미생물 생장곡선

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미생물 생장곡선에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 미생물의 생장과 증식

A. 세포분열
B. 집단생장
C. 동기생장(Synchronous growth)
D. 생장곡선(Growth curve)
E. 미생물 생장의 측정
F. 생장과 영양분의 농도
G. 생장수율(Growth yield)
H. 연속배양(Continuous culture)


2. 세포증식 동역학

본문내용

tant, b: lenth of medium
Beer's law : - log I/Io = - log T = K2 X C
K2: constant, C: concentration of absorbing substance
Lambert-Beer law: - log I/Io = - log T = A = abc
a: extinction coefficient(K1,K2: constant)
b: 1 cm, a: L mol cm-1, c: mol/L
- 분산된 광량은 nephlometer(탁도기)로 측정 →분산도(klett 단위)로 표시
◇ 배양액의 생체량 증감의 상대적 평가법
- 미생물 집단의 총 단백질량, 총 질소량, 핵산양, ATP의 양 등 측정
- 미생물 집단의 생화학능력, 대사능력 평가
- 생균만 염색시키는 형광염료 사용 → 세포내에 결합된 형광염료의 양 측정(fluorospectrophotometry) → 상대적인 배양액의 생균성 평가
F. 생장과 영양분의 농도
◇ 영양분의 농도: 총 생장(total growth), 생장속도(growth rate)에 영향
- 일정한 영양분의 농도 범위안 → 생장속도와 총 생장 : 영양분 농도에 비례
- 일정 농도 이상 → 생장속도 일정 유지, 총 생장수확량만 변화
◇ 저농도의 영양분 : 생장수확량 적음
- 대사 합성에 요구되는 영양분의 양 < 세포막 통과 영양분의 양
◇ 영양분의 농도 > 한계 → 생장 속도 최대 → 생장수확량만 농도에 비례해 증가
G. 생장수율(Growth yield)
◇ 생명유지 에너지: 생명을 유지하기 위해 필요한 최소한의 에너지
- 생장 : 보다 많은 에너지 소모
◇ 생장수율: 소모된 영양분의 양과 생장 결과 얻어진 세포수확량 또는 생체량(cell yield, biomass)의 비율로 표시
- y = (X-XO)/C, X : 배양액의 생체량, XO : 접종 초기의 생체량, C : 제한영양분의 농도
◇ 생장수율의 측정
- 어떤 영양소에 대해서도 측정 가능
- 얻어진 생장수율 →배지속의 제한영양분의 농도 측정 가능 : 생측정 또는 생분석*(bioassay)
* 특정 제품속의 미량 함유 아미노산이나 비타민 등의 생장촉진물 검량에 많이 사용
- 생측정: 간단, 강도 높고, 방법의 독특성 높이 평가
◇ 에너지수율(YATP) = 세포수확량/ATP mole
- 세포수확량(cell yield) 또는 생체량(biomass) : 생장 결과 얻어진 값
- 에너지 수율: 한 분자의 ATP 소모에 의해 얻어진 세포수확량 또는 생체량
- 영양기질이 분해되는 과정에 따라 생성되는 ATP의 양은 다름
- 미생물의 YATP = 9~10 gram dry weight/ATP mole 로 일정
H. 연속배양(Continuous culture)
◇ 정치배양(batch culture)
- 일정한 농도의 영양분이 들어 있는 정량의 배지에서 배지 성분의 재공급 없이 세포를 배양
- 어느 기간 동암만 대수적으로 증식
- 영양분의 고갈과 노폐물의 축적 →세포의 사멸
◇ 연속배양
- 배양기에 계속 새 배지 공급 →세포가 게속 대수적 생장
- 연속배양장치(chemostat) 사용
◇ 연속배양장치
- 보관통, 배양통으로 구성
- 배지 보관통으로 부터 일정량의 배지 배양통의 유입
- 배양통에서 유입된 양반큼의 배양액 유출 →항상 동량의 배양액 유지
- 배양통의 세포수, 세포밀도, 생장속도와 영양분 사이에 안정한 관게(steady state) 유지
- 연속배양기속의 세포의 생장속도 : 새로이 유입되는 배지의 유입속도(희석속도)와 특정 영양분의 한정된 농도에 의해 조절
◇ 희석속도의 범위: 비교적 넓다
- 유입된 영양소의 농도가 극히 낮거나 배지의 유입속도가 극히 빠를때 → 평형상태 유지 X
- 아주 높은 희석속도 →배양기속의 영양소의 농도 ↑, 희석속도 만큼 빨리 성장 X
- 낮은 희석속도 →영양소 부족 → 생장 X
◇ 영양소의 농도(C), 생장속도(u), 희석속도(D)와의 관계
→C = KS X D/(umax - D), KS: Michaelis-Menten constant
- 배양기내의 영양소 농도와 희석속도와의 관계 알아내는데 이용
세포증식 동역학
i) 비증식속도(u) - 세포단위 질량당 시간당 증식하는 세포량
예로 비증식속도 u 가 0.1/day 라면, 원칙적 단위는 0.1kg/kg-day 로 1kg의 세포당 하루에 0.1kg의 새로
운 세포를 생산한다는 의미이다.
미생물의 증식은 기질(Substrate)의 감소를 수반한다. 따라서 기질이 없으면 증식도 없고 기질이 많아지면
증식속도도 빨라지다가 최대속도에 도달하면 더 이상 증가하지 않는다. 그래프로 표현하면 다음과 같다.
U : 비증식속도 (day-1, hr-1)
Umax : 비증식속도 최대치 (day-1, hr-1)
S : 기질의 농도 (mg/L)
Ks : 비증식속도 최대치의 반 일때의 기질의 농도, 반포화 상수(mg/L)
위의 기호들을 이용하여 Monod 식으로 비증식속도를 나타내면
ii) 미생물 증식속도, 감소속도
☞ 시간의 변화에 따른 미생물 농도의 증가는 미생물 농도에 비례하는 1차반응이다.
비례관계를 = 관계로 표현하기 위해 비증식속도 u를 적용하면
+ 기울기의 1차반응식이기에 그래프로 표현하면 다음과 같다.
미생물이 증식하면 기질은 감소한다. 기질이 없으면 미생물은 자신의 세포를 산화시켜서 에너지로 소비하게
되는데 이 과정을 내호흡, 자산화 과정이라 한다. 세포의 자산화 반응식을 표현하면
C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3
그럼 미생물농도는 감소하게 된다. 시간의 변화에 따른 미생물 농도의 감소는 미생물 농도에 비례한다.
비례관계를 = 관계로 표현하기 위해 내호흡계수 Kd 를 적용하면 그렇다면 유기물이 있는 시료에 미생물을 식종하면 초기에는 미생물이 증식하고 미생물이 증식하면서 기질이 감소하면 나중에는 미생물이 감소한다. 증식
그래프와 감소그래프를 종합하면
대수증식기 : 증식이 현저하지만 응집성이 결핍된 활성슬러지 미생물
감쇠증식기 : 응집성이 좋은 floc을 형성하는 활성슬러지 미생물
내생호흡기 : 응집성이 불량한 활성슬러지 미생물

키워드

미생물,   미생물 생장,   생장유도기,   그람양성,   사멸기,   정지기,   대수증식기,   측정