معلومة

ما هي العمليات التي تدخل في عملية تسمى الخلايا التي تأكل نفسها؟

ما هي العمليات التي تدخل في عملية تسمى الخلايا التي تأكل نفسها؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أنا أقرأ عن الضمور وأفكر في أي معالجة لهذه العبارة الخلايا تأكل نفسها تشير إلى.

تحتاج الخلايا إلى شيء ما للبقاء على قيد الحياة في هذه الأوقات الصعبة. لتقليل تخليق البروتين من أجل البقاء. إذا لم تكن كافية ، تبدأ الخلايا في أكل نفسها. ثم ، مسار يوبيكويتين-بروتيني ومسار الالتهام الذاتي.

لست متأكدًا مما إذا كان هو موت الخلايا المبرمج فقط. يمكن أن يشير هنا إلى سلسلة أطول. أعتقد أنه يمكن أن يشير على الأقل إلى الالتهام الذاتي حيث تحلل خلية واحدة مكوناتها.

ما هي العمليات التي تقوم بها العبارة الخلايا تأكل نفسها يشمل؟


وبالتالي:

العمليات مذكورة في الاقتباس الذي قدمته: "مسار ubiquitine-proteasome (ملاحظة: إنه بروتين Asome) ومسار الالتهام الذاتي". بقدر ما أعرف ، موت الخلايا المبرمج في حد ذاته لا تستخدم لإعادة التدوير.


تعريف وشرح خطوات الالتقام الخلوي

الالتقام هي العملية التي تستوعب الخلايا من خلالها المواد من بيئتها الخارجية. إنها الطريقة التي تحصل بها الخلايا على العناصر الغذائية التي تحتاجها للنمو والتطور. تشمل المواد التي يتم استيعابها عن طريق الالتقام الخلوي السوائل والكهارل والبروتينات والجزيئات الكبيرة الأخرى. يعد الالتقام الخلوي أيضًا إحدى الوسائل التي يتم من خلالها التقاط خلايا الدم البيضاء للجهاز المناعي وتدمير مسببات الأمراض المحتملة بما في ذلك البكتيريا والطلائعيات. يمكن تلخيص عملية الالتقام الخلوي في ثلاث خطوات أساسية.


وظيفة التحول

يظل العلماء غير متأكدين من سبب تطور التحول. بالنسبة لحيوانات اليوم ، فإن الغرض منها واضح: إذا لم يحدث التحول ، فلن تصبح الضفادع الصغيرة ضفادعًا ولا يمكن أن تصبح اليرقات بالغة النضج قادرة على التكاثر. بدون أعضاء ناضجة تكاثرية ، ستموت هذه الأنواع بسرعة.

ولكن لماذا تتطور هذه الأنواع لتحتاج إلى هذه الخطوة الإضافية في المقام الأول؟ لماذا لا تفقس فقط فراشات كاملة النمو أو ضفادع من البيض؟

على الأقل بعض الأنواع المتحولة لم تبدأ بهذه الطريقة: فقس الحشرات الأقدم أساسًا كبالغات كاملة. لكن قبل بضع مئات الملايين من السنين ، عثرت بعض الأنواع على خدعة التحول. يبدو أنه كان ناجحًا إلى حد كبير ، حيث يُعتقد أن ما يقرب من ثلثي الأنواع الحية اليوم تستخدم التحول لإحداث تغييرات كبيرة بين أشكالها البالغة والأحداث.

قد تكمن فائدة التحول في قدرته على تقليل المنافسة. عادة ما تستهلك الحيوانات ما قبل المتحولة موارد مختلفة تمامًا عن أشكالها البالغة. الضفادع الصغيرة تعيش في الماء ، وتتغذى على الطحالب والنباتات. تعيش الضفادع على الأرض وتتنفس الهواء وتتغذى على الحشرات. تأكل اليرقات أوراق الفراشات تعيش على الرحيق. إلخ..

هذا يمنع بشكل فعال الأعضاء الأكبر سنا من الأنواع من التنافس مع الأعضاء الأصغر سنا. قد يؤدي هذا إلى وصول المزيد من أعضاء النوع بنجاح إلى مرحلة النضج الجنسي ، دون التعرض لخطر التنافس مع الأعضاء الأكبر سنًا من جنسهم.


المراحل الخمس من الطور الأول (الانقسام الاختزالي)

من خلال فهم المصطلحات بشكل أفضل ، يسهل فهم العملية المعقدة للانقسام الاختزالي. كما ذكرنا سابقًا ، لدى الانقسام الاختزالي خمس مراحل منفصلة.

المرحلة 1: اللبتوتين

في هذه المرحلة الأولى من الطور الأول من الانقسام الاختزالي الأول ، تكون الكروموسومات مرئية تحت المجهر الإلكتروني وتبدو مثل & # 8216a سلسلة من الخرزات & # 8217 ، حيث يشار إلى الخرزات على أنها نيوكليوسومات. إذا تمدد بعض الحمض النووي بالكامل ، فقد يكون طوله حوالي سنتيمتر واحد - وهو أكبر بكثير من نواة الخلية. لذلك يتم تعبئتها باستخدام بروتينات خاصة. الهستونات الأساسية هي ما يعادل بكرات خيوط الخياطة التي يتم لف خيط الحمض النووي حولها. عندما يتم لف الحمض النووي مرتين حول هيستون الأساسية ، فإنه يشكل بنية تُعرف باسم الجسيم النووي. هذا يعطي تأثير سلسلة الخرز ، حيث يعطي الحمض النووي غير الملفوف مظهر الخيط ، ونواة الجرح هي الخرزات.

كل كروماتيد قريب جدًا من الآخر وهذا غالبًا ما يعطي تأثير كروموسوم واحد. من المفهوم أيضًا أنه في مرحلة اللبتوتين ، تحدث فواصل حبلا مزدوجة في الحمض النووي ، استعدادًا لإعادة التركيب. إعادة التركيب هو نتيجة لعملية يتم فيها تفكك الحمض النووي لكروماتيد واحد وخلطه مع كروماتيد آخر غير شقيق من أجل إنتاج مجموعة متنوعة أكبر من الأليلات في النسل. إعادة التركيب هو نتيجة "العبور". غالبًا ما يتم تسمية Leptotene بانسجام مع المرحلة التالية على أنها انتقال Leptotene-Zygotene ، حيث أن المرحلة الأولى في حد ذاتها هي عملية قصيرة جدًا.

تُظهر الصورة أدناه جميع المراحل الخمس من Prophase I ، بدءًا من اللبتوتين في الأعلى. ستلاحظ تأثير سلسلة الخرز.

