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Wie kann ich das Populationswachstum von Hefe messen?


Ich werde bald ein Experiment durchführen müssen. Ich möchte die Wachstumsrate einer Hefepopulation abschätzen, obwohl ich nicht weiß, ob es möglich ist, zumindest die Anzahl der Hefebakterien in einer bestimmten Hefepopulation abzuschätzen. Kennt jemand eine Möglichkeit, dies zu bewerkstelligen? Vielen Dank.


Die Standardmethode, um das Wachstum in einer Flüssigkultur zu messen, besteht darin, die optische Dichte (OD) der Lösung zu messen – im Grunde wie trüb sie ist. Bakterien oder Hefen in einer Lösung absorbieren Licht, das sie durchdringt, wodurch sie trüber (oder trüb) wird. Innerhalb eines bestimmten Trübungsbereichs ist die OD der Lösung direkt proportional zur Konzentration der Organismen in der Lösung, und Sie können damit die Population in Ihrer Probe genau abschätzen. Außerhalb dieses Bereichs müssen Sie Ihre Probe genau verdünnen, um sie in diesen linearen Bereich zu bringen.

Im Allgemeinen verwenden wir ein Spektrophotometer, um die Absorption von rot-orangem Licht zu messen (dies wird als OD 600 bezeichnet, für die optische Dichte für Licht mit einer Wellenlänge von 600 nm). Eine Google-Suche zeigt eine Reihe von Plänen, billige, hausgemachte Spektralfotometer herzustellen, mit denen Sie diese Messungen ohne Zugang zu einem Labor durchführen können, obwohl ich nicht sagen kann, wie genau sie sein können. Sie können sich auch mit Heimbraubedarf befassen, da Brauer auch an der Messung des Hefewachstums interessiert sind und tendenziell ein geringeres Budget haben als Molekularbiologen.

Sie benötigen nur ein Spektralfotometer, das sichtbares Licht verwendet, um das Bakterien-/Hefewachstum zu messen. Viele Spezifikationen funktionieren auch im UV-Spektrum, wodurch sie die DNA-Konzentration messen können, aber das brauchen Sie nicht.


Reviewmylife

Dies ist ein Experiment, um zu untersuchen, wie sich die Hefepopulation über mehrere Tage verändert.

Hefe ist ein einzelliger Pilz. Es vermehrt sich ungeschlechtlich durch Knospung. Es atmet anaerob.

Formel: Hefe + Kohlenhydrate ------------> Alkohol + Kohlendioxid

  1. Hefe
  2. Apfelwein
  3. Konischer Kolben
  4. Musselin
  5. Hämozytometer
  6. Kolorimeter
  7. Pipette
  8. Pipettenfüller
  9. Messkolben

Ich plane, zwei Methoden zu verwenden, um zu messen, wie sich die Hefepopulation im Laufe der Zeit verändert. Methode 1 verwendet ein Hämozytometer, während Methode 2 ein Kolorimeter verwendet, um die Anzahl der Hefezellen jeden Tag zu messen.

Ein Hämozytometer ist ein Objektträger mit einem geätzten Gitter darauf. Es besteht aus einem 1 mm ²-Quadrat, das als A-Quadrat bekannt ist und in 25 B-Quadrate mit einer Fläche von 0,04 mm ² unterteilt ist. Diese B-Quadrate sind jeweils in 16 C-Quadrate unterteilt, die eine Fläche von 0,0025 mm ² haben.

Ein Kolorimeter ist eine Maschine, die verwendet wird, um zu sehen, wie viel Licht eine Flüssigkeit durchdringen kann. Es zeigt an, wie viel Licht durch eine Flüssigkeitsprobe durchgelassen wird. Wenn die Anzahl der Zellen höher wird, wird weniger Licht durch die Probe übertragen. Im Kolorimeter werden spezielle dünnwandige Teströhrchen verwendet, damit sie die Lichtmenge, die durch die Probe fällt, nicht beeinflussen.

Um die Hefelösung vorzubereiten, führen Sie die folgenden Schritte aus.

1. Messen Sie mit einem Messkolben 50 cm Apfelwein in einen Erlenmeyerkolben ab. Apfelwein wird verwendet, um der Hefe Nahrung zu geben, in der sie wachsen können.

2. Mit einer 1-cm-Pipette vorsichtig 1 mm Hefesuspension abmessen und in den Erlenmeyerkolben mit dem Apfelwein geben.

3. Mischen Sie die Lösung und legen Sie dann ein Musselintuch über den Erlenmeyerkolben, der mit einem Gummiband an Ort und Stelle gehalten werden sollte.

4. Stellen Sie diesen Erlenmeyerkolben in einen auf 40ºC vorgeheizten Ofen. Die Veränderung der Hefepopulation kann dann unter Verwendung eines Hämozytometers und unter Verwendung eines Kolorimeters gemessen werden.

1. Stellen Sie zuerst das Mikroskop auf, legen Sie das Deckglas auf den Hämozytometer-Objektträger zwischen den beiden Rillen und legen Sie den Objektträger auf das Mikroskop.

2. Mit einer Tropfpipette aus dem Erlenmeyerkolben einen Tropfen Hefelösung entnehmen und neben das Deckglas geben. Die Hefelösung wird durch Kapillarreaktion unter das Deckglas gezogen.

