Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Для непрерывной культуры зависимость интенсивности процесса от содержания С02 в газовой фазе получена в работах Я. В. Войтович и др. (1969, 1971).
Эта зависимость, представленная на рис. 16, может быть описана уравнением Михаэлиса—Ментен:
И = Ита х'С/Кт С. (4)
Кт по Н2С03, рассчитанное для кривой (я (рС02) при х = 2 г/л, составляет ~5,7 • 10~4 М. Этот результат близок к данным Р. Репаске [Repaske е. а., 1971].
Таким образом, сродство к растворенной углекислоте, а точнее к иону бикарбоната, проточной культуры водородных бактерий при оптимальных или близких к оптимальным условиям Может быть охарактеризовано константой Кт, равной приблизительно 6 • 10—4 М. Константа урожая по углекислоте как конструктивному субстрату — величина сравнительно стабильная, равная 0,55 г биомассы/г С02. Отклонения могут наблюдаться лишь при глубоких нарушениях метаболизма при возрастании
36
деструкционных процессов. Концентрация СОа в газовой фазе, которую необходимо обеспечить для интенсивного роста проточной культуры водородных бактерий, не превышает 5%, а при низких плотностях популяции снижается до 1%. В целях более экономного расходования углекислоты процесс желательно проводить с поддержанием pH и рС02 у нижней границы оптимальной зоны и при высоких концентрациях биомассы.
ПОТРЕБЛЕНИЕ КИСЛОРОДА РАСТУЩЕЙ КУЛЬТУРОЙ ВОДОРОДНЫХ БАКТЕРИЙ
Кислород необходим клеткам аэробных микроорганизмов прежде всего как конечный акцептор электронов в дыхательных цепях. В незначительных количествах он может включаться в биомассу через оксигеназные реакции. Для водородных бактерий установлена оксигеназная функция РуДиФ-карбоксилазы [Веденина, Романова, 1975]. Физиологическое состояние клеток, темпы их роста и размножения во многом определяются действием кислорода как индуктора или репрессора некоторых энзиматических систем, в частности систем, связанных с катаболизмом.
В определенных концентрациях кислород токсичен и для аэробных организмов. Механизмы его токсичности разнообразны. Они могут быть связаны с самоокислением цитохромов, пе-реокислением липидов, накоплением свободных радикалов и т. д.
Толерантность к кислороду проявляется у водородных бактерий в различной степени. Такие виды, как Ps. vitreum, Ps. fla-va и Ps. rulandii, чувствительны к 02 и требуют в накопительной культуре не более 2—8% 02 в газовой фазе [Packer, Vishniac, 1955], другие виды — Alcaligenes eutrophus, Ps. fasilis, Ps. pantotropha лучше растут при концентрации 02 > 15 % в газовой фазе [Repaske, 1966]. Правда, сравнивать активности кислорода по его концентрации в газовой фазе можно лишь при условии использования близкой по коэффициенту массопередачи аппаратуры для культивирования бактерий.
Кинетика потребления кислорода культурой аэробных Микроорганизмов характеризуется такими тесно связанными понятиями, как скорость потребления, измеряемая количеством кислорода, поглощенного единицей массы культуры в единицу времени (q г 02/г-ч), и константа урожая (у), измеряемая количеством биомассы, синтезируемой на единицу потребляемого субстрата (г сух. в-ва/г 02). Константа урожая — экономический коэффициент использования субстрата. Эти величины Связаны уравнением
у = pxlqx - ii/q, (5)
37
где х — концентрация биомассы; |л — удельная скорость роста культуры. Важнейшим параметром, от которого зависит интенсивность роста и дыхания микроорганизмов, служит концентрация растворенного 02 в околоклеточной среде Со2.
За последние годы накоплено достаточно много фактического материала о влиянии растворенного кислорода на дыхание и рост. Показано существование критического уровня растворенного 02, ниже которого интенсивность дыхания падает, а выше в некотором более или менее широком интервале остается постоянной. С о,, крит~ один из основных показателей отношения микроорганизмов к кислородному режиму среды. Он определялся для многих микроорганизмов [Сейц, 1967; Наг-'rison, 1972; Перт, 1978] при помощи полярографической техники измерения. Для большинства исследованных микроорганизмов С02крит лежит в интервале 0,004—0,02-10~3 М, т. е., как правило, не превышает нескольких процентов от концентрации, равновесной с воздухом.
По данным многих авторов, зависимость дыхания от Со2 в лимитированной области описывается кинетикой Михаэлиса— Ментен. Величина Кт оценивается, например, в 1,4-К)-4 М у Torula utilis или 0,2-Ю-5 М у Pseudomonas [Перт, 1978]. Низкую величину Кт для дыхания обычно связывают с низким значением Кт для реакции цитохромоксидазы с кислородом, которая равна 8-10-6 М. Н. И. Васильев и др. (1975) предлагают рассчитывать Со2Крит по формуле
Со2крит = (Ю - 15) Кт + д (RJSm), (6)
где — сопротивление переносу 02 из жидкости в клетку; Sкл — поверхностная площадь клетки.
Работами А. Б. Лозинова и др. [1975; Матяшева и др., 1978] на дрожжах показано, что при участии в дыхании других терминальных оксидаз С7>2 крит может заметно возрастать. Этим, в частности, авторы объясняют и наблюдавшиеся факты расхождения этой величины для дыхания и роста. Кроме того, определено, что С0а крит и Кт могут значительно варьировать в зависимости от субстрата окисления. Во многих случаях кинетика Михаэлиса — Ментен не сохраняется и наблюдается возрастание скорости дыхания с понижением Со2-
