Stiri Online, Enciclopedie, Revista presei

Căile de conversie a surselor nutritive

in Biologie/Chimie

Microorganismele, ca entităţi biologice, sunt echipate / dotate cu o serie de sisteme şi mecanisme celulare pe baza cărora reacţiile biochimice care au loc la nivelul lor pot să le pună la dispoziţie energia şi elementele biogene care sunt preluate sau obţinute din mediul de cultură.

Toate aceste procese se realizează printr-o reţea complicată şi variată de procese care alcătuiesc căile metabolice celulare. Prin urmare, căile metabolice nu sunt altceva decât secvenţe de reacţii chimice catalizate enzimatic care permit microorganismelor să-şi obţină din sursele nutritive atât compuşii necesari propriilor sinteze, cât şi energia necesară realizării acestora. La microorganisme se cunosc până în prezent 4 tipuri de căi metabolice:

1.Căi catabolice;
2.Căi anabolice;
3.Căi amfibolice;
4.Căi anaplerotice.

Căile catabolice reprezintă o succesiune de reacţii biochimice implicate în degradarea substanţelor nutritive din mediu şi eliberarea de energie necesară desfăşurării procesului celular.
Reacţiile de catabolism evoluează în 3 faze:

1.Faza care corespunde degradării moleculelor sursei nutritive în unităţi mai mici ca de ex, proteinele în AA, glucidele în hexoze, lipidele în acizi graşi şi glicerol.

2.Faza care corespunde etapei în care aceşti compuşi rezultaţi în faza anterioară sunt degradaţi mai departe incomplet, eliberându-se o treime din energie, CO2, apă şi un număr relativ mic de intermediari metabolici.

3.Faza cu o evoluţie diferită în funcţie de tipul de microorganisme. De ex, în cazul celor aerobe care metabolizează sursele nutritive integral, adică până la CO2 şi apă, calea de desfăşurare a acestei faze este ciclul acizilor tricarboxilici (ciclul Krebs) cuplat cu un proces de fosforilare oxidativă.

Microorganismele anaerobe care nu pot efectua conversia completă a sursei de C până la CO2 şi apă realizează această fază prin reacţii de fermentaţie ca de ex, fermentaţia alcoolică, lactică, butirică, propionică etc. în care produşii căilor metabolice servesc direct sau indirect ca donatori, respectiv acceptori de H+ în secvenţe de reacţii de oxidoreducere cuplate. Energia care se eliberează în acest caz este mult mai redusă faţă de cazul microorganismelor aerobe.

Căile anabolice sunt căi de biosinteză. Reacţiile biosintetice se realizează tot în 3 faze succesive, dar în sens invers decât în cazul catabolismului. Procesul constă în conversia micromoleculelor rezultate în faza a treia a catablismului la molecule mai mari ce reprezintă faza a doua şi mai departe acestea se asamblează în macromolecule de proteine, lipide sau glucide.

Căile amfibolice sunt acele căi metabolice care îndeplinesc în acelaşi timp funcţia de eliberare de energie şi cea de furnizare a unor precursori pentru biosinteză. Aceste căi au fost descoperite prin studii cu un mutant de E. coli incapabil să formeze citrat şi lipsit de posibilitatea de a oxida glucoza. Acest mutant îşi obţinea energia pe o cale nespecifică, calea glicolitică, deci era incapabil de a utiliza ciclul Krebs şi de a sintetiza acidul glutamic şi familia de AA derivaţi din acesta.

Ca urmare, acest mutant nu se putea dezvolta pe medii lipsite de glutamat sau α-cetoglutarat şi se dezvolta foarte bine pe medii care conţineau ca unică sursă de C acidul glutamic sau precursorul său, prolina.

În aceste condiţii, deşi formarea de citrat este blocată, reacţiile din acele părţi ale căilor centrale neafectate de leziunea metabolică produsă de mutaţie sunt suficiente pentru furnizarea precursorilor necesari sintezelor celulare.