3. Fokussieren Sie das Mikroskop so, dass Sie die kleinsten Quadrate vom Typ C sehen können.

4. Zählen Sie die Anzahl der Hefezellen, die Sie in 10 zufällig ausgewählten Quadraten sehen können. Notieren Sie alle diese Ergebnisse in einer Tabelle wie der folgenden.

Testnummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Durchschnitt
Tag 1
Tag 2
Tag 3
Tag 4
Tag 5
Tag 6

Dieser Hämozytometer-Test sollte etwa zwei Wochen lang täglich wiederholt werden. Die Ergebnisse in der Tabelle können dann grafisch dargestellt werden.

Die Anzahl der Zellen kann mit einem Kolorimeter unter Verwendung der folgenden Methode gemessen werden.

1. Kalibrieren Sie das Kolorimeter, indem Sie 3 cm Apfelwein in ein Kolorimeter-Reagenzglas gießen und das Reagenzglas in das Kolorimeter stellen. Stellen Sie das Kolorimeter so ein, dass es beim Cidre 100 % Lichtdurchlässigkeit anzeigt. Nehmen Sie das normale Apfelwein-Reagenzglas aus der Maschine.

2. Nehmen Sie den Erlenmeyerkolben mit der Hefelösung aus dem Ofen. Mit einer Pipette 3 cm der Hefelösung in ein sauberes Kolorimeter-Reagenzglas abmessen.

3. Stellen Sie dieses Reagenzglas in das Kolorimeter in das Gerät und notieren Sie den Wert der Lichtdurchlässigkeit in einer Tabelle wie der folgenden.

Tag 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Kolorimeterablesung

4. Gießen Sie die Hefelösung zurück in den Erlenmeyerkolben. Legen Sie den Musselin wieder auf die Flasche und stellen Sie ihn in den 40ºC-Ofen zurück.

Sowohl die Hämozytometer- als auch die Kolorimetermethode zur Messung der Veränderung der Hefezellpopulation sollten etwa zwei Wochen lang in täglichen Abständen wiederholt werden.

Anhand der Daten kann dann ein Diagramm der Zellenzahlen gegen die Zeit erstellt werden. Um die Kolorimeterwerte in Zellenzahlen umzuwandeln, sollte ein Kalibrierungsdiagramm verwendet werden.

Ich sage voraus, dass die Anzahl der Hefezellen in der Lösung mit zunehmender Anzahl von Tagen steigen wird. Dies wird einige Tage dauern, bis sich die Geschwindigkeit verlangsamt und schließlich aufhört zu steigen, da keine neuen Zellen produziert werden.

Die Rate wird im Laufe der Zeit steigen, da sich die Hefezellen ungeschlechtlich vermehren, was bedeutet, dass sie sich sehr schnell vermehren können. Sie haben auch die perfekten Bedingungen für die Fortpflanzung. Sie werden bei einer Temperatur von 40ºC gehalten, die ihrer optimalen Lebenstemperatur sehr nahe kommt. Sie haben viel Nahrung vom Apfelwein und sie haben viel Platz, um sich darin zu vermehren. Die Geschwindigkeit wird sich nach einer Weile verlangsamen, weil die Hefe beginnt, sich mit dem Alkohol abzutöten, den sie als Teil ihres Atmungsprozesses produziert. Dies wird als negative Rückkopplungsreaktion bezeichnet.

Die Experimente - begann mit der Durchführung der obigen Experimente, entschied sich jedoch nach einigen Tagen, den Hämozytometer-Test aufzugeben, da er zu zeitaufwendig war. Ich habe die Kolorimetermessungen wie oben beschrieben durchgeführt und die Ergebnisse sind unten zu sehen. Um die Anzahl der produzierten Hefezellen zu erhalten, verwende ich eine Kalibrierkurve, so dass anhand der prozentualen Transmissionsergebnisse die Anzahl der Zellen pro mm abgelesen werden kann.

Ich habe das obige Experiment durchgeführt und diese Ergebnisse wurden erhalten. Um den Kolorimetertest sowie meine eigenen Ergebnisse so genau wie möglich zu machen, habe ich sechs Ergebnissätze anderer Personen verwendet und dann den Durchschnitt der Ergebnisse jedes Tages genommen, um mithilfe der Kalibrierungskurve zu berechnen, wie viele Hefezellen pro mm vorhanden sind.

Ein Graph des Logarithmus der Zellzahlen gegen die Zeit wurde aufgetragen. Ein Log-Diagramm wird verwendet, weil die Zunahme der Zellenzahl pro mm über die 11 Tage so groß ist, dass es nicht praktikabel wäre, ein Diagramm mit so großen Zahlen darauf zu haben. Diese Grafik zeigt die Gesamtzahl der lebenden und toten Zellen.

Die Anzahl der Zellen nahm im Laufe der Zeit zu, wie ich es vorhergesagt hatte. Sie stieg relativ konstant an, was im Log-Diagramm zu sehen ist. Die Population kann aufgrund ihrer asexuellen Fortpflanzung mit dieser schnellen Rate wachsen. Wenn die Hefezelle bereit ist, sich zu reproduzieren, beginnt eine Knospe aus ihrer Zellmembran zu wachsen, die immer größer wird, bis sie groß genug ist, um abzubrechen und eine neue Hefezelle zu werden. Dies ist im Diagramm unten dargestellt. [nicht reproduziert]

Diese beiden Hefezellen sind dann in der Lage, sich zu reproduzieren, indem sie vier Zellen, dann acht, dann sechzehn und so weiter bilden. Die Hefezellen haben viel Platz zum Wachsen und viel Nahrung vom Apfelwein. Sie werden auch bei 40ºC gehalten, was in der Nähe ihrer optimalen Lebenstemperatur liegt. Die Anzahl der Zellen verdoppelt sich auf diese Weise nicht. Dies liegt daran, dass die Zellen durch natürlichen Tod zu sterben beginnen und sie auch durch den Alkohol getötet werden, den die Hefe als Teil ihres natürlichen Atmungsprozesses produziert.

