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25: O-F-Glucose-Medien – Biologie

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Ziele

  • Bestimmen Sie, ob ein Bakterium oxidativ oder fermentativ mit Glukose ist

Bestimmung des oxidativen und fermentativen Kohlenhydratstoffwechsels

O-F-Glucose ist ein halbfestes Medium, das einen pH-Indikator, 1 % Glucose und Peptone enthält. Die Art des Stoffwechsels eines Bakteriums – aerobe Verwendung eines Zuckers vs. anaerobe Verwendung eines Zuckers – bestimmt die Farbergebnisse in den 2 verwendeten Röhrchen. Der Überzug aus Öl oder Vasparwachs verhindert das Eindringen von Sauerstoff in das Medium der einen Tube: die andere Tube enthält Luft. Die aerobe Verwendung von Zucker ist ein oxidativer Stoffwechsel, die anaerobe Verwendung ist fermentativ. Bakterien, die Kohlenhydrate oxidieren, sind normalerweise obligate Aerobier, während diejenigen, die fermentieren, normalerweise fakultativ anaerob sind. Die Fermentation produziert weit mehr Säure als die aerobe Oxidation, aber der O/F-Glucose-Test ist sehr empfindlich gegenüber den kleinen Säuremengen, die auf aerobem Wege produziert werden.

Wenn der Organismus wächst und den Zucker verbraucht, ändert die resultierende Säure den pH-Wert und der pH-Indikator ändert seine Farbe. Der Indikator ist bromthymolblau, beginnt bei einem neutralen pH-Wert mit einer waldgrünen Farbe und endet bei einem niedrigen pH-Wert als gelb und bei einem hohen pH-Wert blau. Durch die Verwendung von 2 Röhrchen kann festgestellt werden, ob der Organismus oxidativ (nur offene Röhrchen sauer) oder fermentativ (beide Röhrchen sauer) ist. Wenn der Organismus die Peptone anstelle der Glukose verwendet, wird der pH-Wert basisch

BENÖTIGTE MATERIALIEN: pro Tisch

  • 2 O - F Glukoseröhrchen pro Organismus geführt werden
  • steriles Mineralöl (oder sterile Vaseline oder Vaspar)
  • LEHRER Kulturen:
    • ein oxidierendes Bakterium
    • ein fermentierendes Bakterium
    • ein inerter/ Nichtanwender (wahrscheinlich Pseudomonas, E. coli und Alkaligenes fecalis

DER ABLAUF

  1. Beimpfen Sie das Medium, indem Sie ein Inokulum mit einer NADEL nehmen und durch das Medium bis etwa 1/4 Zoll des Bodens von jedem der 2 Röhrchen stechen. Wiederholen Sie dies mit dem anderen Rohr.
  2. 1 Röhrchen mit einem halben Zoll sterilem Mineralöl überziehen.
  3. Inkubieren Sie bei 25 ° C oder 37 ° C für ein paar Tage (möchten Sie fragwürdige + Reaktionen oder negative Reaktionen 3-4 Tage lang aufbewahren).
  4. IHR LEHRER IMPFT 3 Demo-Bakterien für die gesamte Klasse: Pseudomonas, E. coli, und Alkaligenes fäcalis .

INTERPRETATION

Wenn Sie eine NEGATIVE Reaktion ohne Säure in einem der Röhrchen erhalten, kann es eine gute Idee sein, dies durch einen weiteren Glukosetest mit Zuckerscheiben oder phenolroter Glukose zu bestätigen. Dies ist jedoch ein empfindlicherer Glukosetest als Phenolrot, da weniger Pepton im Medium vorhanden ist (kann dem Säuregehalt der Glukoseanwendung entgegenwirken) und der Brühenindikator empfindlicher auf geringe Säuremengen reagiert als der Phenolrotindikator.

Diejenigen Bakterien, die die Peptide anstelle des Zuckers verwenden, produzieren basische Endprodukte, wodurch das Bromthymolblau blaugrün oder blau wird. Obwohl es sich um eine biochemische Reaktion handelt, hat sie für das Lesen dieses Tests keine Bedeutung.

REAKTIONROHR OHNE ÖLMIT ÖL-OVERLAY NEGATIV
OxidationGelb - nur OberrohrKein Gelbblau oder grün
Fermentationganze Röhre gelbganze Röhre gelbGrün
untätigganzes Rohrgesamtes Rohrblau oder grün

FRAGEN

  1. Der pH-Indikator in diesem Medium ist:
  2. Warum könnten Sie eher eine blaue als eine gelbe Farbreaktion erhalten?
  3. Sie identifizieren die Fähigkeit der Mikrobe, den Zucker zu verwerten _____

So testen Sie den normalen Blutzuckerspiegel

Der Blutzuckerspiegel variiert je nach Gesundheitszustand einer Person und ob sie gegessen hat. Menschen ohne Diabetes haben typischerweise zwischen 72 und 140 Milligramm Glukose pro 1 Deziliter Blut.

