Микроорганизмнің қоректенуі

Жасушаға заттың түсуі.Қандайда бір химиялық қосылыстың қоректік зат ретінде қолданылу мүмкіндігі мироорганизм үшін екі негізгі фактормен анықталады. Біріншісі – химиялық қосылыстың микроорганизмнің ішіне енуі, демек цитоплазмалық мембрана арқылы өту қабілеттілігі.

Механизмі еріген заттың мембрана арқылы тасымалдануы соның көмегімен іске асырылады. Үлкен көлемдегі молекулалардың жасуша ішіне ену қабілеттілігі оның размеріне байланысты. Көптеген жоғарғы молекулалы қосылыстар цитоплазмалық мембранаға өте алмайды, ал кейбіреулері жасуша қабырғасынан тікелей өтуге мүмкіндігі болмайды. Еріген заттардың концентрациясы микроорганизм жасушасының ішіндегі сыртқы ортаның концентрациясынан жоғарылау.

Соның ішінде еріген зат жасушада болады. Цитоплазмалық мембрана жасушаға сыртқы ортадан және еріген зат кері ауысқанда негізгі қоршау қызметін атқарады, құрылысы тұрақты қалыңдығы (8-10 нм), ол қос қабаттан тұрады, екі қабат фосфолипидке әр түрлі ақуыз қосылған болады. Цитоплазмалық мембрананың функциясының түрі көп :

1. жасуша ішіндегіні ол ұстап тұрады;

2. жасушаға белгілі қоректік заттың концентрациясының градиентін қарсы «айдайды»;

3. жасушадан басқа қоректік затқа «ағуға» қолайлы мүмкіндік жасайды;

4. қоршаған ортадан жасушаға кейбір еріген заттардың енуіне қарсылық етеді.

Жасушаға мембрана арқылы қоректік заттың түсуін келесідей бірнеше әдістер ажыратады.

Пассивті диффузия – жасушаға заттың ену процесі, мембрананың екі жағындағы оның концентрациясының айырмашылығының арқасында жүреді. Бұл айырмашылықты концентрацияның градиенті деп атайды. Пассивті диффузия мембрана аймағында болатынын көрсетеді, сол арқылы кейбір заттар оңай өтеді. Су, көміртегі диоксиді, оттегі жасушаға енеді және пассивті диффузиялау жолымен оны тастап кетеді.

Оңайланған диффузия, пассивті сияқты концентрация градиентіне байланысты: молекула барлық уақытта көбірек концентрациясы бар аумағынан азырақ концентрациясы бар жаққа қарай ауысады. Оңайланған диффузия мембраналы ақуыз – тасымалдағыш аумағымен өтеді. Олар субстрат молекуласымен мембрананың сыртқы жағымен байланыстырылады және мембрананың қарама қарсы жағына диффундирленеді, сол жерде молекуламен немесе ионмен байланысатыны босатылады. Бұл процесс метболиттік энергияның жұмсалуын қажет етпейді, бірақ пассивті диффузияға қарағанда жоғары жылдамдықпен жүреді.

Активті тасымалдағышқа үлкен көңіл аударылуда, олай болса еріген зат жасушаға концентрация градиентіне қарсы түсуге мүмкіндік жасайды демек, азырақ концентрация аумағынан көбірек концентрация аумағына түседі.

Активті тасымалдағыш метаболиттік энергияның жұмсалуын қажет етеді. Ол жасуша ішіндегі еріген заттың концентрациясын құруға мүмкіндік жасайды және бірнеше мың есе сыртқы ортаның концентрациясын жоғарылатады.

Микроорганизмнің осындай қабілетінің арқасында химиялық заттың концентрациясы азырақ ортаға егіледі және метаболизмнің жоғарғы жылдамдығы көрсетіледі. Активті тасымалдағыш сондай-ақ және оңайланған диффузия мембраналы ақуыздың қатысуымен жүреді, оны пермеаза деп атайды. Пермеаза ортадан жасушаға затты тасымалдауға қатысушы жасуша тасымалдағыш ақуыздар.

Екінші фактор қоректік орта есебінде қандайда бір химиялық қосылыстың микроорганизмді қолдану мүмкіндігін анықтаушы, микроорганизмнің формасы үшін сіңіруде оны ауыстыру, ферментті синтездеуде жасушаның қабілетілігі, ол әр түрлі органикалық және неорганикалық заттарды сіңіруге мүмкіндік жасайды, өмір сүру жағдайына оңай бейімделеді. Қоректік ортаның құрамында микроорганизм өте сезімтал болып келеді. Қоректік ортаға қажетті элементтің біреуінің болмауы микроорганизмнің өспеуіне немесе толық өспей қалуына әкеліп соқтырады.

Негізгі элементтің көзі

Көміртегі көзі ретінде көптеген микроорганизмдер органикалық заттарды ассимилирлейді. Микроорганизмдер қолданған көміртегі көзіне тәуелсіз өзінің құрамына қарай сәйкес биполимерлерін тұрғызады, ген аппаратында физиологиялы ерекшелігі және олардың түрлері бойынша қарастырылады.

Микроорганизм жасушасындағы көміртегінің құрамы ораша 50% құрайды (құрғақ массада есептегенде) сондықтан қоректік орта құрамына кіретін көміртегі көзі, заттың ішінде негізгі орын алады. Микроорганизм әсіресе көміртегі көзіне өзгеше қарайды. Автотрофты-микроорганизмдер жалғыз ғана көміртегі көзі ретінде көміртегі диоксидін қолданады. Гететрофты-микроорганизмдер үшін көміртегі көзі ретінде әр түрлі органикалық қосылыстар атқарады: көмірсулар, спирттер, органикалық қышқылдар, липидтер, көмірсулар және басқада көміртегін құрайтын заттар.

