4. Бақылау сұрақтары:

1. Микроорганизмдердің тыныс алуы.

2. Микроорганизмдердің қоректенуі мен тыныс алуы арасындағы байланыс.

3. Клетканың химиялық құрамындағы элементтер.

4. Қоректену процесі

5. Лабораториялық жұмыстың орындау тәртібі: Қоректік орта дайындау үшін қажетті ыдыстар мен заттарды стирильдеу. Микроорганизімдер үшін қоректік орта дайындау.

Сабақ тақырыбына сәйкес әдебиеттер және Web сайттар тізімі:

1. Аркадьева З.А., Безбородов А.М., Блохина И.Н. и др. Промышленная микробиология //Под ред. Н.С.Егорова - М.: Высшая школа, 1989.

2. Бекер М.Е. Введение в биотехнологаю. -М., 1979.

3. Валиханова Г.Ж., Рахимбаев И.Р. Культура клеток и биотехнология растений. -Алма-Ата, 1989.

№ 4 Лабораториялық жұмыс

Лабораториялық жұмыстың аты: Микроорганизмдерді культивирлеу әдістері.

1. Жұмыс жоспары: 1. Микроорганизмдерді культивирлеу әдістерін зерттеу.

2. Микроорганизмдерді периодты түрде культивирлеу

2. Жұмыс мақсаты: Биотехнологиялық синтез технологиясы микроорганизмдер продуцентінің қасиетіне қарай құрастырылады.

3. Қысқаша теориялық мәліметтер: Микроорганизмнің осы түрі үшін жағдайының жақсы болуы, тек өмір сүруіне қолайлы жағдай жасап, максимум мол өнім алуға мүмкіндік береді және синтездей алады. беттік әдіспен микроорганізмдерді өсіру процесі белгілі бір уақытта аяқталады, сондықтан периодты болып саналады.

Арнайы аппарат ферменттерде, сұйықтықтың барлық көлемінде қорекілік ортада микроорганизмдерді түптік әдіспен өсіру жүргізіледі. Микроорганизмдерді түптік әдіспен өсіру периодты және үздіксіз болуы мүмкін. Периодты әдісіпен түптік культиверлеу процеесінде ферменттерге бірден барлық қоректік орта және егіс материалының барлық көлемі салынады. Белгілі бір уақыт ішінде микроорганизмдерді өсіру қолайлы жағдайда жүргізіледі, кейде процесті тоқтатып ферментерден керегінше құйып алынып дайын өнім болып алынады, микроорганизмдерді өсіру процесі үшін қолайлы жағдай жасалып, түптік кулітивирлеудің үздіксіз әдісі кезінде қоректік орта үздіксіз ферментерге келіп түсіріледі қосылады, ол ферментерден сондайақ культуралды сұйықтықтан микроорганизмдермен бірге үідіксіз ағылып шығарылып отырады.

Микроорганизмдердің периодты және үздіксіз процесі кезінде өсу жағдайы әртүрлі екендігі белгілі. Периодты процесс кезінде қоректік заттардың концентрациясы уақыт өткен мерзімде қоректік ортада азаяды, ал азықтық метаболизм құрамы көбейеді, ол микроорганизмдердің өмір сүруіне кері әсерін тигізеді. Үздіксіз процесс кезінде микроорганизмдердің өсуіне қолайлы жағдай жасалады, бұл екі көрсеткіш үнемі бірдей денгейде болады.

Микроорганизмдерді периодты түрде культивирлеу

Егіс материалын алу барысында көбінесе культивирлеудің периодты әдісі қолданылады. Микроорганизмді культивирлеу кезінде компоненттер қоректік ортаға келіп түспей және одан шықпай тұрған кезде микроорганизмдер өсіріледі және көбейеді. Белгілі даму циклы өткен соң фазаның ауысқаны көрсетіледі, осы жағдайда микроорганизм өседі және көбейеді.