Menschen mit Diabetes neigen dazu, einen etwas höheren Blutzucker- oder Zuckerspiegel von etwa 80 bis 180 Milligramm pro Deziliter (mg/dl) zu haben.

Die Centers for Disease Control and Prevention (CDC) empfehlen, dass die Überwachung des Blutzuckerspiegels den Menschen hilft, innerhalb ihrer Zielbereiche zu bleiben. Das Halten in einem gesunden Bereich kann langfristige Komplikationen von Diabetes wie Sehverlust, Herzerkrankungen und Nierenerkrankungen verhindern.

In diesem Artikel diskutieren wir normale Bereiche für den Blutzuckerspiegel. Wir behandeln auch, wie und warum Ärzte den Blutzuckerspiegel messen.

Auf Pinterest teilen Ein Blutzuckermessgerät kann einer Person helfen, den Blutzuckerspiegel zu messen.

Der Blutzuckerspiegel ändert sich im Laufe des Tages. Normalerweise ist der Blutzuckerspiegel morgens oder nach einer Fastenzeit am niedrigsten. Der Blutzuckerspiegel steigt während und nach den Mahlzeiten, da der Körper Nahrung verdaut.

Die folgende Tabelle zeigt die normalen Blutzuckerwerte für Menschen mit und ohne Diabetes in Abhängigkeit von der Tageszeit:

UhrzeitZielblutzucker für Menschen ohne DiabetesZielblutzucker für Menschen mit Diabetes
Vor den Mahlzeiten oder beim Fasten72–99 mg/dl80–130 mg/dl
2 Stunden nach Beginn einer Mahlzeitweniger als 140 mg/dlweniger als 180 mg/dl
A1C-Ergebnisse: Durchschnitt über einen Zeitraum von 3 Monatenweniger als 5,7%weniger als 7%

Abnormaler Blutzuckerspiegel

Abnorme Blutzuckerwerte treten auf, wenn entweder zu viel oder zu wenig Zucker im Blut ist. Die Blutzuckerbereiche für jeden sind:

  • Hypoglykämie. Bekannt als niedriger Blutzucker: 70 mg/dl oder weniger.
  • Hyperglykämie. Bekannt als hoher Blutzucker: Mehr als 180 mg/dl.

Was ist ein Blutzuckertest?

Es gibt zwei Möglichkeiten, den Blutzuckerspiegel zu messen:

  • Blutzuckertest. Dieser misst den aktuellen Glukosespiegel im Blut.
  • A1C-Test. Dieser misst den durchschnittlichen Blutzuckerspiegel der letzten 2–3 Monate. Dieser Test findet in einem Labor statt.

Menschen können ihren Blutzuckerspiegel entweder mit einem Blutzuckermessgerät oder einem kontinuierlichen Glukosemonitor messen.

Ein kontinuierlicher Glukosemonitor verwendet einen Sensor, um den Blutzuckerspiegel zu messen. Ein Arzt führt den Sensor unter die Haut ein, normalerweise in den Bauch oder Arm. Der Sensor überträgt Informationen an einen Monitor, der alle paar Minuten den Glukosespiegel anzeigt.

Ein Blutzuckermessgerät misst die Glukosemenge in einem Blutstropfen, normalerweise aus dem Finger.

Befolgen Sie diese Schritte, wenn Sie ein Blutzuckermessgerät verwenden:

  1. Waschen Sie sich gründlich die Hände und desinfizieren Sie das Messgerät.
  2. Nimm das Messgerät, einen Teststreifen, eine Lanzette und ein Alkoholtupfer.
  3. Reiben Sie die Hände aneinander, um die Durchblutung der Fingerspitzen zu fördern.
  4. Schalten Sie das Messgerät ein und führen Sie den Teststreifen ein.
  5. Wischen Sie die Fingerspitze mit dem Alkoholtupfer ab und lassen Sie den Alkohol verdunsten.
  6. Stechen Sie mit der Lanzette in den Finger.
  7. Drücken Sie leicht auf den Fingeransatz, bis sich ein Blutstropfen auf der Fingerspitze bildet.
  8. Legen Sie den Blutstropfen auf den Teststreifen.
  9. Warten Sie, bis das Messgerät die Blutzuckermessung anzeigt.
  10. Notieren Sie die Ergebnisse und fügen Sie Notizen zu allem hinzu, was zu einem abnormalen Messwert beigetragen haben könnte, wie zum Beispiel Nahrung oder körperliche Aktivität.
  11. Entsorgen Sie das Tuch, die Lanzette und den Teststreifen ordnungsgemäß.

Der A1C-Test misst den Prozentsatz des an Glukose gebundenen Hämoglobins im Blut einer Person.

Laut den National Institutes of Health (NIH) gibt dies ein allgemeines Bild des Blutzuckerspiegels einer Person in den letzten 2-3 Monaten.

Abnormale A1C-Testergebnisse bedeuten nicht unbedingt, dass eine Person Diabetes hat. Ein Arzt wird diesen Befund mit einem weiteren Blutzuckertest bestätigen.

