Vorlesung 2

Einzelle: Zunahme der Zellzahl

Mycelbildner: Zunahme der Biomasse

• Steuerung der Zellteilung ist komplexer Vorgang und gekoppelt an chromosomale Repliklation

• Chromosom: Genetisches Element, welches notwendige Gene für Zellfunktion trägt (Prokaryonten: ringförmig, Eukaryonten: linear)

  
  

Prokaryonten: DNA-Replikation

Letzter Schritt Zelltrennung

Eukaryonten: Mitose

PCR: Polymerase Chain Reaction

• Vervielfältigung von DNA-Sequenzen außerhalb der Zelle zum identifizieren oder gentechnischer Bearbeitung

• Anwendung: Gerichtsmedizin, Medizin, Umweltanalytik, Lebensmittelanalytik

• Methode:

  a) Bei 94°C DNA-Strang aufgeschmolzen

  b) Anlagerung der Primer unter Temperatursenkung (40-60°C)

  c) Synthese bei 72°C der neuen Komplementärstränge mit DNA-Polymerase

• 10^6-10^9-fache Zunahme der Zielsequenz

• Nachweise der Produkte über Gel-Elektrophorese

  1. Einschluss von markierten Gruppen

  2. Anfärben mit fluoreszierendem Farbstoff

Extern: Nährstofflimitation, Hemmstoffe, Milieubedingungen (pH, Temperatur, O2)

Intern: Informationsgehalt des genetischen Materials, Art und Geschwindigkeit von Stoffwechselprozessen

• Maximalwert bei optimalen externen Faktoren

• ausschließlich von internen Faktoren bestimmt

• organismenspezifische Kenngröße für das Wachstum auf einem gegebenen Substrat

Verdopplungszeit:

td = ln2/µ

Bei Nähstofflimitation:

µ= µmax*S/(Ks+S)

S = Substratkonzentration

Ks= substratspezifische Sättigungskonstante

• Diskontinuierliche Kultur:

  Geschlossene Kultivierung, wobei alle Nährstoffe zu Beginn vorgelegt werden und während der Kultivierung keine weiteren Nährstoffe zugeführt oder Stoffwechselprodukte abgeführt werden (batch-Kultur, statische Kultur)

• Fed batch Kultur:

  Die Produktionsphase wird durch Zuführung von Nährstoffen verlängert. Anwendung bei vielen Antibiotika-Fermentationen. Vermeidung von Substrathemmung, Katabolit-Repression

  Bsp: Antibiotika, Enzyme

• Kontinuierliche Kultur:

  Offenes System, wobei kontinuierlich frische Nährlösung zugeführt und Kulturlösung entnommen wird. Bei Systemen im Gleichgewicht bleiben Zellzahl und Nährstoffkonzentrationen konstant (Fließgleichgewicht = steady state)

  Chemostat: konstanter Nährstoffzufluss

  Turbidostat: konstante Zellzahl

  Bsp: Abwasserreinigung, Ethanolproduktion

• Sauerstoff

• Temperatur

• pH-Wert

• Osmose

• Nährstoffe

• Aerobier:

  obligat (erforderlich)

  fakultativ (nicht erforderlich, aber mit besseres Wachstum)

• Mikroaerophile: in geringen Mengen erforderlich

• Anaerobier:

  aerotolerant (vertragen O2, aber nicht nutzbar)

  obligat (schädlich oder letal)

a.    Psychrophile: 0 bis 28°C

b.    Mesophile: 20 bis 45°C

c.    Thermophile: 42 bis 70°C

d.    Extrem thermophile: 65 bis 90°C

e.    Hyperthermophile: 85 bis 110°C

a.    Acidophile: 2 bis 3,8

b.    Neutrophile: 6 bis 8

c.    Alkaliphile 9 bis 10,5

Halophil: Tolerant gegen Kochsalz

Osmophil: Tolerant gegen hohen Zuckergehalt

Xerophil: Tolerant gegen Wassermangel

Wasserverfügbarkeit:

Wird beeinflusst von Wassergehalt und die Konzentration von osmotisch wirksamen Substanzen (z.B. Salz, Zucker u.ä.)

a.    Makronährstoffe: C, H, O, N, S, P, K, Mg, Na, Ca, Fe

b.    Mikronährstoffe: Cr, Co, Cu, Mn, Mo, Ni …