المرحلة الثانية: الزيجوتين

يتم توصيل رباعي أو اثنين من الكروموسومات المتجانسة المكونة من أربعة كروماتيدات لإنتاج زوج كروموسوم أثناء الانقسام الاختزالي. من أجل الارتباط كزوج ، يتم تكوين المشبك. تجمع الخيوط التي تشبه السلم معًا وتربط زوج الكروموسوم في نقطة مركزية. تشكل هذه الخيوط المركب المشبكي. بمجرد توصيل الزوج ، يمكن تسميته رباعي أو ثنائي التكافؤ. يمكن أن يحدث العبور فوق المركب synaptonemal بمجرد تكوينه ، ولكن في بعض الكائنات الحية ، هذا المركب ليس إلزاميًا لإعادة التركيب.

المرحلة 3: باتشيتين

بمجرد تشكيل رباعي ، يمكن المضي قدمًا في عملية العبور وإعادة التركيب الناتج، حيث يتم تبديل القليل من المادة الجينية من تسلسل الحمض النووي الأبوي لزيادة التباين الجيني. في هذه المرحلة ، تبدأ الأخوات الكروماتيدات (الخيوط الكروماتيدية التي تشكل كروموسومًا واحدًا) بالانفصال عن بعضها البعض ، على الرغم من أن الكروموسومات تظل متصلة كزوج. هذا يجعلها أكثر تميزًا تحت المجهر الإلكتروني. تُظهر الصورة أدناه تقاطع المادة الوراثية بين كروماتيدات غير شقيقة داخل زوج كروموسوم واحد متماثل. إن chiasma (جمع: chiasmata) هو نقطة الاتصال بين كروماتيدات غير شقيقة مما يسمح بتبادل الأليلات. يمكن أن تتشكل Chiasmata فقط إذا تم فصل الكروماتيدات الشقيقة عن بعضها البعض.

المرحلة 4: ديبلوتين

عندما يبدأ المركب synaptonemal في الانهيار ، كما يحدث خلال مرحلة الدبلوتين ، تبدأ أزواج الكروموسومات في التحرك بعيدًا. ومع ذلك ، فهم غير قادرين على التحرك بعيدًا عن بعضهم البعض لأنهم يظلون مرتبطين بواسطة chiasmata. تخلق خاصية الطرد للكروموسومين تحولًا أوليًا نحو القطبين المعاكسين لجهاز مغزل الانقسام الاختزالي الأول غير المكتمل بعد ، والذي سيكتمل خلال المرحلة الأولى بعد الطور الأول مباشرة.

المرحلة 5: دياكينيسيس

في diakinesis ، تصل الوصلات chiasmata إلى نهايات الأذرع الكروماتيدية للكروموسوم. هذا الوصول يسمى المحطة الطرفية. في هذه المرحلة ، تكون الكروموسومات مكثفة للغاية ولا تزال متصلة بواسطة chiasmata ولا يمكنها التحرك أكثر نحو أقطاب بنية المغزل غير المكتملة حتى الآن.

من أجل التحضير للمرحلة التالية من الانقسام الاختزالي الأول ، تحدث تغييرات هيكلية أخرى. النواة والمغلف النووي يذوبان. هذا يسمح للمريكزات (الأنابيب الدقيقة المكونة للجسيم المركزي) التي تساهم في تكوين المغزل بحرية للهجرة ، جنبًا إلى جنب مع بقايا المغازل التي تشكلت أثناء انقسام الخلايا الانقسامية. الأنابيب الدقيقة في السيتوبلازم الخلوي هي اللبنات الأساسية السائدة لبناء المغزل.

في الصورة أدناه ، يمكن رؤية المراحل الخمس من Prophase I مرة أخرى ، هذه المرة مع العمليات الأخرى للانقسام الاختزالي I. يوضح تمثيل diakinesis بوضوح مرفقات chiasmata وتحول أزواج الكروموسومات التي لا تزال متصلة إلى أقطاب متقابلة.


يكرم نوبل الاكتشافات حول كيف تأكل الخلايا نفسها

مُنحت جائزة نوبل لهذا العام في علم وظائف الأعضاء أو الطب إلى يوشينوري أوسومي ، عالم بيولوجيا الخلية في مركز أبحاث فرونتير التابع لمعهد طوكيو للتكنولوجيا ، لعمله في الالتهام الذاتي ، وهي العملية التي تتحلل فيها الخلايا وتعيد تدوير المكونات الخلوية.

يقول بيان صحفي صادر عن جمعية نوبل في معهد كارولينسكا في ستوكهولم: "أدت اكتشافات أوسومي إلى نموذج جديد في فهمنا لكيفية إعادة تدوير الخلية لمحتواها". "لقد فتحت اكتشافاته الطريق لفهم الأهمية الأساسية للالتهام الذاتي في العديد من العمليات الفسيولوجية ، مثل التكيف مع الجوع أو الاستجابة للعدوى. الطفرات في جينات الالتهام الذاتي يمكن أن تسبب المرض ، وتشارك عملية البلعمة الذاتية في العديد من الحالات بما في ذلك السرطان و مرض عصبي ".

قال أوسومي هذا المساء في مؤتمر صحفي عُقد على عجل في حرم معهد طوكيو للتكنولوجيا: "بالطبع للباحث ، لا يوجد شرف أعلى".

وقال عالم الكيمياء الحيوية فولكر هاوك من معهد لايبنيز للصيدلة الجزيئية في اجتماع هذا الصباح في برلين ، حيث شاهد العلماء الإعلان على الهواء مباشرة: "هذا قرار ممتاز". قال هوك: "مع أوسومي ، منحوا الجائزة لعالم بحث في ظاهرة في الخميرة كان يُنظر إليها على أنها ظاهرة جانبية ، ولكن تبين أنها أساسية في الطب الجزيئي". ... إنه مثال رئيسي لشخص أجرى بحثًا أساسيًا واكتشف عملية لولا ذلك كان من الممكن أن تظل مخفية لعقود ".

في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي ، أدرك الباحثون أن بعض الخلايا الحيوانية تستخدم الالتهام الذاتي لإعادة تدوير البروتينات والآلات الخلوية الأخرى. كانوا يعلمون أن العملية كانت نشطة بشكل خاص عندما تكون الخلية تحت الضغط ، على سبيل المثال عندما يكون هناك نقص في المغذيات أو عندما يكون الكائن الحي يقاوم العدوى. لكن كيفية عمل العملية - وحتى الخلايا التي استخدمت الطريقة - لم تكن واضحة.

