Занятие тема занятия: Регуляция биосинтеза биологически активных веществ в условиях промышленного производства

Для выращивания любой культуры необходимы:

1. 
   жизнеспособный посевной материал;
   
2. 
   источники энергии и углерода;
   
3. 
   питательные вещества для синтеза биомассы;
   
4. 
   отсутствие ингибиторов роста;
   
5. 
   соответствующие физико-химические условия.
   

Если эти требования выполнены, то скорость роста (увеличения биомассы) одноклеточных микроорганизмов с бинарным делением, размножающихся в условиях хорошо перемешиваемой периодической культуры, будет пропорциональна концентрации микробной биомассы, т.е.

dх/dt = mх, (1), где

dх/dτ – скорость роста;

μ – коэффициент пропорциональности (удельная скорость роста);
х – концентрация биомассы.
При любой количественной оценке роста микроорганизма или синтеза конечного продукта необходимо связать образование микробной биомассы и продуктов с расходованием субстратов и питательных веществ. Для описания соотношения между ростом микроорганизма и потреблением углеродного энергетического субстрата были введены понятия урожая бактериальной культуры и выхода биомассы.
В математической форме коэффициент выхода микробной биомассы Υx/s:

Υx/s= - dx/ds, где

ds – бесконечно малое уменьшение концентрации субстрата, соответствующее бесконечно малому увеличению концентрации микробной биомассы dx..

Знак «-» в формуле указывает, что знаки изменения x и s противоположны.
Так как при постоянных условиях роста, коэффициент выхода остается постоянным и если ввести обозначения: x_о и s_о – концентрации субстрата и биомассы в момент времени t_о, а x и s – в момент t, то получим следующее выражение для расчета коэффициента выхода микробной биомассы;

(x- x_о)= Υx/s (s_о - s) (2)

Υx/s – переменная величина, зависящая от условий культивирования.

Понятие коэффициента выхода можно распространить на все разнообразие питательных веществ, используемых растущими микроорганизмами и все получающиеся продукты.
При оценке относительной эффективности биохимических путей, лежащих в основе роста и метаболизма микроорганизмов, широко применяют понятие молярного урожая биомассы, позволяющее учесть число электронов, поступающих от субстратов, а также суммарное количество потребляемой энергии.
Когда микроорганизмы растут на хорошо растворимых субстратах, коэффициент выхода и коэффициент конверсии совпадают, но при росте на плохо растворимых и несмешивающихся субстратах они могут заметно различаться.
Коэффициент конверсии можно определить как количество микробной биомассы, образующейся на единицу массы субстрата.
Для описания процесса образования какого-либо продукта микроорганизмов, растущих на данном субстрате можно воспользоваться уравнением:

Yp/s = - dp/ds.

Или данное выражение можно записать иначе;

(p - p_о) = Yp/s(s_о - s), где

Yp/s - коэффициент выхода продукта;

dp – бесконечно малое увеличение концентрации продукта;
p - p_о - исходная концентрация продукта и концентрация его в момент времени t.