Ашытқылардың табиғаттағы қызметі

ҚАЗАҚСТАН БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

әл-Фараби атындағы қазақ ұлттық университеті

 

 

 

 

 

 

 

          

СӨЖ

 

Тақырыбы: Ашытқылардың табиғаттағы қызметі.

 

 

 

 

                                                        

 

                                                                  

 

 

 

 

                                                                      Орындаған:Мурзагельдинова А.Д.

                                                                                             Б.Т.13-08

                                                        Тексерген: Бержанова Р.Ж.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2014 ж.

Ашытқы  клеткалары

  Ашытқы клеткалары – бұл бір клеткалы саңырауқұлақтар, 3 класқа бөлінеді : Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes.

   Аскомицеттер мицелий түзбейтін, клетка пішіні сопақша келген, диаметрі 3-15 мкм-ге жететін ашытқылар. Аскомициттер бинарлы бөлінеді немесе аскоспоралар түзу арқылы жынысты жолмен ( споралар арнайы клетка ішінде- дорбада немесе аскыда ) бүршкетеніп көбейеді.

 

 

   Бүршіктеніп көбейгенде дамыған клетканың бетінде бір немесе бірнеше бүршік пайда болады және оларға цитоплазма мен ядроның бір бөлігі кіреді. Аналық және жас клетка арасы созылып тартылуы ( жұқарған орны ) азайып, белгілі бір уақыт келгенде жас клетка бөлініп түсіп қалады. Аналық  клетканың бетінде перифериясы дөңгеленіп көтеріліп тұрған тыртық қалады. Бүршіктеніп көбею жолы  Saccharomyces туыстығына тән. 

Бөліну арқылы көбейгенде клетка ортасында  екі қабырғалы калка пайда болып, кейіннен екіге ыдырап бөлінеді ( Schizosacchromyces туыстығы) .

  Жынысты жолмен кобеюінде  – екі ашытқы клеткалары бірігіп ( копуляция ), арасындағы қабаты  еріп кетеді. Ұрықтанған ядро 2 немесе 3 рет бөлінеді және 4 немесе 8 аскоспора пайда болады.Аскоспора қабағы қалың болғандықтан, ортаның қолайсыз факторларына төзімді. Біраз өсіп болған соң споралар жыныссыз көбейе бастайды.

   Биотехнологияның гендік-инженерия саласында тәжірбиелік жұмыстарға наубайханалық ашытқыларын көп қолданады - Sacchromyces cerevisiae. Ашытқының глюкозаны этанол мен көмір қышқыл газына айналдыру қасиетін пайдаланып, бұрыннан шарап өндірісінде, наубайханалық өнеркәсібінде қолданады. S.cerevisiae ашытқысының биохимиясы физиологиясы зерттелген, барлық хромосома жинағындағы толық нукеотидтік реті анықталған, зертханалық және өндірістік жағдайларда өсіру жеңіл қоректік субстратты қажет етпейтің, күшті промоторлар бар, трансляциядан кейінгі модификациясы бар ашытқы сонымен қатар GRAS –  “ generally recognized as safe” тізіміне енген, яғни қауіпсіз деп танылған организмдер. Sacchoromyces lipolytica ақуызға бай биомассаны алуға қолданады.

   Аскомицеттердің  кейбір өкілдері – қара күйе (Claviceps purpurea) астық тұқымдас өсімдіктерді зақымдайды, ал Nadsonia тағам өнімдерін бұзады.

   Базидомицеттер ашытқылар, базидиалы типті жынысты құрылым  түзеді (базидиоспоралар). Ол қызыл  түсті ашытқылар Rhodosporidium  туыстағы және қызғылт түсті ашытқылар туыстығы. Базидиомицеттер арасынан өндірістік штамдар жоқ.

   Дейтеромицеттер  - ашытқы тәрізді саңырауқұлақтар, бүршіктеніп көбейеді, ұштарында хламидоспоралары бар псевдомицелий түзеді (жіпше созылатын өспелі құтышалардан клеткалар бүршіктенеді). Нағыз ашытқыларда (аскомицеттер) псевдомицелий және хламидоспоралары жоқ, тек аскоспора түзеді.