Von Tag 3 bis 4 steigt die Log-Zahl von 6,87 auf 6,95, was einer Zunahme der Zellenzahlen von 7413102 auf 8912509 entspricht. Dies ist eine Zunahme von 20 % für einen Tag. Von den Tagen 8 bis 9 steigt das Log von 7,22 auf 7,30, was eine Zunahme der Zellzahlen von 16595869 auf 19952623 bedeutet, was einer Zunahme von 20% für einen Tag entspricht. Dies zeigt, dass die Steigerungsrate bis zum neunten Tag sehr konstant ist.

Nach dem neunten Tag beginnt sich die Rate des Bevölkerungswachstums zu verlangsamen, was durch den abnehmenden Gradienten in der Grafik gezeigt wird. Von Tag 10 bis 11 steigt das Log von 7,37 auf 7,41, was einen Anstieg der Zellzahlen von 23442288 auf 25703958 zeigt, was einem Anstieg von 9,6% für einen Tag entspricht. Dies ist ein ziemlich großer Rückgang bei der Expansion der Hefepopulation. Die Steigerungsrate von Tag 10 bis 11 ist halb so hoch wie die Steigerung von Tag 3 bis 4.

Die Rate hat begonnen, um 9 und 10 zu sinken, weil die Hefe durch den Alkohol abgetötet wird. Dieser Alkohol entsteht als Nebenprodukt bei der Atmung der Hefe. Der Alkohol vergiftet die Hefe, wodurch sie abstirbt. Dies wird als negative Rückkopplungsreaktion bezeichnet. Die Zunahme der Anzahl der Hefezellen führt zu weniger Platz für die Vermehrung, sodass sie um Platz konkurrieren müssen. Die Zellen, die nicht genug Platz haben, werden bald sterben. Den Hefezellen können auch die Kohlenhydrate aus dem Apfelwein ausgehen, so dass sie sterben könnten. Der Anstieg des Alkohols und der Platzmangel beginnen, die Zellen abzutöten, und so verlangsamt sich nach 9 bis 10 Tagen der Anstieg der Zellzahl. Wenn das Experiment noch ein paar Tage fortgesetzt würde, würde ich erwarten, dass die Geschwindigkeit stoppt, da bis dahin alle Hefezellen tot sein würden.

Das Diagramm der Zellzahlen bezieht sich auf die Gesamtzahl der lebenden und toten Zellen. Wenn nur die Anzahl der lebenden Zellen gezählt würde, würde die Anzahl der Zellen langsam ansteigen, da die Reproduktion gerade erst beginnt (Lag-Phase). Die Anzahl der Hefezellen würde dann sehr schnell ansteigen, bevor sie sich einpendelt (Log-Phase). Wenn C erreicht ist, hat sich der Alkoholspiegel aufgebaut, so dass die Geburtenrate gleich der Sterberate ist, wodurch die Bevölkerung konstant bleibt. Nach D würden die Zahlen dann sinken, da die Hefezellen aus Platzmangel und Alkoholvergiftung absterben. Dies wird als Todesphase bezeichnet. Die theoretische Kurve ist unten gezeigt. [nicht reproduziert]

A - B Verzögerungsphase
B - C Log-Phase
C - D Stationär
D - E Todesphase

Um dieses Experiment genauer zu gestalten, habe ich sieben Ergebnissätze verwendet und dann den Durchschnitt aller Ergebnisse verwendet, um ein Diagramm mit einer Linie der besten Anpassung zu zeichnen. Ich habe versucht, alle Variablen für alle Experimente gleich zu halten. In der Realität ist es jedoch unmöglich, alle Variablen genau gleich zu halten. Zum Beispiel:

a) Es ist auch unmöglich, die Menge an Hefe oder Apfelwein bei der Herstellung der Lösung genau abzumessen. Da die Skala auf den Pipetten das Volumen auf Millimeter genau anzeigt, sollte das Volumen der von mir verwendeten Lösungen auf Millimeter genau richtig sein.

b) Es ist auch unmöglich, das Kolorimeter jedes Mal richtig zu kalibrieren. Diese geringfügige Abweichung kann zu geringfügigen Ungenauigkeiten in den Ergebnissen führen. Das Kolorimeter wurde verwendet, weil die Hämozytometer-Methode zu lange dauerte.

c) Der Versuch wurde nicht jeden Tag zur gleichen Zeit durchgeführt, was zu ungleichmäßigen Messabständen führen kann.

d) Die Ofentemperatur ist möglicherweise nicht die ganze Zeit konstant geblieben, wodurch sich die Reproduktionsrate ändert, wenn sich die Ofentemperatur ändert.