شرع أوسومي وزملاؤه في استكشاف ما إذا كانت الخميرة ، وهي كائن وحيد الخلية يستخدم مع ذلك العديد من العمليات الكيميائية الحيوية مثل الخلايا الحيوانية ، يمكن أن تساعد في الإجابة على بعض الأسئلة المعلقة. ("فكرت في تجربة شيء لا يعمل عليه الآخرون ، لذلك بدأت البحث في الخميرة" ، أوضح في مؤتمره الصحفي.) طور أوسومي سلالات من الخميرة تفتقر إلى الإنزيمات الرئيسية المشتبه في أنها تلعب دورًا في الالتهام الذاتي ، على أمل رؤية ماذا حدث للخلايا عندما لم تعمل العملية كما ينبغي. عندما قاموا بتجويع الخميرة ، وجد العلماء أن الخلايا طورت فجوات كبيرة بشكل غير عادي ، وهي مقالب القمامة الخلوية التي تجمع المواد لإعادة تدويرها. عادة ما كانت فجوات الخميرة صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها تحت المجهر الضوئي ، ولكن في الخميرة الطافرة ، نمت بشكل كبير بحيث كان من السهل ملاحظتها.

ثم استخدم أوسومي المواد الكيميائية لإحداث المزيد من الطفرات في سلالات الخميرة ، بحثًا عن الخلايا التي فشلت في تكوين فجوات مرئية حتى عندما كانت تتضور جوعًا. وقال إن مثل هذه الخلايا تفتقر إلى الجينات التي كانت مهمة للالتهام الذاتي للعمل بشكل صحيح. في ورقة بحثية رئيسية نُشرت في FEBS Letters في عام 1993 ، حدد أوسومي وفريقه 15 جينًا أساسيًا مشتركًا في هذه العملية. أظهرت دراسات أخرى أن جينات متشابهة جدًا تتحكم في العملية في الخلايا الحيوانية والبشرية ، كما ساعدت أيضًا في تجميع كيفية عمل الجينات معًا للحفاظ على تشغيل مراكز إعادة تدوير الخلايا.

منذ ذلك الحين ، أظهر أوسومي وآخرون أن الالتهام الذاتي يلعب دورًا حاسمًا في نمو الجنين ، وتمايز الخلايا ، وجهاز المناعة. يمكن أن يؤدي انهيار الالتهام الذاتي إلى مجموعة متنوعة من الأمراض ، بما في ذلك السرطان والسكري ومرض هنتنغتون. يرتبط نظام الالتهام الذاتي الصحي بطول العمر ، ويمكن أن يؤدي وجود خلل إلى تسريع أعراض الشيخوخة.

يقول Peter-Michael Kloetzel ، رئيس مختبر أنظمة التحلل البروتيني في المركز الطبي بجامعة شاريتيه في برلين: "أحد أسباب أهمية الالتهام الذاتي هو إدراك أنها عملية شديدة التنظيم ، وليست مجرد انهيار تلقائي". كما أوضح دانييل كليونسكي ، الباحث في جامعة ميشيغان ، آن أربور ، في هذا الفيديو الفني والعلمي المرعب حول الالتهام الذاتي ، "تقوم الخلية برقصة التنظيف الربيعي 365 يومًا في السنة."

يناقش دانيال كليونسكي التعاون مع الموسيقيين والراقصين لتصوير الالتهام الذاتي.

يقول David Rubinsztein ، الذي يدرس دور الالتهام الذاتي في الأمراض التنكسية العصبية في معهد جامعة كامبريدج للأبحاث الطبية في المملكة المتحدة: "أعتقد أن أوسومي هو الشخص المناسب" للفوز بجائزة نوبل. وهو يقول: "في حين أن هناك العديد من الأشخاص الآخرين الذين قدموا مساهمات مهمة في هذا المجال ، إلا أنه يعتبر أبًا لهذا المجال بشكل مبرر". "كان مختبره أول من حدد جينات الخميرة التي تنظم الالتهام الذاتي. وقد سمحت لنا هذه الاكتشافات بعد ذلك بفهم مدى أهمية الالتهام الذاتي في أنظمة الثدييات ، لأن جينات الخميرة محفوظة جيدًا."

قال أوسومي اليوم: "بالطبع ، هذا النوع من البحث ليس شيئًا يمكن لشخص واحد فقط القيام به" ، وشكر طلاب الدراسات العليا وباحثي ما بعد الدكتوراة والموظفين الذين "جاهدوا بقوة" في مختبره لمدة 27 عامًا. (قال هوك في اجتماع برلين إن أوسومي "رجل متواضع للغاية"). وقد تم إجراء بعض أعمال المتابعة على الالتهام الذاتي للثدييات من قبل أشخاص تدربوا في مختبر أوسومي ، مثل تاموتسو يوشيموري في جامعة أوساكا باليابان ونوبورو ميزوشيما. في جامعة طوكيو. يقول روبنزتين إن كلاهما كان "مؤثرًا حقًا". يقول: "الشيء الوحيد الذي يجب أن يُنسب لأوسومي له الفضل هو كونه معلمًا جيدًا للغاية". قال أوسومي اليوم "لا يمكنني أن أكون أكثر سعادة ،" رؤية الآخرين يبنون على عمله الأساسي ، مضيفًا ، "أتطلع إلى رؤية المزيد والمزيد من الضوء يلقي على هذه الظاهرة."

تأتي الجائزة في وقت عصيب لجمعية نوبل في KI ، وهي مجموعة من 50 أستاذًا من معهد KI تختار الفائزين في علم وظائف الأعضاء أو الطب نوبل كل عام. في فبراير ، استقال عالم الوراثة التنموي أوربان ليندال من منصبه كأمين عام للجمعية لأنه كان يتوقع أن يتم التحقيق معه في الفضيحة المتعلقة بجراح كي آي السابق باولو ماتشياريني. أعلن أندرس هامستن وهارييت والبيرج-هنريكسون ، وهما نائبا رئيس سابقان في KI كانا متورطين في قضية Macchiarini أيضًا ، في وقت سابق من هذا العام أنهما سيتخطيان مداولات جائزة 2016 Hamsten و Wallberg-Henriksson كلاهما طُلب منهما الاستقالة من يوم 6 سبتمبر ، ولكن كلاهما لا يزال يظهر على قائمة أعضاء الجمعية. قالت كاتارينا لو بلان ، عالمة المناعة التي شاركت في تأليف ورقة Macchiarini الرئيسية ، و Hans-Gustaf Ljunggren ، عميد KI السابق للأبحاث ، إنهما لن يشاركا في مداولات الجائزة هذا العام.