   Candida utilis, Carborea – биотехнологияда ақуызды биомассасын алуға қолданады. Torula spp -  сүт қышқыл ашытуда, Rhadotorula тағам өнімдерін бұзады;  Trichoderma cutancus – ағынды суларды тазартуға қолданады; Calbicans – адамдарда кандиоз ауруын тудырады.

   Candida туыстығына  жататын  ашытқылар тері өңдеу зауыттарында  және қағаз-целлюлозалық өнеркәсіп  орындарында түзілетін сульфитті  ағынды суларда өседі. Олардың  ішінде уыттарды, фенолдарды тотықтыратын  штамдары бар. Ашытқылардың ішінде  форель мен лосось фаршының  жұмсағына, қызғылт немесе  қызғылт  сары түс беретін каротиноидтардың (А витаминнің бастауыш заты) продуценті белгелі.

 

 

Өсу және көбею

 

Биотехнологиялық өндірісте микроорганзимдерді сәтті қолдану биореакторда олардың өсуі мен көбеюі үшін жасалған адекватты жағдайларға, субстратпен қамтамасыз еткенге, физикалық-химиялық факторларға (рН, температура, аэрация, араластыру және т.б.) және микробты дақылдың өсу фазаларымен дұрыс басқаруына (бірінші метаболиттерді, яғни микроорганизмдердің тірі клеткалары дамуының экспоненциалды фазасында бөліп алу, ал антибиотиктер мен ферменттерді дамудың стационарлы фазасында алған өнімдірек) байланысты.

Өсу – бұл клеткалардың салмағы мен көлемінің координациялық артуы, теңгерімді өсу – клетка санына пропорционалды олардың массасы мен барлық компоненттердің санының жоғарылауы.

Даму – ата-аналық кезден тұқым қуалаған клетканың қызметі мен құрылымының уақыт өте келе жетілуі.

Әртүрлі топқа жататын микроорганизмдерге жалпы биологиялық заңдылық тән – өсу барысында даму, яғни жетілу, клетка ішілік құрылымды компонеттерінің дифференциялануы.

Көбею – микроорганизмдер клеткалар санының белгілі бір уақыт аралығында артуы. Бактериялар, актиномицеттер, ашытқылар мен саңырауқұлақтардың көбеюінде елеулі айырмашылықтар бар, осыны биотехнологиялық үрдістерде есепке алды. Мысалы, бактериялар бөлініп көбейгенде, клеткалар суспензиясы жақсы аэрацияланатын болғандықтан тереңділік ферментация жағдайында араластырылып отырылады, ал саңырауқұлақтар, керісінше, бұтақталған мицелий түзу арқылы орта бетінде жайылып өседі.  Сол себепті оларға өсірудің беткейлік технологиясы тиімдірек және т.б. Продуцент дақылдың даму фазаларын оңтайлы басқару биотехнологиялық өндірістің басты жұмыстарының бірі.

Бактериялардың көбеюі бинарлы бөліну арқылы жүреді, сондай-ақ клеткалар аналық клеткаға ұқсас және әрбіреуі аналық клетканың даму циклін қайталайды.

Ашытқылар бүршіктеніп көбейеді. Клетка қабырғасының бетінде бүршік пайда болады. Сол бүршік аналық клетканың өлшеміне жеткенге дейін өсе береді, содан соң бөлініп кетеді. Аналық клетканың бетінде тыртық қалып қояды. Бұршіктеніп көбейетін жеке клетканың жасын аналық клетканың тыртықтарының саны бойынша есептеуге болады.

Тек қана бөліну немесе гифтер түзілу арқылы көбейетін ашытқылардың жасын жағарыдағы әдіспен есептеп алуға болмайды, себебі аналық және жас клеткалар бір бірінен айырмашылығы бар.

Saccharomyces туыстығына кіретін  сыра және наубайхана өнеркәсіптерінде  пайдаланатын ашытқылардың көбісі (-) аталық және (+) аналық гаплоидтардан  тұратын гетерезиготты диплоидтар.

Аэробты дақылда азот қор затын шектейтін болсақ Saccharomyces cerevisiae клеткалары ұзарып, созылыңқы пішінде болады, ал Candida albicans клеткаларына глюкоза және оттегі қамтамасыз етілуін шектейтін болсақ көбірек псевдомицелий түзеді. Кандидалардың клетка қабырғасының химиялық құрамы елеулі өзгеріп, жүре келе хитин 1,5-2,0 есе жоғарылайды.