Тізбектеле ауысу фазалары графикалық түрде көрсетілуі мүмкін. Сооулта жасушаның саны егіс материалын еккен кезден бастап анықталса, әрбір уақыт мерзімі белгіленіп, абсцисса өсіне жіберіледі, жасушаның белгілі санына сәйкестеліп ординат өсіне жіберіледі. Бұл қисықты микроорганизмдердің өсу қисығы деп атайды және бірнеше фазаларға немесе периодтарға бөледі.

І фаза лагфаза немесе бейімделу фазасы деп аталады. Мұнда жаңадан жасалған қоректік ортаға жіберілген микроорганизмдер көбеймейді, қайта бейімделеді. Бұл фаза 1-2 сағатқа созылады. Фаза аяқталған кезде жасуша көбейе бастайды. Қоректік ортаны пайдалану қуатты түрде жүреді Микроорганизмдер көбейгенге дейін қоректік орта инокулятқа енгізген уақыттан басталады. Бұл периодта культура жаңа ортаға бейімлеледі, бұл фазаның ұзақтығы микроорганизмдердің физиологиялық ерекшелігіне байланысты және культивирлеу жағдайына, егіс материалына және өндірістік орта құрамына байланысты. Мұндай айырмашылық аз болған сайын және егілетін микроорганизмдердің мөлшері неғұрлым көп болса, онда I фазаның өсуі соғұрлым қысқа болады.

Қандай да бір өзгеріске ұшырауына қарамастан жасуша ішінде бірқатар биохимиялық өзгерістер болады. Жасушада рибосома саны және ақуыз кұрамы көбейеді, ферменттік жүйелер активтеледі. Алдымен периодта популяция саны көбеймейді, бірақ жасушаның көлемі жоғарылайды.

ІІ фаза Өсу жылдамдығының фазасы немесе ауыспалы деп аталады. Бұл жасушаның бөліне бастауы болып сипатталады. Бұл сатыда жасушадағы нуклеин қышқылының (ДНҚ, РНҚ) ақуыздың құрамы жоғарылайды, жасушаның көлемі ұлғаяды. Жасуша беті белгілі қатынасы аралық жетістігінің арқасында және оның көлемі жасушаның бөлінуімен жүргізіледі, нәтижесінде культураның өсу жылдамдығы мен популяция саны ұлғая бастайды. Әдетте бұл фазаның жалғасы жоқ.

ІІІ фаза Жасуша санының анағұрлым активті өсу фазасы. Даму фазасы көбейюдін ең активті фазасы. Онда микроорганизмдер қарқынды дамиды, өсу шапшандығы да арта түседі. Бұл екі сағаттай уақытқа созылады. Кейбір жасушалар тіршілігі тежеле бастайды. Ол экспоненциалды немесе логарифмдік фазаның өсуі деп аталады. Бұл фазада жасуша белгіленген өсу жағдайына толығымен бейімделгеннен кейін басталады, культураның өсуі қоректік зат түспесе де, азықтық зат алмасуы мол болмаса да шектелмейді. Өсу жылдамдығының максимальдығы бекітіледі. Микроорганизм културасының өсу процесін менгеру кезінде абсолютті және меншікті өсу жылдамдығын ажырата білу қажет.

Абсолютті өсу жылдамдығының формуласы мынаған тең:

Меншікті өсу жылдамдығы биомасса бірлігінің өсу жылдамдығымен сипатталады және мына формула бойынша есептеледі:

Микрорганизмдер культурасының меншікті өсу жылдамдығы болып қандайда бір маңызды сипаты, организмнің өзі және сондай-ақ культивирлеу жағдайы саналады.