Die im Diagramm aufgetragenen Ergebnisse ergeben zunächst eine Gerade der besten Anpassung, die dann in eine Kurve mit leicht abnehmender Steigung übergeht. Es handelt sich um ein sehr glattes Diagramm, sodass keine Anomalien vorhanden sind.

Dieses Experiment könnte in vielerlei Hinsicht verbessert werden. Es könnte mehrmals wiederholt werden, um Anomalien zu beseitigen. Ein besseres Gesamtergebnis würde durch mehrmaliges Wiederholen des Experiments erzielt, da eventuelle Fehler in einem Experiment durch die anderen Experimente ausgeglichen werden sollten.

Der Test sollte jeden Tag zur gleichen Zeit durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Zeitspanne zwischen den einzelnen Messungen gleich ist.

Ein Test, der zwischen lebenden und toten Zellen unterscheiden könnte, wäre sehr nützlich, weil dann nur die Anzahl der lebenden Zellen gezählt werden könnte. Dies würde uns sagen, wie sich die Population lebender Zellen im Laufe der Zeit verändert, und nicht zu dem Zeitpunkt, in dem wir nur herausfinden können, wie sich die Gesamtzahl der Zellen im Laufe der Zeit verändert hat.

Es könnten verschiedene Kohlenhydratquellen außer Cidre verwendet werden, um zu sehen, ob dies die Geschwindigkeit beeinflusst, mit der die Hefezahl ansteigt.

Flaschen unterschiedlicher Größe könnten verwendet werden, da dies die Konkurrenz zwischen den Hefezellen je nach Größe erhöhen oder verringern könnte. Dies würde uns sagen, wie groß die Konkurrenz zwischen den Zellen ist.

Haftungsausschluss

Dies ist ein echtes Abiturprojekt und als solches nur für Bildungs- oder Forschungszwecke gedacht. Auszüge dieses Projekts dürfen nicht in Projekte aufgenommen werden, die Sie zur Benotung einreichen. Dies kann dazu führen, dass Sie von allen Fächern, die Sie belegen, disqualifiziert werden. Du wurdest gewarnt. Wenn Sie mehr Hilfe bei Ihren Biologiepraktika benötigen, dann werfen Sie einen Blick auf 'Advanced Level Practical Work for Biology' von Sally Morgan. Wenn Sie detailliertere Informationen zur Biologie wünschen, empfehle ich Ihnen das Buch 'Advanced Biology' von M. Kent.

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Dieser Eintrag wurde am Freitag, den 6. Juni 2008 um 19:49 Uhr veröffentlicht und ist unter Leben abgelegt. Sie können alle Antworten auf diesen Eintrag über den RSS 2.0-Feed verfolgen. Sie können eine Antwort oder einen Trackback von Ihrer eigenen Website hinterlassen.

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4.3: Wachstumsphasen der Hefe

  • Beigetragen von Clare M. O&rsquoConnor
  • Außerordentlicher Professor Emeritus (Biologie) am Boston College

Wenn Hefe in flüssigem Medium gezüchtet wird, folgt die Kultur einem gut etablierten Muster für das mikrobielle Wachstum. (Bakterien folgen demselben allgemeinen Muster, obwohl sie sich viel schneller teilen.) Kulturen werden normalerweise durch Animpfen von Medien mit einer kleinen Anzahl von Zellen begonnen. Auf die Inokulation folgt eine Lag-Phase, in der sich die Zellen an die neue Umgebung gewöhnen und beginnen, das Medium mit ihren eigenen Metaboliten zu konditionieren. Verzögerungsphasefolgt einexponentiell,oder Log-Phase, wenn die Anzahl der Zellen exponentiell ansteigt.

Das exponentielle Wachstum von Hefe kann durch die Gleichung beschrieben werden:

wobei N die Anzahl der Zellen zu einem beliebigen Zeitpunkt (t) darstellt und N0 stellt die Anzahl der Zellen zu Beginn des analysierten Intervalls dar. Wissenschaftler finden es oft bequem, sich die Wachstumskonstante k in Bezug auf die Verdopplungszeit der Kultur vorzustellen. In dieser Darstellung ist k = ln2/T (T = die Verdopplungszeit der Kultur). Die Wachstumsrate der Hefe variiert mit der Temperatur. Hefen wachsen gut bei Raumtemperatur, aber sie wachsen schneller bei 30 ̊C. Gut belüftete Kulturen wachsen schneller als solche, die dies nicht sind, daher werden flüssige Kulturen normalerweise auf einem Rotationsschüttler oder einem rotierenden Rad gezüchtet. Bei 30 ̊C haben Wildtyp-Hefestämme eine Verdopplungszeit von

Nach einigen Verdoppelungszeiten beginnen die Zellen, die Nährstoffe in der Kultur zu erschöpfen, ihre Wachstumsrate verlangsamt sich und die Zellen treten ein stationäre Phase.Hefen, die in die stationäre Phase eintreten, passen ihren Stoffwechsel an, indem sie die Transkription von Hunderten von Genen verändern, was zu vielen physiologischen Veränderungen führt, einschließlich der Ansammlung von Kohlenhydratreserven und dem Aufbau einer widerstandsfähigeren Zellwand (Übersicht in Werner-Wasburne et al., 1993). In der stationären Phase ist die Zellteilungsrate ähnlich der Zelltodrate, sodass sich die Anzahl der Zellen nicht nennenswert ändert. Zellen können in der stationären Phase über längere Zeiträume überleben und das Wachstum wieder aufnehmen, wenn die Bedingungen günstig sind. Schließlich treten Zellen ein Todesphasewenn sich die Bedingungen nicht verbessern.


