Влияние pH на кинетику клеточного роста

Одним из важнейших факторов, определяющих кинетику кле­точного роста, являются ионы водорода. Многие клеточные куль­туры растут в достаточно узком диапазоне pH; изменение pH приводит к замедлению их скорости роста или к полному прекращению роста. Влияние концен­трации ионов водорода на скорость роста кле­точных культур - дос­таточно сложное явление. Изменение pH может затрагивать многие сто­роны функционирова­ния клетки. Прежде всего кон­центрация ионов водо­рода может изменять состояние субстрата, если субстрат содержит ионогенную группу. Например, весьма рас­пространенная группа субстратов - амино­кислоты -содержит две ионогенные группы.

Поэтому присоедине­ние ионов водорода может существенным образом менять заряд аминокислоты, ее проницаемость через клеточную мембрану.

Следовательно, при анализе pH-зависимости роста клеток следует в первую очередь анализировать pH-зависимость лими­тирующего субстрата.

Другим фактором, определяющим pH-зависимость скоро­сти роста клеток, является чувствительность ферментов к кон­центрации ионов водорода.

Характерной особенностью живых клеток является различие концентраций ионов водорода вне клетки и в клетке.

Простейшую модель, описывающую этот факт, можно пред­ставить следующим образом. Пусть мембрана микробной клетки частично проницаема для ионов водорода. Тогда кинетика пере­носа ионов водорода через мембрану может быть представлена следующим образом:

где и -концентрация ионов водорода в клетки и вне нее; α и β – коэффициенты пропорциональности.

В условиях равновесия

Если α/β> 1, то в клетке поддерживается более кислая среда, чем вне ее, иначе — в клетке среда более щелочная.

3. ……………..

Микроорганизмы в процессе своего роста образуют колонии, характеризующиеся определенной массой и активностью. Образование колоний микроорганизмов на поверхности полимерного материала подчиняется закономерностям.

Развитие колоний проходит шесть фаз, длительность которых зависит от свойств микроорганизмов и материала, на котором происходит их рост, и условий среды. После периода некоторой задержки (лаг-фззы) наблюдается ускорение роста экспоненциальный рост, затем происходит замедление роста из-за нехватки источников питания, накопления ингибирующих продуктов или из-за изменения условий среды. По достижении максимума прироста наступает стационарная фаза V, которая характеризуется постоянством биомассы, затем происходит заключительная стадия (VI), связанная с уменьшением биомассы в результате метаболических процессов и отмиранием микроорганизмов.

Для биоповреждений наибольшее значение с точки зрения развития процесса имеют первые две фазы, а с точки зрения накопления биомассы и продуктов метаболизма, стимулирующих другие процессы (коррозии металлов и старения полимеров и покрытий), - последующие две.

Кинетические характеристики могут быть выражены дифференциальной моделью в общем виде:

Адсорбция, а затем проникновение органических кислот в полимер стимулируют развитие трещин в напряженных материалах. Такие явления могут привести к отказам в результате полной потери прочности конструкционных полимеров.

Старение приводит к изменениям химических и физических свойств полимеров, что способствует проникновению гифов грибов в материалы и использованию низкомолекулярных продуктов деструкции как источника питания. С другой стороны, накопление продуктов метаболизма стимулирует процесс старения по механизму химического, окислительного и других видов разрушения.