PowerPoint Presentation

Transkripcija

1 Letna konferenca Katedre za Biotehnologijo POMEN BIOTEHNOLOGIJE IN MIKROBIOLOGIJE ZA PRIHODNOST: VODA Definiranje okolja mikroorganizmov David Stopar Izr. prof. dr. David Stopar Univerza v Ljubljani, BF Oddelek za živilstvo Katedra za mikrobiologijo Večna pot david.stopar@bf.uni-lj.si Web:

2 Osnovna molekula tkanine vodnega ekosistema Martin Chaplin 2

3 Osnovni vzorec tkanine ekosistema ekspandirana kolapsirana struktura struktura 3

4 Povečanje števila vzorcev osnovne tkanine ekosistema a. centralni dodekahedron b. kubična votlina c. tetrahedralna votlina d. oktahedralna votlina KAOTROPI: SCN -, H 2 PO 4-, HSO 4-, HCO 3-, I-, Cl -, NO 3-, NH 4+, Cs +, K +, guanidin, tetrametil amonij KOZMOTROPI: Li +, Na +, SO 4 2-, HPO 4 2-, Mg 2+, Ca 2+, H +, OH -, HPO 4 2 4

5 Vpliv sladkorja na strukturiranost vode 5

6 Vpliv hidrokoloida na osnovno tkanino ekosistema povečanje koncentracije vodi do globularnih struktur povečanje koncentracije vodi do zamreženih struktur povečanje koncentracije hidrokoloida 6

7 Vpliv ph hidrokoloida na strukturiranost osnovne ξ tkanine ekosistema Dogša et al., Biophysical Journal, 89: ph 11 Ξ ph 9 ph 1 7

8 Viskoelastični materiali viskozni odziv strižna napetost elastični odziv disipacija čas 8

9 nizka hitrost velika ravnotežje periodično kaotično 9

10 Kolmogorova dolžina l K v = ε ν = kinematična viskoznost ε = hitrost viskozne disipacije ε = 10-1 na površini z močnim vetrom ε = 10-6 na termoklini Kolmogorova dolžina je v rangu od mm do cm, kar je precej več kot znaša dimenzija mikrobne celice. 10

11 Reynoldsovo število in gibanje bakterij Re = ρ l v η = cm 3 10 cm s 1g cm 5 = g cm s Za bakterijo velja, da je l = 10-4 cm v = 3 x 10-3 cm s -1 ρ = 1 g cm -3 Gibanje bakterije v vodi v celoti določa viskoznost! η = 10-2 g cm -1 s -1 11

12 Življenje pri nizkih Reynoldsovih številih Bakterijo potiskamo v vodi s hitrostjo 30 μm/s. Ko jo nehamo potiskati se bo zaustavila po: prepotovana razdalja: ~ 0.1 Å čas potovanja: ~ 0.6 x 10-6 s 12

13 Življenje pri nizkih Reynoldsovih številih Mešanje Difuzija Čas potreben za transport substrata na razdalji, l, z mešanjem Čas potreben za transport substrata na razdalji, l, z difuzijo t m = l v 2 l t D = D Mešanje bo uspešno le, če je čas potreben za transport z mešanjem krajši od difuzijskega časa lv D >1 Pri bakterijah je to razmerje ~ 0.01 kar pomeni, da si bakterija z mešanjem lokalno ne more pomagati, vse mora opraviti z difuzijo Purcell, 1976 American Journal of Physics 45:

14 Bakterijsko lokalno okolje Bakterijsko lokalno okolje je definirano z radijem difuzijskega bazena. Če bakterija želi priti na novo okolje, v nov difuzijski bazen, potem se mora premakniti tako, da velja l D v Če je D = 10-5 cm 2 /s in v = cm/s l 30 μm če bakterija ni preplavala tako daleč ni naredila NIČ 14

15 Bakterijsko lokalno okolje Volumen difuzijskega bazena bakterijske celice z radijem 30 μm je μm 3 : 1: V celice V okolja