Zmena koncentrácie cukru počas fermentácie a dýchania
Vykonanie skúšky
50 ml reprezentatívnej bunkovej suspenzie sa umiestni do oboch reakčných nádob a preinkubuje sa. Striekačka má hadicu na odvzdušnenie a jednu na odber vzoriek.
- Z každej z dvoch dávok sa odoberajú vzorky z 2 skúmaviek Eppendorf (2 ml) v intervale 20 minút
- vzorky sa centrifugujú pri 12 000 (ot./min) po dobu 5 minút
- supernatanty sa prenesú a zahrievajú sa na 90 ° C v termobloku 10 minút
- zhromaždené a ochladené vzorky sa znova centrifugujú pri 12 000 (ot./min.) počas 10 minút
- zmerajte uhol rotácie v polarimetri pri 365 nm - prvá vzorka sa použije na oplachovanie, druhá ako merací roztok
Čítania
anaeróbny experimentálny prístup
| 80 | 7.15 | 238,33 | |||
| 100 | -- | -- | -- | -- | -- |
| 120 | 7,78 | 259,33 | +21. deň | +2.10 | +6.30 |
| 140 | 7,61 | 253,67 | -5,66 | -0,57 | -1,70 |
aeróbny test
| 80 | 7,23 | 241,00 | |||
| 100 | -- | -- | -- | -- | -- |
| 120 | 7.57 | 252,33 | +11,33 | +1.13 | +3.40 |
| 140 | 7,39 | 246,33 | -6. | -0,60 | -1,80 |
Na stanovenie koncentrácie glukózy v polarimetri sa ako referenčný bod použije štandardný roztok s koncentráciou 10 mM a uhlom rotácie 0,3 °. Koncentrácia sa potom vypočíta takto: \ [c = \ frac * 10 \ text >> \]
Na výrobu kvasinkovej suspenzie sa kultivovalo 2,5 g kvasiniek v celkovo 250 ml média. Za predpokladu, že sa kvasinky po kultivácii nerozmnožili, obsahuje reprezentatívna vzorka 50 ml 0,5 g kvasiniek. Na výpočet zmeny množstva látky z koncentrácie sa použil nasledujúci vzorec: \ [n (\ text) = \ Delta M [\ text] * \ frac \]
hodnotenie
teoretické úvahy
- Molekulárny vzorec dýchania: \ [C_6H_O_6 + 6 O_2 \ pravý šíp 6 CO_2 + 6 H_2O + 30 ATP \]
- Molekulárny vzorec pre etanolovú fermentáciu: \ [C_6H_O_6 \ rightarrow 2 C_2H_5OH + 2 CO_2 + 2 ATP \]
- úbytok hmotnosti v mitochondriálnom dýchaní je 72 g na mol glukózy a 88 g na mol glukózy v etanolovej fermentácii
Porovnanie experimentálnych prístupov
Z dôvodu chyby vo vykonávaní experimentu a problémov s polarimetrom museli byť vzorky pre \ (t = 100 \) vyradené, aby bolo možné na vyhodnotenie použiť iba merania pre \ (t = 120 \) a \ (t = 140 \).
Meranie polarizačného uhla pri \ (t = 120 \) ukázalo, že koncentrácia glukózy sa zvýšila v porovnaní s nameranou hodnotou \ (t = 80 \), čo jasne naznačuje závažnú chybu. Je možné, že sme polarimeter použili pre nameranú hodnotu \ (t = 80 \) inak ako skupina pred nami. Všeobecne sa však dá povedať, že polarimeter je najväčším zdrojom chýb a že mohol byť aj zlomený. Mechanika počítadla sa často zasekla, takže nemusí byť možné nastaviť skutočnú nameranú hodnotu. Z dôvodu vysokého veku zariadenia možno predpokladať ďalšie známky opotrebenia.
Spotreba kyslíka kvasinkami v prietokovom experimente je: \ [\ dot_ = -0,549 \ frac \]
Celkový vzorec pre dýchanie možno použiť na výpočet spotreby glukózy čistým dýchaním: \ [\ dot _> = \ frac * \ dot_ = \ mathbf> \]
Ak teraz odpočítate spotrebu glukózy dýchaním od špecifickej spotreby glukózy v experimentoch s aeróbnou fermentáciou, získate hodnotu pre čistú aeróbnu fermentáciu: \ [\ dot _> = \ mathbf> \]
Pomer aeróbnej fermentácie k dýchaniu je 19: 1. To ukazuje, že kvasinky vo veľkej miere kvasia aj za aeróbnych podmienok. Ak máme na základe týchto poznatkov predpovedať Pasteurov efekt, predpokladá sa, že je veľmi nízky, pretože za aeróbnych podmienok sa dýcha veľmi málo, a teda spotreba glukózy ťažko klesá. Toto je požadovaný efekt, ktorý sa zvýšil chovom pekárskych kvasníc. Dôležitým predpokladom anaeróbnej fermentácie je prítomnosť vhodných cukrov, ako je glukóza.
Pasteurov efekt
Pasteurov efekt popisuje jav, že kvasinky konzumujú viac glukózy za anaeróbnych podmienok ako za aeróbnych podmienok. Je to spôsobené nízkym výťažkom ATP v etanolovej fermentácii.