Меншікті өсу жылдамдығы мен субстрат конценрациясының арасында, культураның өсуі шектеледі, белгілі байланысы анықталып, Моно теңдеуі ретінде көрсетіледі:

Өсудің меншікті жылдамдығы өнімдерге байланысты болады, жасушалардан зат алмасу процесі кезінде ортаға бөлінеді. Жасушалардың өсуін ингибитолар тежейтінін ескертетін теңдеу Моно Иерусалим теңдеуі ретінде белгілі, келесідей түрде келтіріледі:

Демек, биомасса мөлшерінің логорифмі және жасушаның саны тұрақты жылдамдықпен жоғарылайды. Сондықтан бұл фаза логарифмдік фаза деп аталады.

Микроорганизмдердің қарқынды өсуінің және қоректік микроорганизмдердің көбеюінің нәтижесінде дәл осы қарқындылық пен қоректік заттар жұмсалады да, өмір сүруші микроорганизмдердің өнімдері жиналады. Сонымен қатар бос кеңістік шектеледі, жасушалар өсу барысында бір-біріне бөгет жасайды, жасушаларға қоректік заттардың келуі және метаболиттердің бөлінуі нашарлайды. Өсу жылдамдығы төмендейді, жасушалардың бөлінуі қысқарып, содан соң өсудің келесі фазасы басталады.

IV фаза - баяу өсу фазасы немесе өсу жылдамдығының төмендеуі. Бұл фазаның, экспоненциалды фазаға қарағанда жасушалар бітекті болмайды, себебі қолайсыз факторлардың әсерінен қоректік зат концентрациясы төмендейді, зат алмасуда өнімнің жиналуы өседі. Мұның барлығы культураның өсу процесінің баяулануына және тоқтап қалуына әкеліп соқтырады, сонымен қатар олардың жойылуы және жасушаларда лизес бөлігінің тууы мүмкін.

V фаза стационарлы фаза деп аталады. Стационарлы фазада жаңадан пайда болған жасушалар мен қырылған жасушалар саны теңеледі. Сондықтан тірі жасушалар саны біраз уақыт тұрақты болып қала береді. Көбею кезінде түзілген өнімдер микробтар тіршілігіне нұқсан келтіре бастайды. Бұл фаза бірнеше сағаттан бірнеше күнге дейін созылады. Стационарлы фазада биомасса культурасының өсуі тоқтайды:

Бірақ ескере кету керек, бірнеше уақыт бойы бұл фазада биомассаның біршама өсуі болады, бұл стационарды фазадағы жеке жасушалардың көбеюінің жалғасатынын түсіндіреді. Бірақ көбею процесі жасушалардың жойылу процесімен және олардың кейбіреуінің автолизімен теңеседі.

Биомасса өсуі стационарлы фазаға жеткенде культура биомассасының көп мөлшері және жасушаның максимал саны жиналады. Бұл максимал мөлшерін өнімнің жемісі немесе шығымы деп атайды.

Іс жүзінде сыртқы көзқарасқа қызығушылық тудырады, бұл экономикалық коэффициент деп аталады. Бұл көрсеткішті пайда болған микроорганизмдердің массасы мен жұмсалған субстрат мөлшерімен салыстыруға болады:

Стационарлы фаза үшін жасуша популяциясының гетерогенді жоғарылауы сипатталған, онда бірқатар жеке көбейетін жасушамен бірге әлі тірі жасушалар да болады, бірақ олардың әрмен карай өсу қабілеті жоғалып, өлі жасуша лизистеледі.

VI фаза қырылу фазасы немесе жойылу фазасы. Қырылу фазасында пайда болған жасушалар санынан өлген жасушалар саны басым болады. Қоректік ортаның физикалық-химиялық қасиеті мүлде өзгеріп, микроорганизмдер тіршілігіне зиянды жағдайға көшеді. Жасушалардың қырылу жылдамдығы арта түседі. Ол өлген жасушалардың саны қайта пайда болған жасушалар санынан көп болған кезден бастап басталады. Бұл фазада жасушалардың өмір сүру жағдайлары қолайсыз, ал жасушапардың артық заттарының қоры таусылады.