إعلان اليوم هو الأول في أسبوع مليء بتشويق نوبل المكتوب بإحكام. سيتم الكشف عن الفائزين في الفيزياء غدًا ، وفي الكيمياء يوم الأربعاء ستتبع جائزة نوبل للسلام وجائزة العلوم الاقتصادية يومي الجمعة والاثنين على التوالي. (لم يتم تحديد موعد للإعلان عن جائزة الأدب لعام 2016).


كيف تتحول كاتربيلر إلى فراشة؟

كأطفال ، يتعلم الكثير منا عن العملية العجيبة التي من خلالها تتحول كاتربيلر إلى فراشة. تبدأ القصة عادة بفقس كاتربيلر جائع جدا من بيضة. اليرقة ، أو ما يطلق عليه علميًا يرقة ، تحشو نفسها بالأوراق ، وتنمو سمنة وأطول من خلال سلسلة من الريش التي تتخلص من جلدها فيها. في أحد الأيام ، تتوقف اليرقة عن الأكل ، وتتدلى رأسًا على عقب من غصين أو ورقة وتدور نفسها شرنقة حريرية أو تتساقط في شرنقة لامعة. داخل غلافها الواقي ، تقوم اليرقة بتحويل جسمها جذريًا ، وتظهر في النهاية كفراشة أو عثة.

ولكن ماذا يترتب على هذا التحول الجذري؟ كيف كاتربيلر تعيد ترتيب نفسها لتصبح فراشة؟ ماذا يحدث داخل شرنقة أو شرنقة؟

أولاً ، اليرقة تهضم نفسها ، وتطلق الإنزيمات لإذابة جميع أنسجتها. إذا كنت ستقطع شرنقة أو شرنقة في الوقت المناسب تمامًا ، فإن حساء كاتربيلر سيخرج. لكن محتويات الخادرة ليست تمامًا فوضى غير متبلورة. تنجو مجموعات معينة من الخلايا شديدة التنظيم تعرف باسم الأقراص التخيلية من عملية الهضم. قبل الفقس ، عندما لا تزال كاتربيلر تتطور داخل بيضتها ، فإنها تنمو قرصًا تخيليًا لكل جزء من أجزاء الجسم البالغة التي ستحتاجها كفراشة ناضجة أو عثة وأقراص لعينيها وأجنحتها وأرجلها وما إلى ذلك. في بعض الأنواع ، تظل هذه الأقراص التخيلية كامنة طوال حياة اليرقة في الأنواع الأخرى ، وتبدأ الأقراص في اتخاذ شكل أجزاء الجسم البالغة حتى قبل أن تشكل اليرقة شرنقة أو شرنقة. تتجول بعض اليرقات بأجنحة بدائية صغيرة مطوية داخل أجسامها ، على الرغم من أنك لن تعرفها أبدًا من خلال النظر إليها.

بمجرد تفكيك اليرقة لجميع أنسجتها باستثناء الأقراص التخيلية ، تستخدم هذه الأقراص الحساء الغني بالبروتين في كل مكان لتغذية الانقسام الخلوي السريع المطلوب لتشكيل الأجنحة والهوائيات والساقين والعينين والأعضاء التناسلية وجميع الميزات الأخرى فراشة أو عثة بالغة. على سبيل المثال ، قد يبدأ القرص التخيلي لجناح ذبابة الفاكهة بـ 50 خلية فقط ويزيد إلى أكثر من 50000 خلية بنهاية التحول. اعتمادًا على الأنواع ، يتم الحفاظ إلى حد كبير على بعض عضلات اليرقة وأجزاء من الجهاز العصبي في الفراشة البالغة. تشير إحدى الدراسات إلى أن العث يتذكر ما تعلموه في مراحل لاحقة من حياتهم مثل اليرقات.

إن إلقاء نظرة على هذا التحول كما يحدث أمرًا صعبًا أن تزعج كاتربيلر داخل شرنقتها أو شرنقة المخاطرة بإفشال التحول. لكن مايكل كوك ، الذي يمتلك موقعًا رائعًا على شبكة الإنترنت عن ديدان القز ، لديه بعض الصور المذهلة لعثة طوسة حريرية (Antheraea penyi) التي فشلت في تدوير شرنقة. يمكنك رؤية أجنحة اليشم الرقيقة الشفافة وقرون الاستشعار وأرجل الخادرة التي لم تنضج بعد لتصبح عثة بالغة ومداشا لما يظل مخفيًا في العادة.


التنفس هو عملية من ثلاث خطوات تتضمن تحلل السكر ودورة كريبس ومجموعة من الإلكترونات يتم دفعها حول أغشية الميتوكوندريا. معًا يأخذون هذه الطاقة من الجزيئات المرتبطة بالسكر. يتم دمج الجلوكوز مع الأكسجين ويطلق طاقة قابلة للاستخدام وثاني أكسيد الكربون والماء.


يمكن للخلايا استخدام تلك القيمة الإضافية طاقة لتشغيل وظائفهم. الطاقة لا تطفو فقط. يتم تخزينه في مركب مثير يسمى ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات). ATP هو جزيء الطاقة الذي تستخدمه جميع خلايا الكائن الحي لتشغيل التفاعلات الثانوية التي تبقينا على قيد الحياة. قد تسمع أيضًا عن جزيئات الطاقة الأخرى مثل NADH أو NADPH أو FADH. هذه لها نفس الأهمية مثل ATP ، لكنها تستخدم في كثير من الأحيان. نخرج غاز ثاني أكسيد الكربون عندما نتنفس. يأتي ثاني أكسيد الكربون هذا من انهيار الجلوكوز في الميتوكوندريا لدينا. كما قلنا لك للتو ، يمكن للنباتات امتصاص ثاني أكسيد الكربون واستخدامه لصنع السكريات. هل تعلم أن النباتات تنتج ثاني أكسيد الكربون أيضًا2؟ قد لا يتنفسونها بالطريقة التي نتنفسها ، لكن النباتات تحتاج إلى الطاقة أيضًا. يكسرون السكريات في خلاياهم ويطلقون ثاني أكسيد الكربون2 مثلنا تماما.

