Wachstum von Mikrobenkulturen - ICBM
Wachstum von Mikrobenkulturen - ICBM
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Vorlesung<br />
Allgemeine Mikrobiologie<br />
<strong>Wachstum</strong> <strong>von</strong><br />
Mikroorganismen-Kulturen<br />
www.icbm.de/pmbio<br />
Cypionka<br />
SS 2003, www.icbm.de/pmbio<br />
Der Traum der Bakterien...<br />
Traum der Bakterien<br />
• Mikroorganismen vermehren sich meist durch<br />
binäre Zweiteilung.<br />
• Dadurch sind sie potenziell unsterblich.<br />
• Durch schnelles und exponenzielles <strong>Wachstum</strong><br />
werden Ressourcen verbraucht und es entsteht<br />
Hunger.<br />
Cypionka<br />
SS 2003, www.icbm.de/pmbio<br />
1
Zellteilung<br />
Zellteilung<br />
Einfacher<br />
Zellcyclus<br />
• Biomassezunahme, Längenwachstum<br />
• Replikation des Chromosoms, Auftrennung der<br />
Tochtermoleküle<br />
• Einziehung neuer Membranen und Zellwände<br />
Cypionka<br />
SS 2003, www.icbm.de/pmbio<br />
Kulturgefäße<br />
Cypionka<br />
SS 2003, www.icbm.de/pmbio<br />
2
Zellzahlen in einer Kultur<br />
o<br />
Zum Merken:<br />
Z = Z<br />
fl<br />
0 * 2 g<br />
2 10 = 1024 o o mit<br />
2 fl<br />
20 ≈ 1 Million<br />
Z 0 = Zellzahl zu Beginn<br />
o o o o<br />
2 30 ≈ 1 Milliarde<br />
fl<br />
o o o o o o o o<br />
fl<br />
o o o o o o o o o o o o o o o o<br />
fl<br />
oooooooooooooooooooooooooooooooo<br />
fl<br />
oooooooooooooooooooooooooooooooo<br />
oooooooooooooooooooooooooooooooo<br />
fl<br />
Cypionka<br />
Zellzahlen<br />
g = Anzahl der Generationen<br />
SS 2003, www.icbm.de/pmbio<br />
<strong>Wachstum</strong>sphasen<br />
<strong>Wachstum</strong>sphasen<br />
Die<br />
exponenzielle<br />
Phase zeigt in<br />
der<br />
logarithmischen<br />
Auftagung einen<br />
linearen Anstieg<br />
Cypionka<br />
SS 2003, www.icbm.de/pmbio<br />
3
Einige Begriffe<br />
Begriffe<br />
Generatonszeit: Zeit, die eine Bakterienzelle für eine<br />
Verdopplung braucht (h)<br />
Teilungsrate:1/Generationszeit (v, h -1 )<br />
<strong>Wachstum</strong>srate: Zuwachs pro Zeit (µ, h -1 ) [ vgl. Zinssatz]<br />
Verdopplungszeit: Zeit die ein <strong>Wachstum</strong>sparameter zur<br />
Verdopplung braucht (t d , h) [Achtung: Zinseszins]<br />
Maximale <strong>Wachstum</strong>srate µ max : <strong>Wachstum</strong>srate während<br />
der exponentiellen Phase (h -1 )<br />
Cypionka<br />
SS 2003, www.icbm.de/pmbio<br />
Super-Konto, Zinssatz µ = 100 % pro Jahr<br />
Superkonto<br />
1. Januar 100 Euro fi 31.Dezember: 200 Euro<br />
1<br />
/ 12 Zuwachs pro Monat + Zinseszins fi 31.12.: 261 Euro<br />
Sofortiger Zuwachs + Zinseszins fi 31.12.: 271.18 Euro<br />
100 x e<br />
X t = X 0 • e µ . t<br />
Logarithmiert:<br />
Kontostand =<br />
Anfangskapital * e Zeit*Zinssatz<br />
µ = (ln x – ln x 0 )/(t – t 0 ) = ln (x/x 0 )/(t – t 0 )<br />
Cypionka<br />
SS 2003, www.icbm.de/pmbio<br />
4
Verdopplungszeit<br />
Verdopplungszeit<br />
X t = X 0 • e µ . t<br />
Logarithmiert:<br />
µ = ln (x/x 0 )/(t – t 0 )<br />
Wann hat sich mein Geld verdoppelt (t d )?<br />
x/x 0 = 2<br />
ln 2 = 0.693<br />
µ = ln 2/t d<br />
µ = 0.693/t d<br />
t d = 0.693/µ<br />
Bei sofortiger Verzinsung<br />
brauche ich nur einen<br />
Zinsasatz <strong>von</strong> 69.3 %, um<br />
mein Kapital pro Jahr zu<br />
verdoppeln.<br />
Cypionka<br />
SS 2003, www.icbm.de/pmbio<br />
<strong>Wachstum</strong>sertrag<br />
<strong>Wachstum</strong>sertrag<br />
Der <strong>Wachstum</strong>sertrag ist abhängig <strong>von</strong> den<br />
- katabolischen Stoffwechselwegen bzw.<br />
anderen Möglichkeiten der Energiekonservierung<br />
- Art der verfügbaren Kohlenstoffquellen<br />
- Energieverbrauch für Erhaltungsstoffwechsel<br />
Der Ertrag ist viel besser vorhersagbar als die<br />
<strong>Wachstum</strong>srate.<br />
Cypionka<br />
SS 2003, www.icbm.de/pmbio<br />
5
Chemostat<br />
Chemostat<br />
Im Chemostat können<br />
Zellen unter<br />
konstanten<br />
Bedingungen in einer<br />
exponentiellen Phase<br />
(mit µ < µ max ) kultiviert<br />
werden<br />
Cypionka<br />
SS 2003, www.icbm.de/pmbio<br />
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