Микроскопиялық саңырауқұлақтар және актиномицеттер  гиф түрінде өседі, гифтері ұзарып, бұтақталып және күрделі өрмелі тармақталған мицелий түзеді. Осы микроорганизмдердің барлық клеткалары өсе бермейді, тек бетіндегі шеткі клеткалар өседі. Сол себепті саңырауқұлақтар мен актиномицеттердің өсу уақытында биомасса концентрациясы бактериялар мен ашытқылар сияқты экспоненциалды өспейді, тек сызықты (бұтақталмаған гифтердің өсу жағдайында) немесе одан да күрделі механизммен (бұтақталған гифтердің өсу жағдайында) өседі.

Мицелиалы микроорганизмдер өсу үрдістерінде тығыз қабыршақ  немесе глобула түзеді (тереңдікте өскенде), сол себепті мицелий клеткаларына қор заттарының тасымалдануы ж әне олардан метаболиттердің шығуы баяулайды.

Қоректік орта бетінде колония түрінде өскен саңырауқұлақтардың перифериялық аймағында мицелий жіпшелері жастау, орталық аймақтарындағы мицелий жіпшелері -  кәрілеу болғандықтан, онда өсуі шектелген физикалық және химиялық жағдайларға байланысты мицелийлер ұзын және көлемді, қысқы және күшті тармақталған болуы мүмкін.

Актиномицеттерде биомасса өсуі көбеюсіз іске асады – бір спорадан көп ядролы,септаланбаған, жеке клеткаларға бөлінбеген мицелий өседі. Керісінше, сол актиномицеттердің спораға дейін мицелийлерінің фрагментациялануы клетканың өсуінсіз көбеюінде байқалады.

Биопродуцентті микроорганизмдер көп жағдайда биотехнологиялық үрдіс жағдайына, ферментациялық ортаға бейімделеді. Мысалы, E.coli қоректік орта құрамында көміртегі көзі ретінде глюкоза, глицерин, сірке қышқылы, этанол; азот көзі ретінде әртүрлі аминқышқылдар, аммиак, пурин және пиримидиндер және т.б. заттардың біреуі ғана болған жағдайда өсіп, дами алады. Егер өсіретін қоректік ортада осындай заттардың қоспасы болса,   онда эшерихиялар бірінші сіңіруге қолайлы затты қолданады, мысалы, бірінші аммиак емес аминқышқылды қолданады. Себебі аминқышқылдар зат алмасу үдерістерәне  тура қатысатындықтан  бірінші қолданылады. Аммиактан аминқышқыл түзілу реакциясын катализдейтін ферменттер синтезі репрессияланады. Осындай механизмді көміртегі көзі бойынша да бақылайды. Мысалы, ортада глюкозаның болуы сәйкес ферменттердің репрессиясы  жолымен басқа көмірсулардың  ашытуын тежейді- арабиноза, галактоза, лактоза немесе мальтозаның, катаболизм үрлісіне тек глюкозаны пайдаланады.

     Аминқышқылдар  немесе глюкоза қоры жетіспеген  жағдайда микроорганизм клеткаларында  аммиак, арабиноза және т.б. заттарды  катализдейтін  ферменттер активтілігі  индуцияланады.  Бұл диауксия  феномені, яғни басты субстрат  жетімсіздігі байқалғанда микроорганизмдер  тиімділігі төмен басқа субстратты  катаболизмге ұшыратады.

     Биотехнологиялық  өндірісте микробтық биомассаны  көбейту үшін құндылығы күрделі  қоректік орта, оның құрамына  тиімді көміртегі , азот көздері  бай және т.б. заттар ендіреді.  Кейін микробтық биомассаны кедей  қоректік ортасы бар биореакторға  ауыстырады. Осындай жағдайларда  микробтық клеткалар экспоненциалды  даму фазадан стационарлық фазаға  көшіп, антибиотиктер, ферменттер және  т.б. метоболиттерді синтездейді.

      Бактерияның  даму фазалары қоректік орталарын  ауыстырмаған  жағдайда яғни жиі  өсірілу кезінде жақсы зерттелген.

