Визначення типу живлення

Завдання 2.

Назвіть тип живлення, якщо джерелом енергії є фумарат, джерелом вуглецю

- вуглекислота, донором електронів - метанол.

Розв’язання

У класифікації типів живлення у мікроорганізмів використову­ють термінологію, запропоновану в 1946 р. на симпозіумі у Колд Спринг Харбор. Розглядають типи живлення (трофії) щодо:

1) джерела енергії (хемо — хімічне, фото — світлове).

2) донора електронів (органо — органічна речовина, літо — неор­ганічна; неорганічними донорами електронів є Н₂, NH₃, H₂S, S, CO, Fe²⁺ та ін.).

3) джерела вуглецю (авто — вуглекислота, гетеро — органічна сполука).

Отже, згідно з умовою завдання, щодо джерела вуглецю ( метанол - органічна сполука) тип живлення визначають як гетеротрофію;

щодо джерела енергії (світло) — як фототрофію,

щодо донора електронів (метанол - органічна сполука) — як органотрофію.

Відповідно, тип живлення визначають як фотоорганогетеротрофія.

До фотоорганогетеротрофів належать як еукаріотичні мікроорганізми, так і прокаріоти.

Визначення виходу біомаси

Завдання 5. Концентрація нітрату амонію в середовищі для вирощування бактерій становить 1 г/л, а глюкози – 10 г/л. Розрахуйте теоретично можливий рівень біомаси.

Розв’язання

В даній задачі нітрат амонію виступає головним джерелом азоту, а глюкоза – вуглецю.

Вміст вуглецю в складі бактеріальної клітини становить 50% від сухої маси речовин.

Вміст азоту в складі бактеріальної клітини становить 10 – 14% від сухої маси речовин.

Для визначення рівня біомаси, якого можна досягнути при культивуванні бактерій на середовищі з 1 г/л нітрату амонію і 10 г/л глюкози потрібно спочатку розрахувати вміст елементного азоту в складі солі нітрату амонію та елементарного вуглецю в глюкозі.

Значення біомаси по азоту:

М(NH₄NO₃)=80г/моль ;

Отже, 80 г (NН₄NO₃) – 28 г N

1 г (NН₄NO₃) – х г N

х = (1∙28) /80 =0,35 г(N);

Відповідно, якщо в біомасі 10% азоту, то з 0,35 г азоту можна одержати 3,5 г /л біомаси.

Значення біомаси по глюкозі:

М(С₆Н₁₂О₆) = 180г/моль;

Отже, 180 г (С₆Н₁₂О₆) – 72 г С

10 г (С₆Н₁₂О₆) – х г С

х = (10 ∙ 72) / 180 = 4 г C;

Якщо у біомасі 50% карбону, то з г карбону можна одержати 4 г/л біомаси.

Глюкози надано вдосталь, тобто лімітуючого фактора не має і тому можливий рівень біомаси – 3,5 г/л.

Поживні середовища для вирощування грибів

Гриби володіють багатим набором ферментів, легко приспособлюються

до різних джерел живлення, можуть розвиватися на різноманітних субстратах, рослинного і тваринного походження, полімерних і інших матеріалів. В зв’язку з цим умови культивування, росту і спороутворення культур грибів надзвичайно різноманітні.

Поживні середовища для грибів умовно ділять на природні ( субстрати рослинного і тваринного походження ), напівсинтетичні і синтетичні. В наш

Час відома велика кількість синтетичних і напівсинтетичних середовищ для

Грибів, що відрізняються в основному за джерелом азоту і вуглецю та їх співвідношенням в середовищі. Джерелами азоту можуть бути білки, пептони, амінокислоти та ін.

Необхідно відзначити, що більшість мікроскопічних грибів в меншій степені, ніж бактерії, вимогливі до наявності в середовищі складних органічних сполук. В якості джерел неорганічного азоту для більшості грибів

Придатні нітратний і амонійний азот, також вони можуть засвоювати газо -подібний аміак, нітрати , нітрити і навіть атмосферний азот. В якості вуглеводвмісних компонентів в поживних середовищ для грибів додають мальтозу, сахарозу, глюкозу та інші цукри. Важливу функціональну і конструктивну роль в життєдіяльності грибів відіграють мінеральні речовини

(K, Mg, S, P, Fe, Zn, Mn, та ін.) і фактори росту.

