Modificarea concentrației zahărului în timpul fermentației și respirației
Executarea testului
50 ml suspensie celulară reprezentativă este plasat în ambele vase de reacție și preincubat. Seringa are un furtun pentru aerisire și unul pentru prelevarea probelor.
- 2 eprubete Eppendorf (2 ml) sunt prelevate din fiecare dintre cele două loturi la un interval de 20 min
- probele sunt centrifugate la 12.000 (rpm) timp de 5 min
- supernatanții sunt transferați și încălziți la 90 ° C într-un termobloc timp de 10 min
- probele colectate și răcite sunt centrifugate din nou la 12000 (rpm) timp de 10 min
- măsurarea unghiului de rotație în polarimetru la 365 nm - prima probă este utilizată pentru clătire, a doua ca soluție de măsurare
Lecturi
abordare experimentală anaerobă
| 80 | 7.15 | 238,33 | |||
| 100 | -- | -- | -- | -- | -- |
| 120 | 7,78 | 259,33 | +21 | +2.10 | +6.30 |
| 140 | 7.61 | 253,67 | -5,66 | -0,57 | -1,70 |
abordarea testului aerob
| 80 | 7.23 | 241,00 | |||
| 100 | -- | -- | -- | -- | -- |
| 120 | 7.57 | 252,33 | +11.33 | +1.13 | +3.40 |
| 140 | 7.39 | 246,33 | -Al 6-lea | -0,60 | -1,80 |
Pentru a determina concentrația de glucoză din polarimetru, se utilizează ca punct de referință o soluție standard cu o concentrație de 10mM și un unghi de rotație de 0,3 °. Concentrația este apoi calculată după cum urmează: \ [c = \ frac * 10 \ text >> \]
Pentru a produce suspensia de drojdie, 2,5 g de drojdie au fost cultivate într-un total de 250 ml de mediu. Presupunând că drojdia nu s-a înmulțit de la cultivare, o probă reprezentativă de 50 ml conține 0,5 g drojdie. Următoarea formulă a fost utilizată pentru a calcula modificarea cantității de substanță din concentrație: \ [n (\ text) = \ Delta M [\ text] * \ frac \]
evaluare
considerente teoretice
- Formula moleculară pentru respirație: \ [C_6H_O_6 + 6 O_2 \ rightarrow 6 CO_2 + 6 H_2O + 30 ATP \]
- Formula moleculară pentru fermentarea etanolică: \ [C_6H_O_6 \ rightarrow 2 C_2H_5OH + 2 CO_2 + 2 ATP \]
- pierderea în greutate în respirația mitocondrială este de 72g pe mol de glucoză și 88g pe mol de glucoză în fermentația etanolică
Compararea abordărilor experimentale
Din cauza unei erori în executarea experimentului și a dificultăților cu polarimetrul, eșantioanele pentru \ (t = 100 \) au trebuit aruncate astfel încât să poată fi utilizate doar pentru evaluare valorile măsurate pentru \ (t = 120 \) și \ (t = 140 \).
Măsurarea unghiului de polarizare la \ (t = 120 \) a arătat că concentrația de glucoză a crescut în comparație cu valoarea măsurată \ (t = 80 \), ceea ce indică în mod clar o eroare gravă. Este posibil să folosim polarimetrul diferit față de grupul dinaintea noastră pentru valoarea măsurată \ (t = 80 \). În general, totuși, se poate spune că polarimetrul este cea mai mare sursă de eroare și că ar fi putut fi rupt. Mecanica contorului s-a blocat adesea, astfel încât valoarea măsurată efectivă ar putea să nu fie setată. Datorită bătrâneții dispozitivului, se pot presupune alte semne de uzură.
Consumul de oxigen al drojdiei în experimentul de curgere este: \ [\ dot_ = -0.549 \ frac \]
Formula totală a respirației poate fi utilizată pentru a calcula consumul de glucoză prin respirație pură, aceasta este: \ [\ dot _> = \ frac * \ dot_ = \ mathbf> \]
Dacă acum scădeți consumul de glucoză prin respirație din consumul specific de glucoză din experimentele de fermentare aerobă, obțineți valoarea pentru fermentația aerobă pură: \ [\ dot _> = \ mathbf> \]
Raportul dintre fermentația aerobă și respirație este de 19: 1. Aceasta arată că drojdia fermentează în mare măsură chiar și în condiții aerobe. Dacă trebuie să facem o predicție a efectului Pasteur pe baza acestor cunoștințe, se presupune că acest lucru este foarte scăzut, deoarece foarte puțină respirație se efectuează în condiții aerobe și, astfel, consumul de glucoză scade cu greu. Acesta este un efect dorit, care a fost îmbunătățit prin creșterea drojdiei de brutar. O condiție prealabilă importantă pentru fermentarea anaerobă este prezența zaharurilor adecvate, cum ar fi glucoza.
Efect Pasteur
Efectul Pasteur descrie fenomenul conform căruia drojdiile consumă mai multă glucoză în condiții anaerobe decât în condiții aerobe. Acest lucru se datorează randamentului scăzut de ATP în fermentația etanolică.