Căile anaplerotice. Deoarece intermediarii căilor amfibolice sunt în permanenţă îndepărtaţi pe de o parte în cursul fazei a treia a catabolismului cu eliberare de energie şi pe de altă parte prin utilizarea lor în diferite biosinteze, funcţionarea multor cicluri este condiţionată de asigurarea unei reaprovizionări permanente cu intermediarii utilizaţi. Această funcţie este asigurată de o serie de căi metabolice auxiliare numite căi anaplerotice. Ele sunt considerate căi suplimentare de producere a intermediarilor metabolici.

Importanţa practică a cunoaşterii exigenţelor nutritive
ale microorganismelor

Funcţionarea şi interacţiunile celor 4 tipuri de căi metabolice au loc în mod perfect coordonat atât datorită reacţiilor complexe care asigură reglarea activităţii lor, cât şi datorită posibilelor adaptări ale microorganismelor la mediile în care trăiesc. Cunoaşterea exigenţelor nutritive ale microorganismelor oferă biotehnologului posibilitatea intuirii căilor metabolice ale producătorului, precum şi posibilităţile lui de biosinteză a produsului pentru care este cultivat.

O cunoaştere necorespunzătoare a exigenţelor microorganismului producător sau utilizarea în reţetele de mediu a unor ingrediente necorespunzătoare cerinţelor microorganismului poate duce la blocarea sintezei unor substanţe şi deci la scăderea randamentului de producţie.
Metode şi sisteme de cultivare a microorganismelor
folosite în biotehnologii

Prin cultivarea unui microorganism se înţelege totalitatea operaţiilor şi lucrărilor prin care se urmăreşte asigurarea condiţiilor de creştere, multiplicare şi producere de substanţe într-un sistem tehnologic dat. Metodele de cultivare a microorganismelor sunt foarte diferite şi în mare parte dependente de procesul pentru care a fost creat producătorul.

Orice proces biotehnologic, înainte de a fi elaborat, necesită conceperea unei metodologii de cultivare în cadrul unui sistem de cultivare bine delimitat.

Metodologia elaborării unui sistem de cultivare

Datorită diversităţii mari a tipurilor de produse şi de metaboliţi pentru care sunt cultivate microorganismele, stabilirea unei metodologii universal valabile este greu de realizat. Privită însă în ansamblu şi la modul general, metodologia elaborării unui sistem de cultivare este posibil de realizat.

La elaborarea unui sistem de cultivare trebuie să se ţină seama de o serie de factori:

1.Forma sub care trebuie cultivat microorganismul (la suprafaţa mediului sau submers).

2.Tipul de microorganism utilizat (aerob sau anaerob).

3.Condiţii de sterilitate (severe sau mai puţin severe).

4.Condiţii de multiplicare (culturi continui sau discontinui).

O metodologie de cultivare a unui microorganism cuprinde următoarele 3 etape:

1.Obţinerea inoculului vegetativ de laborator.

2.Obţinerea inoculului vegetativ de instalaţie în industrie.

3.Cultivarea pe instalaţie în vederea obţinerii produsului dorit.

Obţinerea inoculului vegetativ de laborator este etapa în care microorganismul producător este trecut din starea de latenţă în starea de multiplicare activă, adică trecerea lui pe un mediu care să-i asigure o temperatură optimă de dezvoltare. Pe parcursul acestei etape se va urmări obţinerea unei culturi viabile, viguroase şi cu posibilităţi de multiplicare rapidă.

Obţinerea inoculului vegetativ de instalaţie este etapa în care cultura microbiană trebuie multiplicată la un raport de 1/10 din capacitatea vaselor folosite în proces. Pe parcursul acestei etape, procesul trebuie orientat astfel încât microorganismul producător să-şi dezvolte un potenţial corespunzător etapei de producţie.

Cultivarea pe instalaţie în vederea obţinerii produsului dorit este etapa în care microorganismul este trecut în sistemul de producţie. Aici microorganismului trebuie să i se asigure atât condiţii de creştere, dezvoltare, cât şi de producere a produsului de biosinteză.