Ak porovnáte spotrebu glukózy z anaeróbneho prístupu s aeróbnym prístupom, je zrejmé, že spotreba glukózy pri ventilovanom prístupe je ešte vyššia ako pri nevetranom prístupe. Ak porovnáte spotrebu glukózy fermentáciou v obidvoch prístupoch, je zrejmé, že pri fermentácii sa v obidvoch prístupoch prevádza približne rovnaké množstvo glukózy. (\ (\ dot_ \ približne -1,70 \ frac \)) Skutočnosť, že kvasinky premieňajú viac glukózy v aeróbnom prístupe ďalším dýchaním, ukazuje negatívny pasteurový efekt, ale je to spôsobené aeróbnou fermentáciou špeciálne pestovaných pekárskych kvasníc.
Dýchací kvocient (RQ)
\ (\ left (\ frac _> _> \ right) \) je obzvlášť vysoký kvôli aeróbnej fermentácii a následnej nízkej spotrebe kyslíka. Produkcia \ (CO_2 \) pozostáva z dýchania a fermentácie. Z reakčnej rovnice pre úplnú inhaláciu glukózy je zrejmé, že molárny tok \ (O_2 \) zodpovedá prietoku \ (CO_2 \). Pri etanolovej fermentácii je molárny tok \ (CO_2 \) dvakrát vyšší ako prietok glukózy. Výsledkom je: \ [RQ = \ frac = 7,23 \]
Tvorba ATP je tvorená časťou z dýchania a časťou z fermentácie. Príslušný výťažok ATP je uvedený v teoretických predbežných úvahách. Výsledkom bude: \ [\ dot_> = (91 * 10 ^ * 30) + (1,71 * 2) = \ mathbf> \]
Aeróbna fermentácia má pre človeka veľký ekonomický význam. Kvasinky premenia veľké množstvo glukózy na \ (CO_2 \) v krátkom čase, ktorá sa použije ako kypriaci prostriedok. Okrem toho je rýchlosť reprodukcie vyššia pri prevzdušnených suspenziách kvasiniek. Pre kvasinky ponúka aeróbna fermentácia možnosť rýchleho dodania veľkého množstva glukózy medziproduktom pre metabolizmus a vytvorený alkohol inhibuje rast konkurenčných mikroorganizmov.
Zváženie chyby
Uskutočnenie experimentu už zaručuje vysoký potenciál chýb. Všetky vzorky musia byť odobraté v stanovenom časovom rámci a zmena testovacích skupín môže rýchlo viesť k nejasnostiam a chybám. Ďalším zdrojom chýb bol polarimeter, ktorý bol pravdepodobne tiež chybný. Mechanika počítadla pre analógový displej nameraných hodnôt sa niekoľkokrát zasekla. Okrem toho mohlo dôjsť ku kontaminácii napriek prepláchnutiu, pretože čistenie meracej komory bolo náročné.
Spotreba kyslíka v uzavretom systéme
exekúcia
Boli pripravené zriedené kvasnicové suspenzie a suspenzie rastlinných buniek. Z každej suspenzie sa odoberie určité množstvo a kyslík obsiahnutý v tomto množstve sa v suspenzii rovnomerne distribuuje za vylúčenia vzduchu a neustáleho miešania pomocou miešadla. Spotreba kyslíka sa vizualizovala ako funkcia času pomocou elektródy pomocou záznamníka. Tento experiment sa opakoval s prídavkom kyanidu draselného do suspenzií. To inhibuje cytochrómoxidázu, čo znemožňuje normálny dýchací trakt.
hodnotenie
Spotreba kyslíka v prietokovom systéme
exekúcia
Kvasinková suspenzia s koncentráciou 10 g kvasiniek na liter sa miešala, aby sa suspenzia nasýtila kyslíkom. Ten sa potom prečerpal cez vzduchotesnú hadicu, na konci ktorej sa zmerala koncentrácia kyslíka v suspenzii. Tento experiment sa uskutočňoval s dvoma rôznymi rýchlosťami čerpania. To umožnilo určiť spotrebu kyslíka kvasinkovými bunkami z rozdielu v koncentráciách a z rozdielu v časových intervaloch. Došlo tiež k pokusu o opakovanie pri každej rýchlosti čerpania. Použité rýchlosti pumpy boli 8,4 a 4,2 ml/30 s, a preto 2,3 ml potrebovalo čas 8,2 s a 16,4 s, aby prebehlo systémom pumpy. Namerané koncentrácie kyslíka boli 6,3 a 5,3 mg/l pri vyššej rýchlosti čerpania a 5,9 a 4,9 mg/l pri nižšej rýchlosti čerpania.
hodnotenie
Priemerný rozdiel koncentrácií je 0,4 mg/l, časový rozdiel 8,2 s, takže sa spotrebuje 0,049 mg/l * s. Pri koncentrácii 10 g kvasiniek na liter to vedie k zmene koncentrácie 17,56 mgO2 * h-1 * g-1. To zodpovedá 293 μg/min * g, takže existujú odchýlky viac ako 100 μg od experimentu so zriedenou suspenziou. To sa dá vysvetliť vyššou hustotou kvasinkových buniek a tým aj silnejšou konkurenciou pre kyslík. Možno to vytvorí v hadici malé oblasti s veľmi nízkou koncentráciou kyslíka, takže tu prevláda fermentácia. Na druhej strane chyby v experimentálnom nastavení alebo manipulácii s bunkami môžu byť tiež dôvodmi tejto odchýlky.