BIM SB 2001
A mikrobaszaporodás alapösszefüggései
TÁPOLDATOK, TÁPTALAJOK
HOZAMKIFEJEZÉS ÁLTALÁNOSITÁSA
dx dx ∆x dt µ x µ x = = = = − Yx/si vagy = -Yi dSi ∆S dS µ S QS dt
Fermentációs tápoldatok
BIM2 2002
MIKROORGANIZMUSOK TÁPANYAG IGÉNYE TERMELŐKÉPESSÉG
KÖRNYEZET
GENOM
Néhány mikroba összetétel összetétel a sejt szárazanyag százalékában Mikroorganizmus Saccharomyces cerevisiae Methylomonas methanolica Penicillium chrysogenum
C 45 45,9 43
H 6,8 7,2 6,9
0 30,6 35,0
N 9,0 14,0 8,0
S 2,6
1
Fermentációs tápoldatok
BIM2 2002
C-forrás + N-forrás + O2+ ásványi sók + +speciális tápanyagok (pl. vitamin) → →új sejttömeg(∆X) + termék(ek) + CO2 + H2O
Tápanyag igény
Tápoldatok
szintetikus félszintetikus természetes alapú
Fermentációs tápoldatok
BIM2 2002
Alapvető nutritív igények VÍZ
70-90 %-a a M-nak víz! Csapvíz, desztvíz, ionmentes víz, pirogénmentes víz Tárolás st. nélkül befertőződik! műanyagedény: lágyítók! USA: rigorózus előírások Type I Type II 18 mΩ
ENERGIA külső energiaforrás igény LITOTRÓFOK
fotolitotrófok és cianobaktériumok SZERVETLEN EN. FORRÁS H2S v H2O kemolitotrófok Sulpholobus S Nitrobacter NO2-
FÉNY
SO4-NO3-
2
Fermentációs tápoldatok
ORGANOTRÓFOK
BIM2 2002
fotoorganotróf Rhodospirillum hν szerves elakceptor
+
malát piruvát (el. acceptorok)
kemoorganotrófok L E G N A G Y O B B R É S Z T!!!
AUTOTRÓFOK: CO2
SZÉN
HETEROTRÓFOK: szerves C
FŐ TÁPOLDATKOMPONENSEK
Fermentációs tápoldatok
ARCHAEA H2 el. donor higrogénbakt O2 Methanobacter fény
HIDROGÉN FŐ TÁPOLDATKOMPONENSEK
BIM2 2002
Szerves vegyületekből, vízből OXIGÉN
Külön téma!!!!
Aerob/anaerob NITROGÉN
N-fixálás
Azotobacter Rhizobium
nitrogenáz
Általában: NH4+, NO3-, v. szerves N MINOR
elemek
MIKRO BIOSZANYAGOK:
vitaminok, aminosavak, Pu,Pir., lipidek........
3
Szerves anyag fogyasztók
BIM2 2002
SZERVES
HETEROTRÓFOK AUTOTRÓFOK
SZÉNDIOXID
SZÉNFORRÁS
KÉMIAI ENERGIAFORRÁS FÉNY KEMOORGANOTRÓF Legtöbb baktérium,gomba…mi
SZERVES ...glükóz...
KEMOLITOTRÓF H-,S-,FeDenitrifikálóbaktériumok
SZERVETLEN en.forrás H2S, S, S2O32-, H2, Fe(II), NH3, NO2,
FOTOOORGANOTRÓF Bíbor (nem kén-)baktérium. Néhány eukarióta alga
SZERVES ...glükóz...
ELEKTRON DONOR
FOTOLITOTRÓF Zöld növények, eukarióta algák (fényben) Blue/green algák Cianobaktériumok Fotoszint.baktériumok
SZERVETLEN H2O, H2S, S...
ELEKTON DONOR
(És mi az elektron akceptor??