Der Arzt kann empfehlen, weitere Tests wie Blutuntersuchungen durchzuführen, um andere Erkrankungen auszuschließen, die den Blutzuckerspiegel beeinflussen können.

Wann sollte eine Person einen A1C-Blutzuckertest machen?

Die CDC empfiehlt Menschen mit Diabetes mindestens zweimal im Jahr einen A1C-Test zu machen.

Ärzte verwenden A1C-Ergebnisse, um zu überwachen, wie gut eine Person auf ein bestimmtes Glukose-Management-Regime anspricht. Sie können auch A1C-Tests verwenden, um Prädiabetes und Diabetes zu diagnostizieren.

Symptome von Diabetes, die zu einem A1C-Test führen können

Wie von der NIH erwähnt, kann ein Arzt einen A1C-Test empfehlen, wenn eine Person Anzeichen einer schlechten Glukosekontrolle, Diabetes oder Prädiabetes zeigt.

  • Erhöhter Durst
  • vermehrtes Wasserlassen, besonders nachts
  • erhöhter Hunger
  • extreme Müdigkeit
  • wiederkehrende Infektionen
  • Taubheitsgefühl oder Kribbeln in den Händen oder Füßen
  • langsam heilende Wunden

Ärzte können auch einen A1C-Test für Personen empfehlen, die die folgenden Risikofaktoren für Prädiabetes haben:

  • über 45 Jahre alt
  • Familienanamnese von Diabetes
  • Geschichte von Schwangerschaftsdiabetes
  • Übergewicht oder Fettleibigkeit
  • sitzende Lebensweise
  • Vorerkrankungen wie hoher Cholesterinspiegel oder Bluthochdruck
  • hormonelle Störungen in der Vorgeschichte, wie das Cushing-Syndrom
  • Geschichte der Schlafapnoe
  • Langzeitanwendung von Glukokortikoiden, Antipsychotika und bestimmten Medikamenten gegen HIV

Was passiert während des Tests?

Die meisten Menschen können jederzeit ohne vorherige Vorbereitung einen A1C-Test machen. Ein Arzt kann jedoch manchmal verlangen, dass eine Person 8 Stunden vor dem Test nichts isst oder trinkt.

Frauen, die schwanger sind, müssen möglicherweise 1 Stunde vor dem Test ein zuckerhaltiges Getränk trinken.

Ein Arzt oder eine Krankenschwester wird eine Blutprobe entnehmen, normalerweise aus einer Arm- oder Handvene. Sie schicken die Probe zur Analyse an ein Labor.

Risiken des Tests

A1C-Tests sind sichere und zuverlässige Methoden zur Messung des Blutzuckerspiegels einer Person. Diese Tests bergen ein geringes Komplikationsrisiko.

Es können jedoch vorübergehende Schmerzen oder Blutergüsse an der Injektionsstelle auftreten. Die Verwendung einer unsauberen Nadel oder Lanzette kann zu einer Infektion führen.

Ein Arzt kann Ernährungs- und Lebensstilempfehlungen geben, die auf die Bedürfnisse einer Person eingehen. Ärzte können auch Insulin und andere Medikamente verschreiben, die helfen, den Blutzuckerspiegel zu stabilisieren.

Menschen können die folgenden Tipps verwenden, um ihren Blutzucker in einem gesunden Bereich zu halten:

  • den Blutzuckerspiegel genau überwachen
  • ein gesundes Gewicht beibehalten
  • regelmäßig Sport treiben
  • Essen Sie Lebensmittel mit einem niedrigen glykämischen Index
  • Ballaststoffaufnahme erhöhen
  • viel Wasser trinken
  • Essen Sie regelmäßig und lassen Sie keine Mahlzeiten aus
  • Einschränkung der Kohlenhydrataufnahme
  • Wählen Sie komplexe Kohlenhydrate gegenüber einfachen Kohlenhydraten
  • mehr Vollkornprodukte, nicht stärkehaltiges Gemüse und Obst essen
  • Kontrolle der Portionsgröße
  • regelmäßig trainieren
  • viel schlafen
  • hydratisiert bleiben

Menschen können einen niedrigen Blutzuckerspiegel erhöhen durch:

  • Verzehr von 15 Gramm schnell wirkenden Kohlenhydraten, wie Glukosetabletten oder 4 Unzen Saft
  • Trockenfrüchte oder Apfelmus essen
  • 1 Esslöffel Erdnussbutter essen
  • Verwendung einer Glukose-Injektion wie vom Arzt verordnet

Typ-1- und Typ-2-Diabetes können beeinflussen, wie der Körper Insulin produziert und darauf reagiert. Wenn Insulin nur in geringeren Mengen zur Verfügung steht oder Zellen nicht mehr darauf ansprechen, dringt der Zucker nicht in diese Zellen ein und verbleibt im Blut.

Diabetes Typ 1: Die Betazellen, die Insulin in der Bauchspeicheldrüse produzieren, werden beschädigt oder zerstört, sodass der Zucker länger im Blut bleibt.