مقدمة

القدرة على الإنجاب عينيًا هي صفة أساسية لجميع الكائنات الحية. عينيًا يعني أن نسل أي كائن حي يشبه إلى حد كبير والديه أو والديه. تلد أفراس النهر عجول فرس النهر تنتج أشجار الصنوبر في مونتيري البذور التي تظهر منها شتلات الصنوبر في مونتيري وتضع طيور النحام البالغة البيض الذي يفقس في فراخ طائر الفلامنغو. عينيًا لا يعني بشكل عام بالضبط نفس الشيء. في حين أن العديد من الكائنات وحيدة الخلية وعدد قليل من الكائنات متعددة الخلايا يمكنها إنتاج نسخ متطابقة وراثيًا من نفسها من خلال انقسام الخلايا الانقسامية ، فإن العديد من الكائنات وحيدة الخلية ومعظم الكائنات متعددة الخلايا تتكاثر بانتظام باستخدام طريقة أخرى.

التكاثر الجنسي هو إنتاج الوالدين لخلايا أحادية الصيغة الصبغية واندماج خلية أحادية الصيغة الصبغية من كل والد لتشكيل خلية مفردة ثنائية الصبغيات. في الكائنات متعددة الخلايا ، ستخضع الخلية ثنائية الصبغة الجديدة بعد ذلك لانقسامات الخلايا الانقسامية لتتطور إلى كائن حي بالغ. نوع من انقسام الخلايا يسمى الانقسام الاختزالي يؤدي إلى الخلايا أحادية الصيغة الصبغية التي تشكل جزءًا من الدورة التناسلية الجنسية. يقدم التكاثر الجنسي ، وخاصة الانقسام الاختزالي والتخصيب ، تنوعًا في النسل قد يفسر النجاح التطوري للتكاثر الجنسي. الغالبية العظمى من الكائنات حقيقية النواة يمكنها أو يجب أن تستخدم شكلاً من أشكال الانقسام الاختزالي والتخصيب للتكاثر.

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة استشهاد مثل هذه.
    • المؤلفون: سامانثا فاولر ، ريبيكا روش ، جيمس وايز
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: مفاهيم علم الأحياء
    • تاريخ النشر: 25 أبريل 2013
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/1-introduction
    • عنوان URL للقسم: https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/7-introduction

    © 12 كانون الثاني (يناير) 2021 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


    درس التنفس الخلوي والمعالجة الحيوية

    تعمل الوحدات كدليل لمحتوى معين أو مجال موضوع. متداخلة تحت الوحدات عبارة عن دروس (باللون الأرجواني) وأنشطة عملية (باللون الأزرق).

    لاحظ أنه لن تكون جميع الدروس والأنشطة موجودة ضمن الوحدة ، بل قد توجد كمنهج "مستقل" بدلاً من ذلك.

    النشرة الإخبارية للشركة المصرية للاتصالات

    مخطط الخلية.

    ملخص

    الاتصال الهندسي

    في المعالجة الحيوية ، تهضم البكتيريا المركبات السامة وتفككها إلى منتجات ثانوية غير ضارة في عملية مماثلة للطريقة التي يأكل بها البشر ويتنفسون وينتجون النفايات. يمكن للمهندسين مراقبة ما إذا كانت المعالجة البيولوجية تحدث عن طريق قياس انخفاض ما "تستنشقه" البكتيريا وزيادة في ما "تنفذه". يعد قياس نتائج وظائف الخلية هذه عملية أسهل بشكل عام من محاولة تتبع الكمية الفعلية للمواد السامة الموجودة. في المعالجة الحيوية ، يعزز المهندسون نمو الخلايا التي تكسر المركبات السامة إلى منتجات ثانوية غير ضارة. من خلال فهم كيفية "تنفس" الخلايا ، يمكن للمهندسين مراقبة نمو الخلايا عن طريق قياس التغيرات في تركيز المواد الكيميائية التي "تستنشقها" البكتيريا و "تنفثها".

    أهداف التعلم

    بعد هذا الدرس ، يجب أن يكون الطلاب قادرين على:

    • اشرح الغرض من التنفس الخلوي.
    • وصف المعالجة الحيوية.
    • أعط أمثلة عندما يستخدم المهندسون المعالجة الحيوية لتنظيف البيئة.

    المعايير التعليمية

    كل تعليم الهندسة الدرس أو النشاط مرتبط بواحد أو أكثر من المعايير التعليمية في العلوم أو التكنولوجيا أو الهندسة أو الرياضيات (STEM).

    جميع معايير K-12 STEM التي يزيد عددها عن 100،000 مغطاة بـ تعليم الهندسة يتم جمعها وصيانتها وتعبئتها بواسطة شبكة معايير الإنجاز (ASN)، مشروع D2L (www.achievementstandards.org).

    في ASN ، يتم تنظيم المعايير بشكل هرمي: أولاً حسب المصدر على سبيل المثال، حسب الحالة داخل المصدر حسب النوع على سبيل المثالأو العلوم أو الرياضيات ضمن النوع حسب النوع الفرعي ، ثم حسب الصف ، إلخ.

    NGSS: معايير علوم الجيل التالي - العلوم
    • داخل الكائنات الحية الفردية ، ينتقل الطعام من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي يتم فيها تكسيرها وإعادة ترتيبها لتشكيل جزيئات جديدة ، لدعم النمو ، أو لإطلاق الطاقة. (الصفوف 6-8) مزيد من التفاصيل

    هل توافق على هذا التوافق؟ شكرا لملاحظاتك!

    • يتضمن التنفس الخلوي في النباتات والحيوانات تفاعلات كيميائية مع الأكسجين الذي يطلق الطاقة المخزنة. في هذه العمليات ، تتفاعل الجزيئات المعقدة المحتوية على الكربون مع الأكسجين لإنتاج ثاني أكسيد الكربون ومواد أخرى. (الصفوف 6-8) مزيد من التفاصيل

    هل توافق على هذا التوافق؟ شكرا لملاحظاتك!

    • يمكن تصور الهياكل والأنظمة المعقدة والميكروسكوبية ، ونمذجتها ، واستخدامها لوصف كيفية اعتماد وظيفتها على العلاقات بين أجزائها ، وبالتالي يمكن تحليل الهياكل / الأنظمة الطبيعية المعقدة لتحديد كيفية عملها. (الصفوف 6-8) مزيد من التفاصيل

    هل توافق على هذا التوافق؟ شكرا لملاحظاتك!

    الرابطة الدولية لمعلمي التكنولوجيا والهندسة - التكنولوجيا
    • سيطور الطلاب فهمًا لتأثيرات التكنولوجيا على البيئة. (الصفوف K - 12) مزيد من التفاصيل

    هل توافق على هذا التوافق؟ شكرا لملاحظاتك!

    هل توافق على هذا التوافق؟ شكرا لملاحظاتك!