Nettó szerves anyag termelők
4
NAD
5
(6 C-atom)
glükóz
ATP ADP
CUKOR KATABOLIZMUS
G-6-P F-6-P
ATP Glikolízis (Embden, Meyerhof ADP F-1,6-diP Parnas ) Gliceraldehid-P (3C-atom) – legtöbb baktérium 2H 1,3-diP-glicerát – Állati és növényi sejtekADP ATP
3-P-glicerát 2-P-glicerát
Citrátkör(SzentgyörgyiCitrátkör(Szentgyörgyi-Krebs)
ADP ATP
CO2
PEP Pyr
2H
Ac-CoA
Oxálacetát
2H
citrát NAD
Malát
Cis-akonitát
Fumarát
CO2
Szukcinát
2H
2H
koenzimQ
CO2
i-citrát
α−keto-glutarát
2H
2*3 CO2 + 5*2H = C6H12O6
Glikolízis NAD
NADH
Glucose
Pyruvate
C6
C3 ADP
ATP
6
Citromsav ciklus Szentgyörgyi-Krebs ciklus Pyr+ CoA+NAD+ Piruvát- dehirogenáz Acetil-CoA+ CO2+ NADH
AcCoA
6 4
glioxilát
Pyr+ CO2+ ATP 6
5
Piruvát- karboxiláz
Oxaloacetát+ADP +Pi anaplerotikus
Az oxigén szerepe , légzés 1/2O2
FP2
NAD
FP1
KoenzimQ
cyt b
2e-
cyt c
cyt a
cyt a3
2H+
KJ 0,4
NAD
H2O
ATP
ATP
ATP
0,27 V 51,2 kJ
168
Q
b
c
0,22 V 41,6 kJ
a
84
0,53 V 100 kJ
-0,8
a3 ADP + P i
ATP + H 2O
∆Gο=+7,3
kcal =30,7 kJ
7
Krebs Cycle (C4-C6 intermediate compounds) NAD
Pyruvate
NADH 3CO2
(C3)
(C1)
Oxidative phosphorylation NADH
O2 ADP
NAD
H2O
ATP
8
NADH visszaoxidálása
egy sor anyagcseretermék, más elektronakceptorok
egy sor anyagcseretermék: heterolaktikus fermentáció
1 egy sor anyagcseretermék: anaerob NADH regeneráló anyagcsereutak, végtermékek
glicerin CO2 H2
G R
Oxaloacetát
Borostyánkősav
R
Szukcinil-CoA Propionsav
TEJSAV
Trióz-P
Formiát
R
Propanol
VAJSAV
R
CO2
Acetolaktát
AcCoA
Acetoacetil-CoA Butiril-CoA R BUTANOL
R
AcO
Pyr
Etanol Acetoin R 2,3-butándiol
CoA, CO2 ACETON IZOPROPANOL
PROPANOL
9
NADH visszaoxidálása: más elektronakceptorok Energiaforrás (redukáló=oxi-
Oxidáns (terminális elekt-
dálódó vegyület)
ron akceptor)
*H2 *Szerves veve-
Respiráció termékei
Példa
SO42-
H2O+S2-
Desulfovibrio
NO3-
N2+CO2
Denitrifikáló baktérium baktérium
NO3-
N2 +elemi S
Thiomargarita
gyület
S2- +
BIOSZINTÉZIS Primer anyagcsere
TROPOFÁZIS
Szekunder anyagcsere IDIOFÁZIS
kiegyensúlyozott növekedés balanced growth
kiegyensúlyozatlan növ, fenntartás: folyik a primer anyagcsere részben: másfelé
10
Fermentációs tápoldatok
BIM2 2002
„REDUKÁLÓ ERŐ” REDUKÁLT ÜZEMANYAG ENERGIA FORRÁS
OXIDÁLT ÜZEMANYAG
KATABOLIZMUS NADH NADPH
NAD+ NADP+ (REDUKTÍV) BIOSZINTÉZIS ANABOLIZMUS
OXIDÁLT PREKURZOR
REDUKÁLT BIOSZINTÉZIS TERMÉK
Fermentációs tápoldatok
BIM2 2002
Ipari táptalajok
11