Dacă comparați consumul de glucoză din abordarea anaerobă cu abordarea aerobă, se observă că consumul de glucoză în abordarea ventilată este chiar mai mare decât în abordarea non-aerată. Dacă comparați consumul de glucoză prin fermentare în ambele abordări, se poate vedea că fermentația convertește aproximativ aceeași cantitate de glucoză în ambele abordări. (\ (\ dot_ \ approx -1.70 \ frac \)) Faptul că drojdia convertește mai multă glucoză în abordarea aerobă prin respirația suplimentară arată un efect pasteur negativ, dar acest lucru se datorează fermentației aerobe a drojdiei de brutar special cultivate.
Coeficientul respirator (RQ)
\ (\ left (\ frac _> _> \ right) \) este deosebit de mare datorită fermentației aerobe și a consumului redus de oxigen rezultat. Producția \ (CO_2 \) este compusă din respirație și fermentare. Din ecuația de reacție pentru inhalarea completă a glucozei se poate observa că fluxul molar al lui \ (O_2 \) corespunde cu cel al lui \ (CO_2 \). În fermentația cu etanol, fluxul molar al \ (CO_2 \) este de două ori mai mare decât cel al glucozei. Acest lucru are ca rezultat: \ [RQ = \ frac = 7.23 \]
Formarea ATP este alcătuită dintr-o parte din respirație și o parte din fermentare. Randamentul respectiv de ATP este listat în considerațiile preliminare teoretice. Rezultă: \ [\ dot_> = (91 * 10 ^ * 30) + (1,71 * 2) = \ mathbf> \]
Fermentarea aerobă are o mare importanță economică pentru oameni. Drojdia convertește cantități mari de glucoză în \ (CO_2 \) într-un timp scurt, care este utilizat ca agent de creștere. În plus, rata de reproducere este mai mare cu suspensiile de drojdie aerate. Pentru drojdie, fermentația aerobă oferă posibilitatea de a furniza rapid cantități mari de glucoză la intermediari pentru metabolism, iar alcoolul format inhibă creșterea microorganismelor concurente.
Eroare luată în considerare
Efectuarea experimentului garantează deja un potențial ridicat de erori. Toate eșantioanele trebuie luate într-un interval de timp fixat, iar schimbarea grupurilor de testare poate duce rapid la ambiguități și erori. O altă sursă de eroare a fost polarimetrul, care era posibil și defect. Mecanica contorului pentru afișarea valorii măsurate analogice s-a blocat de mai multe ori. În plus, este posibil să se fi produs contaminare în ciuda spălării, deoarece curățarea camerei de măsurare a fost dificilă.
Consumul de oxigen în sistemul închis
execuţie
S-au preparat o suspensie de drojdie diluată și o suspensie de celule vegetale. S-a luat o anumită cantitate din fiecare dintre suspensii și oxigenul conținut în această cantitate a fost distribuit uniform în suspensie cu excluderea aerului și agitarea constantă prin intermediul unei bare de agitare. Consumul de oxigen a fost vizualizat în funcție de timp printr-un electrod folosind un recorder. Acest experiment a fost repetat cu adăugarea de cianură de potasiu la suspensii. Aceasta inhibă citocrom oxidaza, făcând astfel imposibilă tractul respirator normal.
evaluare
Consumul de oxigen în sistemul de curgere
execuţie
O suspensie de drojdie cu o concentrație de 10 g drojdie pe litru a fost agitată pentru a satura suspensia cu oxigen. Acesta a fost apoi pompat printr-un furtun etanș la aer, la capătul căruia a fost măsurată concentrația de oxigen din suspensie. Acest experiment a fost realizat cu două viteze de pompare diferite. Acest lucru a permis consumul de oxigen al celulelor de drojdie să fie determinat din diferența de concentrații și din diferența de timp. A existat, de asemenea, o încercare de reîncercare la fiecare viteză de pompare. Vitezele pompei utilizate au fost de 8,4 și 4,2 ml/30s, motiv pentru care 2,3 ml au avut nevoie de un timp de 8,2s și 16,4s pentru a trece prin sistemul de pompare. Concentrațiile măsurate de oxigen au fost de 6,3 și 5,3 mg/l la viteza de pompare mai mare și de 5,9 și 4,9 mg/l la viteza de pompare mai mică.
evaluare
Diferența medie de concentrație este de 0,4 mg/l, diferența de timp 8,2 s. Deci se consumă 0,049 mg/l * s. Pentru o concentrație de 10g drojdie pe litru, rezultă o modificare a concentrației de 17,56 mgO2 * h-1 * g-1. Aceasta corespunde la 293 μg/min * g, deci există mai mult de 100 μg abateri de la experimentul cu suspensia diluată. Acest lucru se poate explica prin densitatea mai mare a celulelor de drojdie și, prin urmare, concurența mai puternică pentru oxigen. Poate că acest lucru creează zone mici în furtun cu o concentrație foarte mică de oxigen, astfel încât fermentarea este uneori mai răspândită aici. Pe de altă parte, erorile în configurația experimentală sau manipularea celulelor ar putea fi, de asemenea, motive pentru această abatere.