин х = 10⁸ кл/мл

g₂ = 48 мин х_o = 10⁵ кл/мл

х = х_o · 2^τ/g

ln x = ln x_o + τ/g · ln2

τ = ln x/ln x_o · g/ln2

τ₁ = ln 10⁸/ln 10⁵ · 55/ln2 = 127,5 мин

τ₂ = ln 10⁸/ln 10⁵ · 48/ln2 = 117,3 мин

Δτ = τ₁ - τ₂ = 16,2 мин

Ответ: время культивирования до достижения требуемой плотности популяции сократится на 16,2 минуты.

Задача 5. При аэробном росте микробной культуры экономический коэффициент по субстрату равен 0,5, начальная концентрация источника углерода 1,8 % (масс.). Какая максимальная концентрация биомассы может быть достигнута при полном потреблении субстрата в ходе культивирования? (Начальной концентрацией клеток можно пренебречь).

Ответ: максимальная концентрация биомассы х = 0,9 г/л.

Задача 6. При росте двух микробных культур получены следующие экспериментальные данные: средняя концентрация биомассы E.сoli и S.lactis равна 80 г/л. Начальная концентрация единственного источника углерода – лактозы – в питательной среде составляла 15 г/л. В конце культивирования было зафиксировано потребление лактозы клетками E.сoli на 80 %, а клетками S.lactis на 45 %. Оцените метаболитическую активность каждой культуры.

Ответ: метаболитическая активность E.сoli выше, чем у культуры S.lactis в 1,5 раза.

Задача 7. Микробная культура растет на глицерине с параметрами уравнения Моно: μ_max = 0,045 мин^-1, K  = 10^-4 моль/л. При каких концентрациях глицерина могут быть достигнуты скорости роста, составляющие 30 %, 50 %, 80 % от максимальной.

Ответ: S₁ = 4,3 · 10^-5 г/л, S₂ =1 · 10^-4 г/л, S₃ = 4 · 10^-4 г/л.

Задача 8. Исходя из следующих начальных условий, определить параметры ферментативной реакции: V_max = ? и K_m = ?

V	37,9	95,2
S	3	25

Ответ: V_max = 120, K_m = 6,5.

Задача 9. Исходя из следующих начальных условий, определить параметры ферментативной реакции: V_max = ? и K_m = ?

V	54,1	71,4
S	5	10

Ответ: V_max = 105, K_m = 4,7.

Задача 10. Исходя из следующих начальных условий, определить параметры ферментативной реакции: V_max = ? и K_m = ?

V	106,2	109,8
S	50	70

Ответ: V_max = 120, K_m = 6,5.

Задачи 8, 9, 10 решаются графически, используя зависимости Хэйнса, Эди-Хофсти, Лайнуивера-Берка, Корниш-Боудена.

Например, используя зависимость Корниш-Боудена для любой пары значений V и S можно построить зависимость V от S, которая представляет собой прямую с наклоном равным V/S, и отрезками, отсекаемыми на осях S и V, соответственно равными -S₁ и V₁. Эта прямая связывает все значения S и V, которые точно удовлетворяют выбранной паре значений S и V. Если подобным образом провести прямые для нескольких пар значений S и V, то они пересекутся в одной точке, координаты которой дадут единственные значения V_max и K_m.

График Хэйнса

График Эди-Хофсти

График Лайнуивера-Берка

График Корниш-Боудена