Typ 2 Diabetes: Die Zellen in Leber, Muskeln und Fettgewebe reagieren nicht mehr auf Insulin und geben mehr Zucker ins Blut ab. Die Betazellen produzieren in dieser Situation nicht genügend Insulinverbindungen.

Menschen mit Diabetes können einen hohen Blutzuckerspiegel oder Hyperglykämie haben, da die Zellen in ihrem Körper keinen Zucker aus dem Blut aufnehmen können.

Zu den Faktoren, die den Blutzuckerspiegel einer Person erhöhen können, gehören:

  • zu wenig Insulin nehmen
  • zu viele kohlenhydrate essen
  • betonen
  • Mangel an körperlicher Aktivität
  • bestimmte Medikamente
  • Steroide

Wenn Menschen zu viel Insulin einnehmen, mehr Sport treiben als üblich oder eine Mahlzeit auslassen, kann es zu einem niedrigen Blutzuckerspiegel oder einer Hypoglykämie kommen.


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Primäre Funktionen von Glucose in Zellkultursystemen:

Tierische Zellen, Heterotrophe, beziehen ihre Energie aus gekoppelten Oxidations-Reduktions-Reaktionen. Glukose ist ein primärer Brennstoff für Heterotrophe. Aus Glucose gewonnene Energie wird in Form von hochenergetischen Phosphatbindungen in ATP oder anderen Nukleotidtriphosphaten und als energiereiche Wasserstoffatome, die mit den Coenzymen NADP und NAD assoziiert sind, gespeichert. Die Stoffwechselwege, die an der Produktion und Verwertung dieser energiereichen Zwischenprodukte beteiligt sind, sind die

  • zytoplasmatischer glykolytischer Weg
  • zytoplasmatischer Pentosephosphat-Shunt, PPP
  • Zytoplasma: mitochondriales Aspartat: Malat-Shuttle
  • Zytoplasma:mitochondriales Glycerin:Phosphat-Shuttle
  • mitochondrialer Tricarbonsäurezyklus, TCA
  • mitochondriale Elektronentransportkette

Ein effizienter Energiemetabolismus und die Aufrechterhaltung einer reduzierten zellulären Umgebung hängen vom feinen Gleichgewicht dieser Stoffwechselwege als Reaktion auf Umweltfaktoren ab. Es ist wichtig zu verstehen, wie und wann diese Wege innerhalb der Kompartimente der Zelle funktionieren, wenn diese auf sich ändernde Umweltbedingungen reagieren.

Zelleneintrag:

Glukose kann ohne die Hilfe von Transportproteinen nicht durch die Zellmembran diffundieren. Mindestens 13 Hexose-Transporterproteine ​​mit unterschiedlichen Funktionen wurden identifiziert. Einige Hexose-Transporter ermöglichen den passiven Fluss von Glukose von hoher zu niedriger Konzentration, ohne dass Zellenergie aufgewendet werden muss. Diejenigen, die Glukose gegen ihren Konzentrationsgradienten bewegen, verbrauchen Energie, im Allgemeinen in Form von ATP. In-vitro, die externe Glucosekonzentration übersteigt die intrazelluläre Konzentration. Unter diesen Bedingungen sind passive Hexosetransporter wichtig. Die Transporter Glut-2, Glut-3 und Glut-5 kommen vor allem in spezialisierten Geweben vor. Glut-1 und Glut-4 kommen in einer Vielzahl von Zelltypen vor. Viele Zelltypen haben mehr als eine Art von Hexose-Transporter.

Zellabwehr:

In der Zelle wird Glukose hauptsächlich durch Hexokinase zu Glukose-6-Phosphat (G6P) phosphoryliert. G6P kann in Glucose-1-Phosphat (G1P) umgewandelt werden oder in den glykolytischen oder Pentosephosphatweg eintreten. Die Mengen an G6P, die durch den glykolytischen und Pentosephosphatweg (PPP) metabolisiert werden, werden durch die relativen Aktivitäten von Phosphofructokinase (PFK) und Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase (G6PD) kontrolliert. Das Gleichgewicht der PFK- und G6PD-Aktivitäten wird auf vielen Ebenen geregelt.

Glukose liefert die Reduktionskraft, die benötigt wird, um oxidative Spezies (oxidativer Stress) zu neutralisieren, die sich bilden in vivo und in vitro. Zytoplasmatisches NADP induziert G6PD zur Umwandlung von G6P in 6-Phospho-Gamma-Lacton und initiiert die PPP. Gleichzeitig reduziert G6PD NADP zu NADPH. NADPH ist das primäre Reduktionsmittel für Glutathion und Thioredoxin, zwei sehr wichtige Moleküle für die Behandlung von oxidativem Stress. Wenn eine Zelle nicht in der Lage ist, eine reduzierte intrazelluläre Umgebung aufrechtzuerhalten, tritt sie in Apoptose ein.