Biologie 173: Evolution der Hefe

Eine Mutation führte in einer von 12 Kulturen zu einem Populationsboom, der das Medium trübe (dritter Kolben von links). Forscher können die Fitness zweier Stämme vergleichen, indem sie sie zusammen kultivieren und dann Kolonien zählen (Petrischale). Eine Sorte trägt eine Mutation, die ihre Kolonien rot macht.“ Bild und Text aus „The Man Who Bottled Evolution“ von Elizabeth Pennisi, Wissenschaft 2013.

Populationen entwickeln sich ständig durch Veränderungen in der Genfrequenz, die die Anpassung an bestimmte Umgebungen widerspiegeln. Evolution ist nicht nur ein Prozess, der über einen langen Zeitraum abläuft, sondern geschieht durch kleine Veränderungen auf DNA-Ebene, die dennoch drastische Unterschiede in der Bevölkerung bewirken können. In diesem Kurs lernen die Studierenden grundlegende Konzepte der Evolutionsbiologie durch aktive Forschung zu sich entwickelnden Hefepopulationen in verschiedenen Umgebungen. Die Schüler erforschen und lernen Kräfte, die die Mikroevolution bestimmen, wie Mutation, Selektion und genetische Drift. Die Studierenden werden ein semesterlanges Experiment durchführen, um Hefe an eine variable Umgebung durch seriellen Transfer von Hefekulturen für 70 Tage anzupassen. Um genetische Veränderungen in der Population zu dokumentieren, werden die entwickelten Stämme durch Genomsequenzierung analysiert, um während des Experiments aufgetretene Mutationen zu identifizieren, und diese Daten werden verwendet, um eine genetische Modifikation durchzuführen, um den Einfluss der Mutation auf die Fitness der Hefe zu bestimmen in dieser Umgebung. Zu den erlernten Techniken und Prinzipien gehören das Verständnis von Modellen des mikrobiellen Wachstums, sterile Techniken, Messung der relativen Fitness, genetische Transformation, PCR, DNA-Sequenzierung und bioinformatische Analysen.


Molekularbiologie der Trehalose und der Trehalasen in der Hefe Saccharomyces cerevisiae

Eine Trehalose im Lebenszyklus von Hefe

Saccharomyces cerevisiae kann Trehalose synthetisieren und abbauen, und in Abhängigkeit von den Umweltbedingungen und dem Stadium des Lebenszyklus kann Trehalose weniger als 1 % oder mehr als 23 % des Trockengewichts der Zellen ausmachen (37, 42, 43) . Diese Schwankungen des Trehalose-Gehalts und die großen Mengen, die akkumuliert werden können, legen nahe, dass es während des Lebenszyklus der Hefe eine wichtige Rolle spielt. Studien, die den Trehalose-Spiegel mit den physiologischen und Entwicklungsaktivitäten der Zellen korrelieren, legen nahe, dass dieses Disaccharid in hungernden Zellen als wichtige Kohlenstoff- und Energiereserve fungiert (44, 45) , in Zellen, die eine respiratorische Anpassung durchmachen (46) , in keimenden Sporen (47) , in vegetativen Zellen beim Auflaufen aus der stationären Phase (48) , und in Zellen, die den mitotischen Zellzyklus unter Bedingungen der Kohlenstoff- und Energielimitierung durchlaufen (43) . Die Beobachtung, dass Hefezellen Trehalose anreichern, wenn ihnen Glukose, Stickstoff, Schwefel oder Phosphor entzogen werden, legt nahe, dass die Ansammlung von Reservekohlenhydraten eine allgemeine Reaktion auf verschiedene Arten von Nährstoffeinschränkungen ist (37) . Glykogen scheint eine ähnliche Rolle zu spielen. Die Tatsache, dass Glykogen und Trehalose nicht identische Akkumulations- und Verwertungsmuster aufweisen, lässt jedoch die Möglichkeit aufkommen, dass sie unterschiedliche Rollen in der zellulären Ökonomie spielen.


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Kontraste in der Größenkontrolle

Es wurde viel über die Zellteilung und die Regulierung des Zellzyklusverlaufs gelernt. Beginnend mit einigen klassischen Studien an Hefe hat das Gebiet des Zellzyklus viele der wichtigsten regulatorischen Gene aufgedeckt, die sowohl die DNA-Replikation als auch die Mitose kontrollieren [3]. Zahlreiche Studien haben betont, dass diese Zellzyklusmechanismen ein hohes Maß an evolutionärer Konservierung aufweisen. Aber wie werden Zellwachstum und Zellgröße gesteuert? In Kultur verdoppeln die meisten Zellen im Allgemeinen ihre Masse vor der Mitose und behalten im Laufe der Zeit eine ziemlich konstante Größe bei. Diese Beobachtungen haben zu einer grundlegenden Frage der Zellbiologie geführt: Überwachen Zellen ihre Größe? Wenn ja, funktionieren Kontrollpunkte für die Zellgröße, um das Wachstum und den Zellzyklus zu koppeln und die Zellteilung vor einer bestimmten Größe zu verhindern? Bei Hefe scheint die Antwort klar zu sein: Einige Arten von Kontrollmechanismen für die Zellgröße funktionieren [4]. Diese reagieren auf die extrazelluläre Nährstoffverfügbarkeit und stellen sicher, dass Hefezellen nur dann in die S-Phase des Zellzyklus oder in die Mitose eintreten, wenn eine kritische Zellgröße erreicht wurde [4]. Hefen haben sich daher wahrscheinlich angepasst, um sicherzustellen, dass sie ihre Proliferationsraten entsprechend den Umweltbedingungen entsprechend anpassen [4].