    معايير الدولة
    كولورادو - علوم
    • يعتبر التمثيل الضوئي والتنفس الخلوي عمليتين مهمتين يتم بواسطتهما الحصول على الطاقة واستخدامها بواسطة الكائنات الحية (الدرجة 7) مزيد من التفاصيل

    هل توافق على هذا التوافق؟ شكرا لملاحظاتك!

    المزيد من المناهج مثل هذا

    يتعلم الطلاب عن التركيب الضوئي والتنفس الخلوي على المستوى الذري ويدرسون المبادئ الأساسية لعلم الأحياء الكهربي - وهو مجال بحث جديد قد يمكّن المهندسين من تسخير الطاقة على المستوى الجزيئي.

    يستخدم الطلاب مؤشرًا بسيطًا للأس الهيدروجيني لقياس كمية ثاني أكسيد الكربون التي يتم إنتاجها أثناء التنفس والراحة وبعد التمرين. يبدأون بمقارنة بعض الحلول المنزلية الشائعة لتحديد تغير لون المؤشر.

    ينظر الطلاب إلى مكونات الخلايا ووظائفها. يركز الدرس على الفرق بين الخلايا بدائية النواة والخلايا حقيقية النواة.

    يغطي هذا الدرس عملية التمثيل الضوئي ووظائف الخلايا النباتية ذات الصلة مثل النتح والتنفس الخلوي. يتعلم الطلاب كيف يمكن للمهندسين رؤية العملية الطبيعية لعملية التمثيل الضوئي كنموذج مثالي لعملية معقدة وفعالة لتحويل الطاقة الشمسية إلى مادة كيميائية.

    مقدمة / الدافع

    هل تعلم أن جميع الخلايا ، حتى الخلايا النباتية ، تنمو وتتكاثر من خلال التنفس الخلوي؟ تحصل الخلايا على الطاقة من طعامها عن طريق تكسيرها في الماء وثاني أكسيد الكربون. تتطلب الخلايا الأكسجين للتنفس ومصادر الغذاء القائمة على الكربون من البيئة للحصول على الطاقة. إليك تفاعل كيميائي مبسط يستخدم لوصف التنفس الخلوي (اكتبه على السبورة):

    تخبرنا هذه المعادلة أن الخلايا تحتاج إلى الغذاء والأكسجين للحصول على الطاقة من بيئتها. تُستخدم الطاقة التي ينتجها الغذاء والأكسجين في الخلية لتنمو وتعيش وتتكاثر. يمكن للخلايا في الواقع استخدام العديد من أنواع الطعام المختلفة في هذه المعادلة ، يحتاج الطعام فقط إلى أن يكون أساسه الكربون.

    الخطوات الثلاث الرئيسية في التنفس الخلوي هي: تحلل السكر ، ودورة كريبس ، وسلسلة نقل الإلكترون. الغرض الرئيسي من كل هذه الخطوات المعقدة هو الحصول على الطاقة للكائن الحي للنمو والبقاء والتكاثر. تحدث خطوات التنفس الخلوي في سيتوبلازم الخلايا بدائية النواة والسيتوبلازم والميتوكوندريا للخلايا حقيقية النواة.

    طور المهندسون طريقة لاستخدام الخلايا التي تحب أكل التلوث (كمصدر للغذاء) لتنظيف البيئة. يمكن أن تساعد هذه الخلايا في تنظيف التربة والمياه الملوثة عن طريق تناول الملوثات. هل سمع أي شخص الكلمة المعالجة البيولوجية قبل؟ المعالجة البيولوجية هي عندما يتم استخدام شيء حي ، مثل الكائنات الحية الدقيقة أو الفطريات أو النباتات الخضراء ، لإعادة البيئة الملوثة إلى حالتها الأصلية غير الملوثة. المعالجة الحيوية هي عملية يستخدمها مهندسو البيئة لتنظيف المناطق الملوثة. بعض الأمثلة على الملوثات التي يمكن أن تستخدم المعالجة البيولوجية لتنظيفها هي النفط والوقود والمعادن السامة وعوامل التنظيف. ارجع إلى نشاط خلايا التنفس لجعل الطلاب يقومون بإجراء تجربتهم العملية الخاصة بهم لاستقصاء المعالجة الحيوية والمتغيرات التي تؤثر على العملية.

    يمكن تصنيف المعالجة البيولوجية بطريقتين: فى الموقع، عندما يتم إدخال شيء ما إلى المنطقة الملوثة ، أو خارج الموقع، عندما تتم إزالة المواد الملوثة ويتم العلاج البيولوجي في مكان آخر. غالبًا ما تستخدم الكائنات الحية الدقيقة في المعالجة الحيوية للزيوت والمنظفات. لا يمكن استخدام الكائنات الدقيقة لبعض الأشياء ، بما في ذلك المعادن الثقيلة. في حالة التلوث بالمعادن مثل الرصاص والزئبق ، تُستخدم النباتات للمعالجة الحيوية لأنها يمكن أن تخزن المعادن الثقيلة في أجزاء النبات الموجودة فوق سطح الأرض ويمكن حصادها بعد ذلك لإزالتها.

    خلفية الدرس والمفاهيم للمعلمين

    خطوات التنفس الخلوي

    الخطوات الثلاث للتنفس الخلوي هي: تحلل السكر ، ودورة كريبس (وتسمى أيضًا دورة حمض الستريك) ، وسلسلة نقل الإلكترون.

    في تحلل السكرتقوم الخلية بتحويل مصدر الغذاء القائم على الكربون إلى ATP (أدينوزين 5 ثلاثي الفوسفات) للطاقة والمنتجات الثانوية الأخرى. لا يتطلب هذا الجزء من الدورة الأكسجين وهو أيضًا جزء من التمثيل الغذائي الخلوي اللاهوائي.

    يتم تحويل المنتجات الثانوية لتحلل السكر إلى المزيد من ATP في دورة كريبس. ال دورة كريبس يحدث في الميتوكوندريا للخلية. تستخدم الإنزيمات لتحطيم الطعام بشكل أكبر وإنتاج ATP.

    في الجزء الأخير من التنفس الخلوي ، فإن سلسلة نقل الإلكترون، تستخدم الخلية الأكسجين لتجديد الجزيئات اللازمة للحفاظ على استمرار دورة كريبس. تتخلص الخلية من الإلكترونات الزائدة المنتجة في دورة كريبس. ا2 تم تحويله إلى CO2.

    جميع أجزاء التنفس الخلوي تستخدم الإنزيمات. الإنزيمات عبارة عن بروتينات تصنعها الخلية تساعد الخلية على تكسير الروابط في جزيئات الطعام لتوليد الطاقة للنمو الخلوي والتكاثر.