Der Glucosestoffwechsel über den oxidativen Zweig des Pentosephosphatwegs liefert die Reduktionskraft, die benötigt wird, um den NADPH-Pool aufrechtzuerhalten. Es sollte beachtet werden, dass G6PD G6P metabolisiert, bevor Glukosemetaboliten produziert werden, die in den Energiestoffwechsel eingreifen können. Zellen in vitro oxidativem Stress ausgesetzt sind, und ihre Überlebens- und Wachstumsfähigkeit wird wahrscheinlich erheblich durch ihre Fähigkeit, NADPH durch die PPP zu erzeugen, beeinflusst.

Zellenergie:

Wenn der Glukosespiegel ausreichend ist, wandern seine Metaboliten durch die PPP- und glykolytischen Wege, um Glycerinaldehyd-3-phosphat (G3P) zu bilden. Energie aus der Glykolyse, die letztendlich als ATP gespeichert wird, wird aus Reaktionen gewonnen, die auf der Ebene von Glycerinaldehyd-3-phosphat und darunter ablaufen. Pyruvat und das Vitamin NAD spielen unterschiedliche Rollen bei der Übertragung von Reduktionsäquivalenten in die mitochondrialen Systeme. NAD liefert reduzierende Äquivalente an das Elektronentransportsystem durch Shuttles, die den TCA-Zyklus umgehen, und Pyruvat liefert reduzierende Äquivalente durch den TCA-Zyklus.

NAD: NADH:

Die Glykolyse von G3P zu Pyruvat wird durch Glyceraldehye-3-Phosphat-Dehydrogenase (G3PD) initiiert. Dieser mehrstufige Prozess erzeugt zytoplasmatisches ATP und NADH. Die G3PD-Reaktion hängt von der Verfügbarkeit von oxidiertem zytoplasmatischem NAD ab. NAD bewegt sich nicht zwischen den Mitochondrien und dem Zytoplasma und die Menge an zytoplasmatischem NAD ist begrenzt. Unter hohen Glukosebedingungen baut sich Glyceraldehyd-3-phosphat in der Zelle auf, es sei denn, zytoplasmatisches NADH wird kontinuierlich reoxidiert. Zellen oxidieren zytoplasmatisches NADH durch eine Kombination von drei Wegen, dem Aspartat:Malat-Shuttle, dem Glycerin:Phosphat-Shuttle und während der Umwandlung von Pyruvat in Laktat.

Aspartat: Malate Shuttle:

Das Aspartat:Malat-Shuttle transportiert reduzierende Äquivalente von zytoplasmatischem NADH, das bei der Oxidation von G3P entsteht, als Malat in die Mitochondrienmatrix. Dabei regeneriert es NAD, das von G3PD verwendet werden kann, um die Glykolyse am Laufen zu halten. Dieses System wird teilweise durch Glutamin angetrieben.

Glycerin-Phosphat-Shuttle:

Zellen können zytoplasmatisches NAD über den Glycerin:Phosphat-Shuttle regenerieren. Dieses Shuttle hängt von den Aktivitäten der zytoplasmatischen (1.1.1.8) und mitochondrialen Glycerinphosphat-Dehydrogenasen (EC 1.1.99.5) ab. Diese Enzyme wandeln Dihydroxyacetonphosphat und Glycerin-3-Phosphat innerhalb und außerhalb der Mitochondrien um und übertragen effektiv reduzierende Äquivalente von zytoplasmatischem NADH auf einen Dehydrogenasekomplex, der sich zwischen der inneren und äußeren Mitochondrienmembran befindet. Vielen transformierten Zellen fehlt die cytoplasmatische Glycerinphosphat-Dehydrogenase. Dieses System wird nicht von Aminosäuren angetrieben.

Zellmilchsäure-Dehydrogenase

Die Zellmilchsäuredehydrogenase (LDH) kann zytoplasmatisches NADH reoxidieren, indem sie Pyruvat in Milchsäure umwandelt. Dies ist ein verschwenderischer Prozess, der zu einer metabolischen Sackgasse führt. NADH, das nicht durch den Aspartat:Malat- oder Gylcerol:Phosphat-Shuttle oxidiert wurde, wird durch LDH metabolisiert. Eine Ansammlung von Milchsäure in Zellkultursystemen ist ein Beweis dafür, dass die Shuttles nicht in der Lage sind, das gesamte NAD zu reoxidieren, das zur Unterstützung des G3P-Katabolismus erforderlich ist. Bei hohen Konzentrationen wird Milchsäure für die Zellen toxisch.