Gibt es solche Zellgrößen-Checkpoints auch in tierischen Zellen? Überraschend wenig Arbeit hat sich darauf konzentriert, dieses Problem anzugehen. Die Untersuchung des Zellwachstums scheint in den Hintergrund gerückt zu sein gegenüber der Aufklärung der Zellzykluskontrollen bei Metazoen. Einige frühe Studien unterstützten und widerlegten jedoch die Existenz von Größenkontrollmechanismen in Säugerzellen [5]. Es ist diese Frage der Zellgrößenkontrolle, die von Conlon und Raff [6] in einem in dieser Ausgabe erscheinenden Artikel erneut aufgegriffen wurde. Mit einem in der Zellbiologie viel zu selten verwendeten Ansatz maßen sie Veränderungen der Zellgröße und des Zellwachstums als Reaktion auf extrazelluläre Faktoren direkt. Unter Verwendung gereinigter Kulturen von Schwann-Zellen untersuchten Conlon und Raff [6] Zellen, die in der S-Phase unter Verwendung des DNA-Replikationsinhibitors Aphidocolin arretiert wurden. Dadurch konnten sie das Wachstum unabhängig von der Zellzyklusprogression messen. Sie fanden heraus, dass die Wachstumsraten unabhängig von der Zellgröße ähnlich waren: Sowohl große als auch kleine Zellen wuchsen und erhöhten ihren Proteingehalt mit der gleichen Geschwindigkeit. Darüber hinaus waren diese Wachstumsraten über einen Zeitraum von bis zu neun Tagen in Kultur im Wesentlichen linear und wurden ausschließlich durch den Gehalt an extrazellulären Wachstumsfaktoren bestimmt.

Diese Ergebnisse stehen im deutlichen Gegensatz zum Verhalten von proliferierenden Hefezellen, bei denen große Zellen schnellere Wachstumsraten aufweisen als kleine Zellen. In Hefe sind daher Checkpoints erforderlich, um sicherzustellen, dass sich Zellen bei einer kritischen Größe teilen und somit eine konstante mittlere Populationsgröße aufrechterhalten wird (Abbildung 1a). Wie Conlon und Raff [6] treffend hervorheben, würde das Auftreten von linearen Wachstumsraten, unabhängig von der Größe, in Säugerzellen es den Zellpopulationen ermöglichen, im Laufe der Zeit eine ungefähr konstante mittlere Größe beizubehalten, ohne dass spezifische Zellen benötigt werden. Größenkontrollen. Sie zeigen weiterhin, dass die Verschiebung proliferierender Zellen zwischen Medien mit niedrigem Serumgehalt und Medien mit hohem Serumgehalt die Zellgröße langsam über eine Reihe von Teilungen verändert. Dies steht wiederum im Gegensatz zu den schnellen (innerhalb eines Zellzyklus) nährstoffabhängigen Kontrollen der Zellgröße, die Hefe auferlegt wird. Zusammen liefern die Ergebnisse von Conlon und Raff [6] überzeugende Beweise dafür, dass strenge Zellgrößenkontrollen, wie sie bei Hefen beobachtet werden, in Säugerzellen wahrscheinlich nicht funktionieren.

Hefe- und Tierzellen steuern das Zellwachstum und die Zellteilung auf unterschiedliche Weise. In Hefe werden die Zellwachstumsraten streng durch die Nährstoffverfügbarkeit kontrolliert. In nährstoffreichen Umgebungen sind die Wachstumsraten hoch und die Zellen groß. Im Gegensatz dazu sind die Wachstumsraten bei begrenzten Nährstoffen langsamer und die Zellen kleiner. Kontrollpunkte für die Zellgröße stellen sicher, dass sich Hefezellen nur bei einer kritischen Größe teilen, die durch die Nährstoffbedingungen bestimmt wird. Sie stellen daher sicher, dass die Proliferationsraten in Hefe angemessen auf die Umweltbedingungen zugeschnitten sind. In der Tierentwicklung stehen Zellen unter dem Einfluss einer Vielzahl von extrazellulären Stimuli wie Nährstoffen, Wachstumsfaktoren, Mitogenen und verschiedenen musterbildenden Inputs, für die Beispiele gezeigt werden. Diese Signale vermitteln die Kommunikation von Zelle zu Zelle und steuern sowohl die Zellgröße als auch die Zellzahl, um ein korrektes Wachstum von Organen und Organismen zu gewährleisten. Unter diesen Umständen sind strenge Kontrollpunkte für die Zellengröße möglicherweise nicht erforderlich. Vielmehr wird die Gesamtproliferation wahrscheinlich durch die unabhängige, aber koordinierte Kontrolle von Wachstum und Teilung durch verschiedene Reize reguliert.