    الأنشطة المرتبطة

    • خلايا التنفس - يستخدم الطلاب عصير الملفوف كمؤشر لتحديد الرقم الهيدروجيني للعديد من الحلول. ثم ينظرون إلى الرقم الهيدروجيني لأنه يتأثر بالتنفس. يوسعون معرفتهم إلى التنفس الخلوي واستخدام الكائنات الحية الدقيقة والنباتات في المعالجة الحيوية.

    اختتام الدرس

    من يستطيع أن يخبرني ما هي الخلايا التي تتطلبها الحياة ، أو لإكمال التنفس الخلوي؟ (الجواب: إنهم بحاجة إلى الماء والأكسجين ومصدر غذائي قائم على الكربون). لذلك ، علمنا اليوم أن الخلايا تكسر "الطعام" أثناء التنفس الخلوي للحصول على الطاقة اللازمة للنمو والبقاء والتكاثر. يستخدم المهندسون فهمهم للخلايا والتنفس الخلوي لتنظيف التلوث في البيئة من خلال عملية تسمى المعالجة الحيوية. تشمل المعالجة البيولوجية الكائنات الحية الدقيقة والفطريات والنباتات التي يمكن لخلاياها أن "تأكل" تلوث الغذاء من أجل إزالة هذا التلوث من التربة والمياه. تقوم هذه الخلايا بتحويل الملوثات إلى طاقة من خلال التنفس الخلوي الذي تستخدمه بعد ذلك للحفاظ على حياتها. في حالة بعض أنواع الملوثات ، مثل المعادن السامة ، لا يتم تحويل المعادن إلى طاقة غذائية ولكن يتم تخزينها ببساطة في الكائن الحي (على سبيل المثال ، قد يتم إزالة بعض المعادن من التربة بواسطة النباتات ، ثم يتم تخزينها في النباتات. الأوراق ، يمكن قطف هذه الأوراق والتخلص منها بأمان).

    المفردات / التعاريف

    التنفس الخلوي: العملية التي تقوم فيها الخلايا بتحويل الطعام إلى طاقة لعمليات التمثيل الغذائي.

    نقل الإلكترون: الخطوة الثالثة في التنفس الخلوي وهي العملية التي تقوم فيها الخلايا بتحويل الطاقة إلى ATP والتي يمكن أن تستخدمها الخلايا بعد ذلك لتشغيل عمليات التمثيل الغذائي.

    تحلل السكر: الخطوة الأولى في التنفس الخلوي حيث يتم تحويل جزيئات الكربون (الغذاء) إلى طاقة بواسطة الخلية.

    دورة كريبس: الخطوة الثانية في التنفس الخلوي حيث يتم تحويل جزيئات الكربون إلى ATP والماء وثاني أكسيد الكربون.

    البناء الضوئي: تشكل النباتات جزيئات الكربوهيدرات التي يمكن للخلية استخدامها لاحقًا كمصدر للطاقة من ثاني أكسيد الكربون وأشعة الشمس والماء.

    تقدير

    سؤال مناقشة: اطرح سؤال مناقشة لجعل الطلاب يفكرون في الدرس القادم. بعد التماس الإجابات ، اشرح أنه سيتم الرد على هذه الأسئلة أثناء الدرس.

    سؤال / جواب: اطرح أسئلة على الطلاب واطلب منهم رفع أيديهم للرد. اكتب إجاباتهم على السبورة.

    • ما هو التنفس الخلوي؟ (الإجابة: العملية التي تقوم فيها الخلايا بتحويل الطعام إلى طاقة للنمو والتكاثر.)
    • ما نوع مصدر الغذاء الذي تحتاجه الخلية للتنفس الخلوي؟ (الجواب: مصدر غذاء قائم على الكربون.)
    • كيف يستخدم المهندسون التنفس الخلوي لتنظيف البيئة؟ (الإجابة: يستخدم المهندسون التنفس الخلوي من خلال المعالجة الحيوية لتنظيف البيئة. المعالجة الحيوية هي عملية تستخدم فيها الخلايا لإزالة السموم من التربة والمياه.)
    • ماذا تفعل الخلايا بالملوثات أثناء المعالجة الحيوية؟ (الجواب: الخلايا تهضم الملوثات وتحول المصدر المعتمد على الكربون إلى طاقة للنمو والتكاثر. تساعد الخلايا على إزالة الملوثات من البيئة).

    تقييم ملخص الدرس

    آثار المعالجة الحيوية الهندسية: اجعل الطلاب يفكرون في تأثيرات هندسة المعالجة البيولوجية على الأفراد والمجتمع والبيئة. كطبقة ، اذكر إيجابيات وسلبيات المعالجة البيولوجية في تنظيف البيئة الملوثة.

    أنشطة تمديد الدرس

    اطلب من الطلاب البحث عن أنواع مختلفة من المعالجة البيولوجية المستخدمة اليوم. تشمل بعض الأمثلة التنشئة الحيوية ، والمعالجة النباتية ، والمفاعلات الحيوية ، والتسميد ، والتحفيز الحيوي ، والترشيح الجذري.

    اطلب من الطلاب تعلم المزيد حول استخدام النباتات للمعالجة الحيوية. ما هي النباتات الأكثر نجاحًا في المعالجة الحيوية؟ بعض الأمثلة تشمل عباد الشمس والرجيد وأشجار الحور وبنجر السكر. ما أنواع الملوثات البيئية التي تمت إزالتها بنجاح باستخدام النباتات؟

    يمكن دمج هذا الدرس مع درس حول التمثيل الضوئي لأنهما متضادان. يستهلك التنفس الخلوي نواتج التمثيل الضوئي والعكس صحيح. من المهم الإشارة إلى أن النباتات تؤدي كلاً من التنفس الخلوي والتمثيل الضوئي بينما تقوم الحيوانات بالتنفس الخلوي فقط.


    أنواع ومراحل عملية التخمير - شرح -

    تلقي هذه المقالة الضوء على الأنواع الثلاثة لعملية التخمير. تتكون عملية التخمير من أربع مراحل. المراحل الأربع هي: (1) الحفاظ على اللقاح (2) تراكم اللقاح (3) ثقافة ما قبل التخمير و (4) تخمير الإنتاج.

    تتم مناقشة التصنيف ، بناءً على تكوين المنتج فيما يتعلق باستقلاب الطاقة ، بإيجاز أدناه (الشكل 19.15).

