🗊Презентация Кинетика микробиологических процессов

Дисциплина: Математическое моделирование биотехнологических процессов Тема: «Кинетика микробиологических процессов»

ПЕРИОДИЧЕСКОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ Периодической системой культивирования называют систему, в которой после внесения микроорганизмов в питательную среду не производится ни добавления, ни удаления каких-либо компонентов. Периодическая система может поддерживать размножение клеток в течение ограниченного времени, на протяжении которого состав питательной среды изменяется от благоприятного (оптимального) для их роста до неблагоприятного, вплоть до полного прекращения процесса размножения.

Способы определения количественных параметров роста микроорганизмов Удельная скорость роста (µ) – отношение числа или веса (в граммах) образовавшихся за единицу времени клеток к общему числу или весу (в граммах) клеток. Обычно µ выражают в доле прироста за 1 час: Время генерации характеризуется временем удвоения количества биомассы или числа клеток – g: Скорость роста V характеризует абсолютный прирост биомассы за единицу времени:  Экономический коэффициент Y определяется соотношением:

Лимитирование микробного роста концентрацией субстрата заключается в следующем: чем выше концентрация субстрата, тем больше удельная скорость роста, но не больше максимально возможной для данной микробной культуры и для данных условий культивирования.

Уравнение зависимости скорости роста культур микроорганизмов от концентрации лимитирующего субстрата:

Ингибирование и активация роста микроорганизмов Конкурентное ингибирование

Обратимое ингибирование Обратимые ингибиторы связываются с ферментом слабыми нековалентными связями и при определённых условиях легко отделяются от фермента Конкурентное ингибирование К конкурентному ингибированию относят обратимое снижение скорости ферментативной реакции, вызванное ингибитором, связывающимся с активным центром фермента и препятствующим образованию фермент-субстратного комплекса. Такой тип ингибирования наблюдают, когда ингибитор - структурный аналог субстрата, в результате возникает конкуренция молекул субстрата и ингибитора за место в активном центре фермента. В этом случае с ферментом взаимодействует либо субстрат, либо ингибитор, образуя комплексы фермент-субстрат (ES) или фермент-ингибитор (EI). 

Обратимое ингибирование

Необратимое ингибирование Необратимое ингибирование наблюдают в случае образования ковалентных стабильных связей между молекулой ингибитора и фермента. Чаще всего модификации подвергается активный центр фермента, в результате фермент не может выполнять каталитическую функцию. Механизм действия ферментов: Ряд соединений легко вступает в реакции с определенными химическими группами. Если эти группы участвуют в катализе, то происходит полная инактивация фермента.

Ингибирование и активация роста микроорганизмов Полное конкурентное ингибирование   В этом случае удельная скорость роста в экспоненциальной фазе определяется выражением:  = (m S)Ks(1+ i/Ki) + S где i – концентрация ингибитора; Ki – константа ингибирования

Ингибирование и активация роста микроорганизмов Неконкурентное ингибирование  Удельная скорость роста культуры в этом случае определяется формулой:  = mS(Kr + r)/(Kr + r)/(Ks + S) где Kr – константа активации;  – коэффициент; r – концентрация активатора

Влияние температуры на рост микроорганизмов Для каждого из микроорганизмов существует минимум, оптимум и максимум температурного режима для роста. По этому свойству микробы подразделяются на три группы:

Уравнение зависимости роста от температуры При термообработке это число жизнеспособных клеток (N) микроорганизмов будет изменяться со временем: где: k – зависящая от температуры константа скорости гибели микроорганизмов, N – число жизнеспособ-ных клеток микро-организмов, t – время

Влияние низкой температуры Низкие температуры замедляют рост микроорганизмов, но не убивают их. При температуре ниже 0 °С большинство микробов прекращают размножаться, некоторые из них постепенно отмирают. Установлено, что при температуре ниже 0 °С большинство микроорганизмов впадают в состояние, похожее на анабиоз, сохраняют свою жизнеспособность и при повышении температуры продолжают свое развитие.

Жизнедеятельность микроорганизмов зависит от концентрации водородных (Н+) или гидроксильных (ОН-) ионов в субстрате, на котором они развиваются. Для большинства бактерий наиболее благоприятна нейтральная (рН около 7) или слабощелочная среда. Высокая кислотность среды (рН ниже 4,0) препятствует развитию бактерий, однако плесени могут продолжать расти и в более кислой среде. Большинство организмов лучше растет, когда концентрации ионов Н+ и ОН- примерно одинаковы (рН=7,0).

Интегральная форма уравнения роста культуры микроорганизмов

Интегральная форма уравнения роста культуры микроорганизмов

Спасибо за внимание!