     Лаг фаза. Қоректік субстратқа себілген дақылдарды енгізгеннен кейін,  микроорганизмдер жаңа жағдайларға жылдам бейімделе бастайды. Субстрат құрамына байланысты метаболизм  жолдары белсенді жүреді, субстрат компоненттерін ыдыратуды катализдейтін индуцибельді ферменттер активті түрде синтезделеді, клетка ішілік ақуыздар түзілуі қарқынды өтеді.

     Лаг фазаның  ұзақтығы биореакторға субстратпен  қоса себілген дақылды енгізгеннен  бастап микроорганизмдердің қарқынды  көбеюіне дейінгі, биомасса өскенше  созылады.  Осы уақытты қысқартып, технологиялық циклдарды қысқарту  үшін  себілетін дақылды экспоненциалдық  өсу фазасында қолдану қажет ды еккен қоректік орталар құрамы ферментациялық үрдістегі аппараттағы қоректік ортаға жақын болуы қажет.

- Өсудің экспоненциялдық фазасы. Белгілі меншікті жылдамдықпен тұрақты уақытта клетка саны еселеніп микроорганизмдердің қарқынды көбею фазасы. Қоректік субстраттын метоболизмі белсенді өтеді, ақуыз биосинтезін қамтамасыз ету үшін микроорганизмдер клеткасындағы РНҚ концентрациясы күрт жоғарылайды. Экспоненциялды фазаны субстрат концентрациясы тежейді, әсіресе белгіленген өнімнің бастауыш метаболитінің жетіспеушілігі, зат алмасу өнімдерінің жоғары болуы, оттегімен қамтамасыз етілуі, көмір қышқыл газын алып кетуі, рН, температура және т.б.

Осы фазада биомассаның максимальды өсуі мақсатты метаболиттің максимальды өнімділік деңгейіне тең емес, яғни кейбір жағдайларда масса көп болғанымен қажетті өнім аз болып келеді. Мұндай жағдайларда фазалық өсудің және мақсатты бүтін метаболиттің өнімділігін қажетті сәйкестігіне қол жеткенше дейін арнайы технологиялық зерттеулер жүргізеді. Мицелиядің жоғары клеткалары ұшы бастап өсетін  саңырауқұлақтар мен актиномицетердің экспоненйиялдық фазаы болмайды, себебі биомассаның концентрациясы жоғарылыған сайын өсу өзіндік жылдамдығы төмендейді.

- Стационарлы фаза. Клеткалардың автолизі, яғни бір уақытта көбеюмен қатар өліп отырғандықтан тіршілікке қабілетті клеткалар саны тұрақты. Осы фазада клетка ішілік қор заттарымен активті қоректеніп, рибосома саны төмендейді, екінші метаболиттердің синтезі қарқынды жүреді.

- Өлу  фазасы. Автолиз, клеткалардың өлуі күрт өседі, биосинтез үрдістері тоқтайды.

Сонымен, лаг-фазаның соңына қарай клеткаларда РНҚ тез көбейгендіктен  клеткалар бөліне бастайды да, экспоненциалдық өсу фазасы өтеді. Өсу жылдамдығы жоғарланған сайын ақуыз синтезі жоғарылайды, клеткаларда  РНҚ концентрациясы азаяды (ал ДНҚ концентрациясы өзгермейді).                                                                                                                        

 

Бактериялардың өсу жылдамдығы өзгеруінің жалпы себептері – субстрат концентрациясының төмендеуіне, уытты метаболиттердің жиналуына, қоректік ортаның құрамындағы заттарды газдарды тасымалдауды қиындататын бактерия популяциясының тығыздығы жоғары болуына байланысты.Айта кету керек,клетка ішілік маңызды үрдістірге: ДНҚ репликациясы,РНҚ транскрипциясы,ақуыз биосинтезі,экспоненциалды фазада микроорганизмдер клеткаларының максималды жиналуына байланысты ферменттердің активтілігі ,стационарлы фазаның ұзақтылығы және олардың өлу кезеңінің басталуы жатады.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

Ферментациялық үрдістердің динамикасын есептеу үшін,өсудің меншікті жылдамдығын,экономикалық және метаболиттік коэфиценттерді және т.б.көрсеткіштерді анықтау қажет.