Pyruvat:

Glukose ist eine potenzielle Energiequelle für Zellen, wenn ihr Metabolit Pyruvat in die Mitochondrien gelangt und zu Acetyl-CoA decarboxyliert wird. Mitochondriales Acetyl-CoA wird in Citrat umgewandelt, das entweder den Tricarbonsäurezyklus (TCA) speist oder die Mitochondrien in das Zytoplasma verlässt. Wenn Citrat in den TCA-Zyklus eintritt, kann es weiter metabolisiert werden, um ATP und mitochondriales NADH zu erzeugen. Mitochondriales NADH ist das Liefermolekül von reduzierenden Äquivalenten in die Atmungskette. Das meiste, aber nicht alles ATP wird in den Zellmitochondrien während des Prozesses der oxidativen Phosphorylierung gebildet. Citrat kann über das Tricarbonsäure-Transportsystem die Mitochondrien verlassen und seine Acetylgruppen für die Synthese von Fettsäuren oder Isoprenoiden abgeben. Pyruvat darf nicht in die Mitochondrien gelangen. Es kann durch Milchsäuredehydrogenase zu Milchsäure reduziert werden. Diese Reaktion wird angetrieben, wenn die Zelle NADH zu NAD oxidieren muss, um sie als Substrat zu verwenden, um die Glykolyse am Laufen zu halten. Pyruvat reagiert mit Wasserstoffperoxid und bildet Wasser, Kohlendioxid und Essigsäure. Diese nicht-enzymatische Reaktion hilft der Zelle, sich gegen oxidative Zwischenprodukte zu verteidigen.


Anaerobe Atmung geschieht mit Sauerstoffmangel, da das Glukosemolekül nicht vollständig abgebaut wird. Da weniger Bindungen gebrochen werden, wird weniger Energie freigesetzt. Es kann sowohl in Muskeln als auch in Pflanzen/Hefe vorkommen.

In Muskeln¶

Wenn den Muskeln nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht, um bei starker Belastung eine aerobe Atmung durchzuführen, beginnen sie mit der anaeroben Atmung - unter Verwendung von gespeichertem Glucose die zerlegt wird in Milchsäure. Dies lässt sich mit der folgenden chemischen Gleichung darstellen:

oder die folgende Symbolgleichung:

In Pflanzen und Hefe¶

Anaerobe Atmung kann auch bei Pflanzen vorkommen und etwas Mikroorganismen (wie Hefe, wo sie zum Aufgehen von Brot verwendet werden kann). Es wird brechen Glucose hinunter in Ethanol und Kohlendioxid. Dies lässt sich mit der folgenden chemischen Gleichung darstellen:


Ob ein Organismus oxidativ oder fermentativ ist, kann mit dem Medium von Hugh und Leifson bestimmt werden, das allgemein als OF-Medium bezeichnet wird und Trypton und Bromthymolblau (ein Indikator) enthält. Einer der Zucker, wie Glucose, Xylose, Mannit, Lactose, Saccharose und Maltose, wird dem Medium zugesetzt, das als fermentierbares Kohlenhydrat dient.

Zwei Röhrchen jedes OF-Mediums werden mit einem Organismus inokuliert. Nach der Beimpfung wird ein Röhrchen mit Mineralöl oder geschmolzenem Paraffin überschichtet, wodurch eine anaerobe Umgebung entsteht. Das andere Rohr wird zur Luft offen gelassen. Das Wachstum von Mikroorganismen in diesem Medium erfolgt entweder durch Verwendung des Tryptons, das zu einer alkalischen Reaktion führt (dunkelblaue Farbe) oder durch Verwendung von Glucose, die zur Bildung von Säure führt (Veränderung von Bromthymolblau zu Gelb).

Die oxidative Verwertung des Kohlenhydrats führt nur im offenen Röhrchen zur Säureproduktion (gelb). Die fermentative Verwertung des Kohlenhydrats führt zu einer Säureproduktion (gelb) sowohl in den offenen als auch in den geschlossenen Röhren. Saure Veränderungen in den überlagerten Röhrchen werden als Ergebnis einer echten Fermentation angesehen, während die saure Entwicklung in den offenen Röhrchen auf die oxidative Verwertung des vorhandenen Kohlenhydrats zurückzuführen ist. Asaccharolytische Organismen produzieren in beiden Röhrchen keine Säure.

Das Medium von Hugh und Leifson: Pepton 2,0 g/l, Natriumchlorid 5,0 g/l, Dikaliumphosphat 0,30 g/l, Glucose (Dextrose) 10,0 g/l, Bromthymolblau 0,030 g/l, Agar 3,0 g/l, End-pH (bei 25°C) 7,1±0,2


Arten von Kulturmedien

Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Medien. d.h. synthetische und nicht-synthetische Medien.

Synthetische Medien –

  • Bestehend aus Verbindungen bekannter chemischer Zusammensetzung.
  • Besteht vollständig aus anorganischen Salzen oder die meisten Inhaltsstoffe sind anorganisch und nur 1 oder 2 komplexe, aber chemisch definierte organische Substanzen.
  • Der Zweck ist, dass man es leicht von Charge zu Charge duplizieren kann.
  • Wird verwendet, um den Nährstoffbedarf von Bakterien zu bestimmen.

Komplexe oder nicht-synthetische Medien –

  • Enthält Inhaltsstoffe unbekannter chemischer Zusammensetzung wie Hefe/Fleisch/Rinderextrakt, Pepton, Blut, Serum usw.
  • Die Zusammensetzung des Mediums kann nicht exakt dupliziert werden.
  • Wird häufig in mikrobiologischen Arbeiten verwendet.