    النوع الأول التخمير:

    When the product is formed directly from the primary metabolism used for energy production, it is referred to as type I and may be represented as.

    Substrate A → B → C → D → Product

    Growth, energy metabolism and product formation almost run in a parallel manner (Fig. 19.15A). In this type, trophophase and iodophase are not separated from each other e.g. production of ethanol, gluconic acid and single-cell protein.

    Type II fermentation:

    In type II category, the product is also formed from the substrate used for primary energy metabolism. However, the product is produced in the secondary pathway, as illustrated below.

    Substrate A → B → C → D ….Primary metabolism

    At the beginning, the growth of the microorganisms is accompanied by high substrate utilization with little or no product formation. Now the growth is slowed down but the substrate consumption is high, and this is coupled with product formation. As is evident from Fig. 19.15B, in type II fermentation, the trophophase and idiophase are separate. Production of some amino acids, citric acid and itaconic acid are good examples of type II fermentation.

    Type III fermentation:

    There is a clear distinction between the primary metabolism and product formation in type III fermentation (Fig. 19.15C) as they occur at separate times. Substrate consumption and rapid growth occur in the first phase and the product formation occurs in the second phase. The product is formed from amphibolic metabolic pathways and not from primary metabolism e.g. production of vitamins and antibiotics.

    Overlap of different types of fermentations:

    Types I, II and III fermentations, originally categorized by Garden (in 1959) are not very rigid. There are intermediate forms based on the composition of the nutrient culture medium, strain of the microorganism used and product formation. For instance, industrial production of lactic acid falls between type I and II, while production of the antibiotic amyloglycoside is intermediate between types II and III.

    It is sometimes difficult to categorize the industrial fermentations under any one of these types (I, II, III) due to complex nature of the process e.g. mycelium producing microorganisms in relation to antibiotic production.

    The Fermentation Process:

    The fermentation process basically consists of inoculum preservation, inoculum build-up, pre-fermenter culture and finally production fermentation. A brief account of the four stages of fermentation is given below.

    Inoculum preservation (culture maintenance):

    The preservation of high-yielding strains of microorganisms for fermentation is very important for product formation in substantial amounts. The ultimate purpose of preservation is to maintain the strains, as long as possible, without cell division. There are different methods of preservation.

    Storage at low (2-6°C) temperature:

    In this method, the microorganisms can be stored in a refrigerator in liquid culture or as stab culture. Although this is the easiest method of preservation, there is a high risk of contamination.

    The microbial cultures can be frozen and preserved for several years. In the freezers, the preservation can be done at -18°C or, at -80°C. For preservation at -196°C, liquid nitrogen must be used. It is very important that the freezing (and later thawing when required) is done slowly (usually with a change of 1°C/min) to prevent damage and killing of the microorganisms. If proper care is not taken, as many as 95% of the cells may be killed by freezing and thawing.

    Storage by lyophilization:

    Preservation of microorganisms by lyophilization (i.e., freeze drying) is the best method, although, it requires special equipment. In fact, lyophilization is the method of choice by many fermentation biotechnologists.

    The storage of microorganisms can be done by any one of the three techniques described above. However, for each method, optimal conditions for preservation must be worked out for each strain separately. In general, the preserved master strains are cultivated once in two years for checking of their activity. When needed for use, the working strains can be obtained from the master strains.

    Inoculum builds up:

    The preserved cultures have to be revived for their industrial use. This can be done by growing the cultures in liquid or on solid media. The actual process and the conditions used for inoculum build-up largely depend on the preservation technique used. There are wide variations in the growth times which depend on the type of preservation and the organisms used as given below.

    Refrigerated cultures (2-6°C):

    Frozen cultures (18°C, -80°C, -196°C):

    For all organisms 4-10 days

    For proper growth, and to obtain sufficient quantity of inoculum, a series of cultures are prepared. For good fermentation yield, the number of cells and spores, nutrient medium, temperature and age of the inoculum are important.

    The inoculum build-up is suspended in a surface-active agent such as Tween 80 and transferred to the bioreactor for fermentation.

    Pre-fermenter culture:

    Fermenter pre-culture or pre-fermenter culture is often required for inoculating large sized bioreactors. Inadequate quantity of inoculum will not only delay the product formation, but also reduce the yield drastically. By culturing the microorganisms (the inoculum build-up) in small fermenters, the size of the inoculum can be increased for large-scale industrial use.

    Biotechnologists have worked out the requisite inoculum concentrations for optimal fermentation e.g., for bacterial fermentation, the inoculum concentration should be between 0.2 to 3.0% for fungal fermentation, it is in the range of 5-10%.

    Production fermentation:

    The general features and the different types of bioreactors are already described (See p. 239-244). The size of the fermenter used mainly depends on the product. For example, a small bioreactor (1-20 litre size) can be used for producing diagnostic enzymes and substances for molecular biology by recombinant microorganisms, while large bio­reactors (≥450 litres) are employed for producing single-cell protein and amino acids.

    A diagrammatic representation of a generalized fermentation process is depicted in Fig. 19.16.

    For appropriate production by fermentation, several parameters need to be carefully considered and optimized. These include composition of nutrient medium, carbon and nitrogen sources, batch to batch variations, effect of sterilization on nutrients and on pH, and alterations in temperature and aeration. The parameters—temperature, pressure, aeration and stirring are briefly described.

    The temperature must be so maintained that there occurs maximal growth of microorganisms with optimal product formation, although this is not always possible. In general, there are two temperature ranges to run the fermentations a mesophile range (20-45°C) and a thermophile range (> 45°C).

    Sometimes, two different temperatures are used for the same fermentation process—a higher temperature is employed for good growth (in trophophase), and then the temperature is decreased for optimizing product formation (in idiophase).

    Appropriate maintenance of hydrostatic pressure, particularly in large sized bioreactors is very important. This is because pressure influences the solubility of O2 وشارك2 in the culture medium. An overpressure in the range 0.2-0.5 bar is generally used.

    A bioreactor gets aerated by the supply of O2 and therefore, adjustment must be made to furnish required amount of O2 to the microorganisms. Usually, the aeration rate is in the range of 0.25-1.25 vvm (volume of air/volume of liquid/minute).

    The type and the speed of impellers determine the stirring rate in a fermenter. In general, the impeller speed decreases as the size of the fermenter increases. Thus, for a small bioreactor (size 1-20 litres), the impeller speed is in the range of 250-350 rpm, while for a large bioreactor (size around 450 litres, the impeller speed is 60-120 rpm.


    شاهد الفيديو: طريقة شفط البويضات (قد 2022).