Attribute der menschlichen Bevölkerung – Teil II

Bevölkerungswachstum ist die Zunahme der Anzahl von Individuen in einer Population. Die Wachstumsrate ist die Anzahl der Individuen, die pro tausend Individuen in einer bestimmten Zeit hinzugefügt werden. Die Wachstumsrate kann durch ein Diagramm dargestellt werden, das als Wachstumskurve bezeichnet wird. In dieser Grafik ist die Gesamtzahl der Individuen in einer Population gegen die Zeit aufgetragen.

Verschiedene Arten von Bevölkerungskurven:

S-förmige oder sigmoide Kurve:

Die Grafik zeigt das s-förmige Wachstumsmuster der Bevölkerung, die sich in einem Gebiet stabilisiert hat. Diese Art von Kurve wird durch eine Kultur von Hefezellen gezeigt. Die Kurve hat 5 Phasen.

  1. Verzögerungsphase: Wenn einige wenige Organismen in ein Gebiet eingeführt werden, ist die Populationszunahme anfangs sehr langsam und die Populationsgröße nimmt nur sehr wenig zu. Anfangs ist das Bevölkerungswachstum langsam, da es nur wenige reproduktive Individuen gibt, die wahrscheinlich weit verstreut sind.
  2. Positive Beschleunigungsphase: Es ist eine positive Beschleunigungsphase. Während dieser Phase wird das Wachstum der Populationsgröße beobachtet.
  3. Exponentielle oder logarithmische Phase: In der Mitte der Kurve wird die Bevölkerungszunahme sehr schnell, d. h. logarithmische Phase. Es ist die Zeit des schnellen Bevölkerungswachstums aufgrund günstiger Bedingungen und ohne Konkurrenz.
  4. Negative Beschleunigungsphase: In dieser Phase wird die Zunahme der Populationsgröße verlangsamt, bis ein Gleichgewicht erreicht ist.
  5. Stationäre Phase: Während dieser Phase stabilisiert sich die Wachstumsrate aufgrund der Sterblichkeit und die Geburtenrate wird gleich. Die Populationsgröße schwankt um das Gleichgewicht entsprechend der Variabilität der Umwelt. Als Sättigungsgrad oder Tragfähigkeit (K) wird das Niveau bezeichnet, ab dem kein wesentlicher Anstieg mehr auftreten kann.

Im Allgemeinen gibt es drei Phasen, Lag-Phase, exponentielle Phase und stationäre Phase.

J – Geformte Kurve:

  1. Verzögerungsphase: Anfänglich ist das Bevölkerungswachstum langsam, weil es nur wenige reproduktive Individuen gibt, die wahrscheinlich weit verstreut sind und sich die Individuen der Bevölkerung an eine neue Umgebung anpassen.
  2. Exponentielle oder logarithmische Phase: In der Mitte der Kurve wird die Bevölkerungszunahme sehr schnell, d. h. logarithmische Phase. Es ist die Zeit des schnellen Bevölkerungswachstums aufgrund günstiger Bedingungen und ohne Konkurrenz. Genügend Nahrung und Platz sind vorhanden.
  3. Niedergangsphase oder Bevölkerungszusammenbruch: Nach Erreichen des Spitzenwertes kann die Bevölkerung abrupt zusammenbrechen. Nach einiger Zeit wird durch die Zunahme der Populationsgröße das Nahrungsangebot und der Platz im Habitat begrenzt, was letztendlich zu einer Abnahme der Populationsgröße führt. Viele Insektenpopulationen zeigen beispielsweise während der Regenzeit einen explosionsartigen Anstieg, gefolgt von ihrem Verschwinden am Ende der Saison.

Unterschied in J-förmiger Kurve und S-förmiger Kurve:

S-förmige Kurve J-förmige Kurve
Es umfasst hauptsächlich die Lag-Phase, die exponentielle Phase und die stationäre Phase. Es besteht nur aus zwei Phasen – Lag-Phase und exponentielle Phase.
Die Bevölkerung wird stabil mit einer Wachstumsrate von null und die Kurve wird stationär (horizontal). Die Bevölkerung sieht sich am Ende einer Massensterblichkeit gegenüber, und die Kurve hört auf.
Es wird von den meisten Arten einschließlich des Menschen beobachtet. Es wird bei wenigen Organismen wie Algenblüten, einjährigen Pflanzen, Insekten, Rentieren und einjährigen Pflanzen beobachtet.

Geburtenrate oder Geburtenrate:

Natalität in der Populationsökologie ist der wissenschaftliche Begriff für Geburtenrate. Zusammen mit der Sterblichkeitsrate wird die Geburtenrate verwendet, um die Dynamik einer Population zu berechnen. Sie sind die Schlüsselfaktoren für die Bestimmung, ob eine Population zunimmt, abnimmt oder gleich bleibt.

Die Geburtenrate einer Population ist definiert als die durchschnittliche Anzahl neuer Individuen, die die Population in einer Zeiteinheit (d. h. einem Jahr) hervorbringt. Die maximale Geburtenrate, die eine Art unter idealen Umweltbedingungen erreichen kann, wird genannt potenzielle Geburtenrate oder maximale Geburtenrate oder Gesamtfruchtbarkeitsrate (TFR). Sie hängt von der Anzahl der geschlechtsreifen Männchen und Weibchen in der Population ab und auch von der Anzahl der Eier, die pro Weibchen in der Zeiteinheit produziert werden.