При конструюванні поживних середовищ для грибів цілеспрямовано використовують окремі джерела вуглецю і азоту, причому концентрація джерела азоту повинна бути нижча концентрації вуглецю в 10...15 разів.

Для затримання росту бактерій до середовищ для виділення грибів додають антибіотики, знижують рН, а якщо це не бажано, додають бенгальський рожевий. Для пригнічення росту деяких грибів в якості селективних речовин

Використовують антибіотики ( ністатин, піраміцин, циклогексамід), а також двоокис вуглецю у високій концентрації, пропіонат кальцію, бичачу жовч, кристалвіолет.

Універсальні Середовища для виділення і культивування грибів.

Поживні середовища з мінімальним складом

Середовище Виноградського.

(NH₄)₂SO₂ – 4 г ,KH₂ PO₄ – 1г ,MgSO₄ – 0,5г ,NaCl- 2г ,FeSO₄- 0,4г, MgCO₃ – в надлишку, вола – 1 л.

Середовище Чапека

Сахароза – 30 г, NaNO₃ – 2 г, K₂HPO₄ – 1 г , MgSO₄ * 7H₂O – 0,5 г, KCl – 0,5 г , FeSO₄ * 7 H₂O - 0,01 г, агар – 20 г, вода дистильована – 1 л, рН біля 7,0

Компоненти послідовно розчиняють у воді, вносять агар і розплавляють його. Після чого додають сахарозу, встановлюють рН 7,3, розливають в посуд і стерилізують 30 хв при 117°С.

Склад середовища може бути змінений в широких межах в залежності від

Фізіологічних особливостей гриба. Для мікологічної практики частішуе за все рекомендують пропис з внесенням 30 г, сахарози (або глюкози), 1г КН₂РО₄ і рН біля 6,0.

Також можна замінити сахарозу глюкозою або гліцерином ( синтетичне середовище Лінденбайна), NaNO₃ - хлористим амонієм або 3 г/л NaNO₃, доводять рН до 6,6 і нижче ( 5,6...5,9), використовують водопровідну воду .

Для культивування багатьох актиноміцетів в вихідне середовище вносять ще 5 г пептону, розчиняють всі компоненти, встановлюють рН 7,0...

7,3. Потім додають агор, розплавляють його, середовище розливають в посуд

і стерилізують 15 хв при 121°С.

Середовище Саборо

Пептон – 10 г, глюкоза ( або мальтоза) – 40 г, агар – 18...20 г, вода дистильована – 1 л, рН 5,6...5,8.

Пептон і агар вносять в воду, підігрівають до розплавлення агару і,

Якщо потрібно фільтрують. Після чого додають цукор, ретельно перемішують і встановлюють рН 5,7...5,9. Потім розливають в стерильний посуд і стерилізують 30 хв при 112°С. Бульйон готують аналогічно, але без агару.

Середовище використовують в основному для виділення і культивування грибів і дріжджів.

Також часто використовуються: Розчин Ролена, Спрощене середовище Ролена, Середовище Ваксмана, Середовище Білай, Середовище Ганзена, Середовище Коха, Середовище Ешби, Середовище Іенсена, Середовище Кнопка, Середовище Макрінова, Середовище Надсона, Середовище Еттера, Середовище Гетчінсона, Середовище Ван-Ітерсона, Середовище Амстронга, Середовище Кера та багато інших

Розділ V „Енергетичний баланс окислення субстрату”

Завдання .

Скласти енергетичний баланс окислення глюкози за наступних умов:

а) катаболізм глюкози здійснюється за гліколітичним шляхом;.

б) Р/О – 2;

в) ізоцитратдегідрогеназа є НАДФ⁺ – залежним ферментом.

Примітка. Обов'язковим є наведення схеми окислення глюкози , за якою ведеться розрахунок.

Аналіз окисно-відновних потенціалів (див. таблицю) показує, що у дихальному ланцюгові є тільки три етапи окиснення, на яких вивільнюється стільки енергії, скільки міститься в одному макроергічному зв'язку. При перенесенні двох протонів від НАДН на кисень тільки три електронні переходи можуть бути спряжені з фосфорилюванням АДФ у АТФ. Такий зв'язок окиснення та фосфорилювання виражають у вигляді коефіцієнта Р/О.