Selektive Medien

  • Um bestimmte Organismen zu isolieren und zu züchten
  • Gleichzeitiges Hemmen/Unterdrücken des Wachstums anderer Arten von Kulturbedingungen, die das Wachstum des gewünschten Organismus selektiv fördern.
  • Das flüssige Medium dient zur Anreicherung.
  • Zur Isolierung wird ein festes Medium verwendet.

Beispiele-

  1. Brillantgrün-Agar ist selektiv für Salmonellen durch Hemmung grampositiver Bakterien durch Brillantgrün.
  2. Sabouraud-Agar ist aufgrund seines niedrigen pH-Werts (5,6) und seiner hohen Glucosekonzentration (3-4 %) selektiv für Pilze.

Zusammensetzung von MacConkeys Brühe

  1. Pepton – 20,0 g
  2. Natriumtaurocholat – 5,0 g
  3. Laktose – 10 g
  4. Destilliertes Wasser - 1 Liter
  5. pH – 7.2
  6. Neutrales Rot (1% löslich) – 4 ml
  7. Der Farbstoff sollte erst nach Einstellung des pH-Wertes zugegeben werden.
  8. Verteilen Sie 10 ml in verschiedene Reagenzgläser.
  9. Legen Sie Durhams Röhren in eine umgekehrte Position in diese Röhren.
  10. Sterilisieren durch Autoklavieren bei 121 ° C für 15 Minuten

Zusammensetzung von MacConkeys Agar

  • Die Laktosefermenter (E.coli, Klebsiella spp.) verwerten Laktose im Medium und produzieren Säure und Gas
  • Die Farbe von Neutralrot bis Rosa und Gasbildung wird in umgedrehten Durham-Röhrchen in Brühe nachgewiesen.
  • MacConkeys Brühe + 2-3 % Agar-Agar
  • In MacConkeys Agarplatten ist die Farbe der Kolonien von Lactose-fermentierenden Organismen rosa und bei saurem pH opak, neutralrote Präzipitate in der Kolonie.
  • Lactose-Nichtfermenter (Salmonella spp. und Vibrio spp.) zeigen keine rosa Färbung um die Kolonie.
  • Das Medium verfärbt sich gelb und die Kolonien bleiben durchscheinend.

Differenzmedien

Differentialmedien werden zum Züchten und zur Differenzierung verschiedener Bakterienarten auf festen Medien verwendet.

Beispiel -

  1. Blutagar kann verwendet werden, um zwischen hämolytischen und nicht-hämolytischen Bakterien zu unterscheiden.
  2. Selektive und differentielle Medien Ein klassisches Beispiel für ein solches Medium ist die Brühe von MacConkey und der Agar von MacConkey.

Angereicherte Medien

  • Wird verwendet, um anspruchsvolle Organismen zu züchten (Anforderung an Wachstumsfaktoren ist hoch)
  • Zum Beispiel humanpathogene, die Blut oder Serum zu ihrem Medium hinzufügen müssen.
  • Blutagar ist für das Wachstum und den Nachweis der hämolytischen Aktivität von Streptococcus pyogenes erforderlich.
  • Lowenstein – Jensens Medium enthält Eialbumin.
  • Ei dient einem doppelten Zweck –
  1. Bietet dem Organismus eine reichhaltige Proteinquelle
  2. Hilft beim Gelieren des Mediums.
  • Das Grundprinzip dabei ist das der Selektion.
  • Wird verwendet, wenn der gewünschte Organismus eine Minderheit in der Probe ist, sagen wir 0,1% der Gesamtmenge.
  • Das Wesen dieser Technik besteht darin, Wachstumsbedingungen bereitzustellen, die für den interessierenden Organismus sehr günstig und für konkurrierende Organismen so ungünstig wie möglich sind.

Verschiedene Methoden der Anreicherungskulturtechnik –

  1. Inkubieren Sie die Probe bei dieser hohen Temperatur.
  2. Organismen, die diese Temperatur nicht vertragen, sterben ab oder wachsen einfach nicht.
  3. Während Thermophile wachsen und in ihrer Zahl zunehmen, werden sie im Laufe der Zeit einen immer größeren Anteil der gesamten Bakterienpopulation in der Probe ausmachen.
  1. Zum Anreichern von freilebenden Stickstofffixierern wie Azotobacter wird beispielsweise das flüssige Medium von Ashby verwendet, dem eine Stickstoffquelle fehlt.
  2. Wenn die Brühe mit der Bodenprobe beimpft wird, können nur die Arten wachsen, die atmosphärischen Stickstoff binden können.
  3. Diese Organismen bilden an der Oberfläche des Mediums ein Häutchen und können daher leicht isoliert werden.
  1. Pestizide sind organische Verbindungen (die meisten Kohlenstoff und Wasserstoff).
  2. Bakterien bauen in der Regel organische Verbindungen als Baustoff- und Energiequelle ab.
  3. In einem Wachstumsmedium, in dem das Pestizid die einzige Kohlenstoffquelle für das Wachstum ist, wachsen nur die Bakterien, die die Verbindung verwenden können, merklich, während andere dies nicht tun
  4. Schließlich enthält die Kultur einen ausreichend hohen Anteil an Pestizidabbauern, um diese mit der Streak-Plate-Technik leicht zu isolieren.