Se cunosc mai multe tipuri de sisteme de cultivare. Ele se clasifică după următoarele criterii:
A.După modul de desfăşurare a procesului:
•Sisteme de cultivare discontinui.
•Sisteme de cultivare continui.
•Sisteme de cultivare sincrone.

B.După necesităţile în aer a microorganismului producător:
•Sisteme aerobe / agitate.
•Sisteme anaerobe / staţionare.

C.După modul în care trebuie cultivat microorganismul:
•Sisteme de cultivare submerse.
•Sisteme de cultivare la suprafaţă.

Sistemele de cultivare discontinui sunt sisteme în care microorganismul producător îşi parcurge ciclul său de funcţionare, după care procesul trebuie reluat. Pe parcursul acestui ciclu se disting mai multe faze specifice unei culturi microbiene.

În cadrul acestui sistem de cultivare intervin o serie de factori care limitează producţia de metaboliţi. Astfel, epuizarea substanţelor nutritive din mediul de cultură şi acumularea de substanţe toxice rezultate din metabolism fac ca microorganismul producător să-şi diminueze creşterea, multiplicarea şi producerea de produşi utili. Epuizarea substratului din mediul de cultură duce la stagnarea culturii şi în final la moartea producătorului.

Sisteme de cultivare continui. În cadrul acestor sisteme, faza exponenţială se poate prelungi pe o perioadă de timp de zile sau săptămâni. Într-un astfel de sistem de cultivare, cultura microbiană este permanent alimentată cu substanţe nutritive, ceea ce face ca procesele de biosinteză să se desfăşoare la valori superioare.

Un sistem clasic de cultivare continuă este cel de tip chemostat. Este un sistem de cultivare deschis în care adăugarea mediului de cultură proaspăt se face la rate de diluţie constante, în sistem realizându-se continuu o amestecare. În cadrul sistemului chemostat rata de introducere a mediului proaspăt este egală cu rata de scoatere a unei cantităţi din lichidul de cultură ce urmează a fi prelucrat.

Instalaţiile de cultivare de tip chemostat sunt relativ simple, dar ele trebuie astfel concepute încât să asigure următoarele condiţii:

•Cultura trebuie să fie închisă într-un spaţiu steril pentru a se evita contaminarea.

•Să ofere posibilităţi de modificare a ratei de diluţie, adică să prezinte dispozitive de reglare a cantităţii de mediu care urmează a fi introdusă în sistem.

•Să ofere posibilităţi de menţinere a volumului culturii constant.

•Cultura să fie suficient de agitată astfel încât fluxul de mediu introdus în cultură să fie dispersat instantaneu şi omogen.

•Să ofere posibilităţi de păstrare a oxigenului solvit la un nivel superior fără a se limita creşterea şi producerea de metaboliţi.

•Să ofere posibilităţi de reglare a temperaturii în chemostat, a pH-ului culturii, a oxigenului solvit şi a CO2 rezultat.

loading...
DESCARCA APLICATIA CYD PE MOBIL
Aplicatie CYD Google Play

Nu sunt un artist, nu sunt un talentat scriitor, sunt om ca si tine. Doar ca diferentele dintre mine si tine o fac obiceiurile noastre si viata pe care o traim. Nu ne invartim in aceleasi anturaje, nu avem acelasi limbaj, la dracu nici macar nu ne cunoastem, dar sigur avem de impartit idei sau am avut aceleasi idei o data, desi repet nu ne cunoastem.

Nu te stiu, nu te cunosc, nu te vad, nu te ating, nu te caracterizez, nu te critic, nu te injur, nu te admir, nu te laud, dar tu poti sa ma critici, aplauzi, caracterizezi, poate chiar si sa ma apreciezi. E dreptul tau, e timpul tau.

Latest from Biologie

LIKE-ul tau CONTEAZA!Ti-a placut articolul si ai dat LIKE? Inchide aici
Mergi la Sus

Copyright © 2016 by CYD.RO. Toate drepturile sunt rezervate
Designed by Dianys Media Solutions - realizare site web - creare site web