Окисно-відновні потенціали компонентів дихального ланцюга, різниця потенціалів та еквівалентні зміни вільної енергії

Компоненти дихального ланцюга	Окисно-відновний потенціал Е01,В		Різниця потенціалів, В	-ΔG01, кДж/моль
Водень	-0,42	0,10 0,24 0,04 0,31 0,02 0,52		19,3 46,4 7,7 59,8 3,8 100,4
НАД	-0,32
Флавопротеїн	-0,08
Цитохром b	-0,04
Цитохром с	+0,27
Цитохром а	+0,29
Кисень	+0,81

Р/О — це число молекул АТФ, утворюваних у розрахунку на один атом кисню. У мітохондріальному дихальному ланцюгові цей коефіцієнт дорівнює трьом, якщо донор електронів є НАДН, і двом, якщо донор електронів ФАД. Відомі навіть пункти утворення АТФ, що видно з таблиці: дегідрування НАДН, окислення цитохрому b та окислення цитохрому а. Знаючи співвідношення Р/О, можна скласти енергетичний баланс окиснення субстрату.

Розв’язання

Згідно з умовою, катаболізм глюкози здійснюється через глюколіз , і НАДФ⁺ є залежним ферментом, тобто використовується в подальшому для конструктивного метаболізму.

Складемо схему катаболізму глюкози, яка буде складатися з двох частин:

• Катаболізм глюкози. Шляхом Ембдена – Мейэргофа – Парнаса;

• Цикл трикарбонових кислот. Цикл Кребса.

Глюкоза

АТФ

Глюкозо-6-фосфат

Фруктозо-6-фосфат

АТФ

Фруктозо-1,6-дифосфат

Гліцеральдегід-3-фосфат

2НАДН

1,3-Дифосфогліцерат

2АТФ

3-Фосфогліцерат

2-Фосфогліцкрат

Фосфоенолпіруват

2АТФ

Піруват

Рис. Катаболізм глюкози. Розщеплення через гліколіз і цикл три карбонових кислот: Глюкаліз:ферменти: 1 – гексокіназа;2 – глюкозофосфатізомераза;3 – фосфофрутокіназа;4 – фруктозодифосфатальдолаза;5 – триозофосфатальдолаза; 6 – гліцеральдегідрфосфатдегідроогеназа; 7 – фосфогліцераткіназа; 8 – гліцератфосфомутаза; 9 – енолаза; 10 - піруваткіназа

Складаємо енергетичний баланс окислення глюкози:

Так як Р/О =2 , то

1. моль НАДН (НАДФН) – 2 моль АТФ;

1. моль ФАД – 1 моль АТФ ;

При окисленні 1 моль глюкози до пірувату через гліколіз утворюється 2 моль НАДН і 2 моль АТФ ;

При дегідруванні 2 молей пірувату утворюється 2 моль НАДН;

У ЦТК утворюється :

- при окисненні ізоцитрату — 2 моль НАД(Ф)Н;

- при окисненні α-оксоглутарату — 2 моль НАДН; - при окисненні малату — 2 моль НАДН;

тобто всього 2 х 3 = 6 моль (НАДН + НАДФН)

• при окисленні сукцинату до фумарату – 2 моль ФАДН;

• при перетворенні сукциніл-КоА до сукцинату – 2 моль АТФ;

Отже, загальна кількість відновлювальних еквівалентів, утворених при окисленні глюкози, дорівнює: 2 + 6 = 8 моль (НАДН + НАДФН) і 2 моль ФАДН.

Отже, 8 ∙ 2 = 16 АТФ

2 ∙ 1 = 2 АТФ

Крім того, в процесі окислення утворилося 4 моль АТФ.

Маємо: 16 АТФ + 2 АТФ + 4 АТФ = 22 АТФ

При окисленні глюкози через гліколіз та за умови, що Р/О=2 і НАДФ⁺ є джерелом відновлювальних еквівалентів , кількість синтезованої АТФ дорівнює 22 моль.

Висновки

В процесі виконання курсової робрти, одержані такі результати:

• Швидкість росту – 0,035 год^-1 ;

• Рівень біомаси – 3,5 г/л ;

• Економічний коефіцієнт – 35%;

• Тривалість лаг-фази – 16 годин;

• Константа швидкості поділу – 4,153 год^-1;

• Тривалість генерації – 0,2 год;

• Теоретично можливий рівень біомаси – 3,5 г/л;

• Енергетичний баланс – 22 молекули АТФ.