Микроорганизмдер азотпен қоректенуде көміртегіне жақын, соңғысына көлемі бойынша орын береді. Элементік анализдегенде микроорганизмнің құрамында көміртегіне қарағанда азот 5-6 есе аз көрсетілген, демек микроорганизмнің көміртегін тұтынуы энергетикалық мақсатқа сай жұмсалады. Сондықтан қоректік ортадағы көміртегінің құрамы азот көзіне қарағанда екі есе көп. Азотты сіңірген микроорганизм, негізінде жасушаның ішінде қалып қояды, онда көміртегін жұтуда жасушада тек азырақ бөлігі ұсталады.Көптеген микроорганизм -продуценті үшін азот көзі болып күрделі органикалық заттар, сонымен қатар неорганикалық азот құрайтын заттар саналады. Микроорганизмдер тобының бос күйінде азотты сіңіруі азотфиксатор деп атайды. Қоректік ортада азоттың азырақ жетіспеуі жасушаның «семіруіне» әкеледі, демек ақуыздың және амин қышқылды фракцияның кемуінің есебінен липидтердің құрамы көбейеді.

Сондықтан өндірісте, әсіресе ақуызбен байытылған азықтық ашытқыны алу барысында, барлық уақытта ортада азоттың кем болмауын қадағалау қажет.

Фосфор қоректік ортаның ең негізгі элементі болып саналады. Ол жасушада энергетикалық алмасудың орташа ағымда болуын қаматамасыз етеді, сонымен қатар биожасанды процесті болдырады (ақуыз синтезі және нуклеин қышқылы, глюколиз). Ортадағы культураның өсу жылдамдығы және микроорганизм жасушасындағы фосфордың құрамы, фосфор концентрациясына байланысты. Фосфор қышқылының ролі микроорганизмнің физиологиясында әр түрлі. Фрсфор қышқылы буфер ролін атқарады. Ертіндіге азырақ мөлшерде күшті қышқылдық бөлігін қосқанда әлсіз тұз әлсіз қышқылға ауысады:

К₂НРО₄ + HCl KH₂PO₄ + KCl

күшті негізді қосқанда қайтымды процесс жүреді:

КН₂РО₄ + КОН К₂НРО₄ + Н₂О

Олай болса, ерітінді буфер сияқты әсер етеді және ортада қышқыл немесе негіз рН-тың өзгеруіне қарсы болады.

Витамин көзі, макро - және микроэлемент

Микроорганизм жасушасында зат алмасу витаминсіз, макро және микроэлементсіз жүру мүмкін емес.Витаминді тұтынуына қарай барлық микроорганизмдер екі түрге бөлінеді:ауксоавтортрофты – витаминді синтездеу қабілеті бар және ортаға оларды қосуды қажет етпеуі, және ауксогетеротрофты – витаминді синтездеу қабілеті жоқ және ортаның құрамына оны қосуды қажет ететін.Биотехнологиялық өндірісте қоданылатын көптеген микроорганизм-продуценттері ауксогетеротрофтыға жатады, көбінесе осылар үшін комплексті В витаминдер тобы қажет, оларға тиамин, никотин қышқылы, пантотен қышқылы, пиридоксин, инозит және биотин жатады. Микроорганизмде биотиннің жетіспеуі байқалады. Микроорганизмнің биотині аз екендігі анықталған.

Әрбір штамм үшін микроорганизмге витамин қажет екендігне эксперимент жасалып бекітіледі. Витаминдер фермент негізіне кіреді, олардың ортадағы мөлшері (1л ортада мыңнан бір бөлік мг). Витаминдер шикізатпен бірге кіреді, кейде олар жеке енеді.

Қоректік орта құрамында міндетті түрде макро және микроэлементтер болуы крек, ол микроорганизмнің зат алмасуын қамтамасыз етуші, тыныс алу процесін активтендіруші, тотығу–тотықсыздану раекциясын болдырушы, жасушасының өмір сүруіне керекті басқа процесті болдырушы, ферменттің активті орталық құрамында болады.

Микроорганизмнің дамуына және өсуіне үлкен әсерін тигізеді, темір ионы, мыс, мырыш, бор, молибден, кобальт және басқа да бірқатар эелементтер әсер етеді. Микроорганизмдер осы элементтің микро мөлшерін қажет етеді, және ол микроорганизм күлділігінің сандық құрамын көрсетеді.Осы элементтің концентрациясының жоғарылауы микроорганизмнің дамуына және өсуіне ингибирлеуші әсер етеді.

Олай болса, қоректік ортадағы микроорганизмнің дамуын және өсуін қамтамасыз етуде, құрамында қажетті көміртегі, азот, фосфор, макро және микроэлемент витаминнің қажет мөлшері болуы керек. рН мәні және тотығу – тотықсыздану потенциалы анықталады. Әрбір микроорганизм-продуценті үшін көп сатыда бірнеше рет эксперимент жасалып, қолайлы қоректік орта таңдалып алынады. Соңғы кездедері қолайлы қоректік ортаны математикалық моделдеу әдісі мен компоненттің қоректік ортаға қатынасының есебімен таңдалып алынады.