Kolumne von Winogradsky: (Anreicherungsmedium)

  • Ein wirksames Mittel, um photosynthetische Bakterien, Schwefelbakterien und anaerobe Bakterien in einem einzigen Schuss anzureichern, ist die Säule von Winogradsky.
  • Die Säule ist einfach vorzubereiten.
  • Nehmen Sie ein Glasgefäß oder einen Messzylinder.
  • Legen Sie eine Handvoll Schlamm zusammen mit zerkleinertem Papier auf den Boden.
  • Fügen Sie einige Gramm Calciumsulfat und Calciumcarbonat hinzu.
  • Füllen Sie dann das Gefäß zu 3/4 seiner Höhe mit Teichwasser und stellen Sie es an einem Ort mit geeignetem diffusem Licht auf.
  • Der Inhalt kann alle 3 bis 4 Tage beprobt werden.
  • Proben sollten aus unterschiedlichen Tiefen entnommen und mikroskopisch mit und ohne Färbung beobachtet werden.
  • Typischerweise wachsen Algen und Cyanobakterien an der Spitze.
  • Grüne und violette Schwefelbakterien, Beggiatoa.
  • Thiothrix und Thiobacillus sp. in der Mitte und anaerobe Bakterien unten.

Industrielle Biotechnologie und Rohstoffe

Kohtaro Kirimura , Isato Yoshioka , in Umfassende Biotechnologie (Dritte Ausgabe) , 2019

3.14.2.2 Historischer Hintergrund der Gluconsäureproduktion

Die Geschichte der Gluconsäureproduktion ist in mehreren nützlichen und umfassenden Übersichten gut dokumentiert. 1–3

Gluconsäure wurde 1870 von Hlasiwetz und Habermann 4 bei der Oxidation von Glucose durch Chlor entdeckt. Die Produktion von Gluconsäure durch Mikroorganismen wurde 1880 von Boutroux entdeckt, 5 der im Rahmen von Studien zur Milchsäuregärung die Bildung einer „Zuckersäure“ beobachtete und von mehreren Autoren als Wirkung von Essigsäurebakterien nachgewiesen wurde. 1922 entdeckte Molliard 6 erstmals Gluconsäure in der Kulturbrühe des Fadenpilzes, Sterigmatocystis nigra, jetzt bekannt als A. niger. Anschließend wurde die Bildung von Gluconsäure mit verschiedenen Stämmen von Pseudomonas und verwandte Gattungen, Gluconobacter, Acetobacter, und Zymomonas .

1924 enthüllte Bernhauer 7 das A. niger kann Glucose mit hoher Ausbeute in Gluconsäure umwandeln, wenn die gebildete Säure neutralisiert wird. Die großtechnische Nutzung der Gluconsäureproduktion durch Pilze wurde erstmals in den USA durchgeführt, nachdem 1917 bahnbrechende Studien von Currie 8 über die Zitronensäurefermentation durchgeführt wurden, und 1926 begann die technologische Forschung zur Gluconsäureproduktion im US-Landwirtschaftsministerium et al. 9 obtained a patent covering the production of gluconic acid by Aspergillus oder Penicillium employing the submerged fermentation process: Yields as high as 90% in 48–60 h were achieved for both A. niger und P. luteum. Finally, a strain of A. niger (strain 67) was obtained by selection through fermentative production tests, which could easily be handled. In pilot plant studies, yield of up to 95% of the theoretical one was obtained with 150–200 g L −1 glucose solutions within 24 h. Elevated air pressure (2–4 bar) and neutralization with calcium carbonate were applied. Furthermore, it was found that the process could be run semicontinuously by reuse of the mycelia recovered by filtration or centrifugation up to 9 times.

In the 1940s, it was discovered that the concentration of glucose could be increased up to 350 g L −1 by the addition of boron compounds as complexing agents, which prevented the precipitation of calcium gluconate, but was detrimental to the growth of A. niger. It was necessary to overcome this effect by selecting particularly resistant strains and by adding the borates only during a later phase of the fungal growth. On a technical scale, 250 g L −1 glucose solutions were converted with an efficiency of more than 95% with the reuse of mycelia in cycles of 24 h each. However, these techniques have never been allowed to date because borates are recognized to be harmful to human beings.

In 1952, Blom et al. 10 developed a process for the production of sodium gluconate, in which the acid produced during fermentation was neutralized by aqueous NaOH to pH 6.5. Today, based on these studies, the submerged fermentation process utilizing mainly A. niger is operating for the production of gluconic acid and gluconates. In parallel, several attempts have also been performed to transfer bacterial gluconic acid production into industrial production processes.


Schau das Video: Concentration of Glucose in Fake Urine. Colorimetric Techniques A level but not AS (August 2022).