Bezogen auf die menschliche Bevölkerung wird die Geburtenrate als Zahl der Geburten pro Jahr pro tausend Einwohner der Bevölkerung ausgedrückt. Die Geburtenrate zeigt nicht die Bevölkerungswachstumsrate und das aktuelle Fertilitätsmuster.

Fruchtbarkeitsrate:

Die Gesamtfruchtbarkeitsrate (TFR) ist die Gesamtzahl der Kinder, die einer Frau im Laufe ihres Lebens geboren oder wahrscheinlich geboren werden, wenn sie der vorherrschenden altersspezifischen Fertilitätsrate in der Bevölkerung unterliegt. Eine TFR von etwa 2,1 Kindern pro Frau wird als Fertilitätsrate auf Ersatzniveau (UN, Population Division) bezeichnet. Dieser Wert stellt die durchschnittliche Anzahl von Kindern dar, die eine Frau haben müsste, um sich fortzupflanzen, indem sie eine Tochter gebären, die das gebärfähige Alter überlebt. Wenn die Fertilität auf dem Ersatzniveau über einen ausreichend langen Zeitraum aufrechterhalten wird, wird sich jede Generation exakt selbst ersetzen, ohne dass das Land die Bevölkerung durch internationale Migration ausgleichen muss.

Das Ersatzniveau (RL) ist die Anzahl der Kinder, die ein Paar hervorbringen muss, um sich selbst zu ersetzen. In Entwicklungsländern sind es 2,7, in entwickelten Ländern 2,1. Die Geburtenrate wird durch wirtschaftliches Niveau, Bildung und menschliche Bestrebungen gesteuert.

Sterberate oder Mortalität:

Sterblichkeit Rate oder Sterberate ist ein Maß für die Anzahl der Todesfälle (allgemein oder aufgrund einer bestimmten Ursache) in einer bestimmten Population, skaliert auf die Größe dieser Population pro Zeiteinheit. Es gibt zwei Arten von Sterblichkeit: Potenzielle Sterblichkeit und tatsächliche Sterblichkeit:

  • Potenzielle Sterblichkeit: Sie wird auch als Mindeststerblichkeit bezeichnet. Es ist die Zahl der Todesfälle, die unter idealen Bedingungen von Mangelernährung oder Alter auftreten.
  • Tatsächliche Sterblichkeit: Es wird auch als realisierte Sterblichkeit bezeichnet. Es ist die Zahl der Todesfälle, die in der Bevölkerung auftreten. Diese Rate hängt von der Größe, Zusammensetzung und Dichte der Bevölkerung ab.

Wenn Geburtenrate und Sterberate gleich sind, wird der Zustand als demografischer Übergang bezeichnet. Wenn ein Land entwickelt wird, findet ein demografischer Wandel statt.

Der Vitalindex der Bevölkerung ist das prozentuale Verhältnis der Geburtenrate zur Sterblichkeit.


Schüleraufgabe

  1. Unter welchen Umständen kann erwartet werden, dass eine Population geometrisch wächst?
  2. Angenommen, Sie interessieren sich dafür, wie sich die Populationsgröße des einjährigen Krauts Polygonum douglasii, das an einem Berghang in Colorado wächst, im Laufe der Zeit ändert. Sie sind sich ziemlich sicher, dass diese Population geschlossen ist, was bedeutet, dass es keine Einwanderer (Personen, die in die Population eintreten) oder Auswanderer (Personen, die die Population verlassen) als Samen gibt. In diesem Fall sind die einzigen Prozesse, die das Wachstum dieser Population beeinflussen, Geburten und Todesfälle. Wenn diese Population mit einer Rate von 20 % pro Jahr wächst, schreiben Sie das zeitdiskrete dynamische System für die Population.
  3. Sei N die Weltbevölkerung (in Milliarden) zum Zeitpunkt t, in Jahren seit 1975. Dann ist N0 die Weltbevölkerung im Jahr 1975, also N0= 4 Milliarden. Die Wachstumsrate ist eigentlich der k-Wert in der Formel für exponentielles Wachstum, die oben für dieses Problem angegeben wurde, k = 0,021.

  1. Was ist das exponentielle Wachstumsmodell für dieses System?
  2. Bis zu welchem ​​Jahr wird die Bevölkerung 7,5 Milliarden erreichen?
  3. Wie groß wird die Bevölkerung nach 10 Jahren sein? wieder bei 1000 Bakterien gestartet. 7 Stunden später waren es 5000 Bakterien.

1. Wie hoch ist die Wachstumsrate des Systems?
2. Zu welchem ​​Zeitpunkt wird die Bevölkerung 10000 erreichen?


Faktoren, die das Hefewachstum beeinflussen

Yeast is a unicellular or a single cell organism that belongs to the broader group of organisms known as ‘fungi.’ They sometimes appear as multi cellular structures although these are false or pseudohyphaes in contrast to true hyphaes seen among other fungi.

Characteristics of yeasts:

There are about 1500 yeast species identified by scientists although 99% of the same species remains undiscovered. Among the identified species, some require oxygen to perform cellular breathing whereas others can even sustain in environments deprived of oxygen as they have the ability to perform anaerobic cellular respiration. Yeast derives its energy requirements from organic compounds, which are most likely to be sugar based. Due to this phenomenon, these organisms do not depend on sun light for its energy requirements and is often isolated naturally from sugar rich mediums.

Among many factors that affect the growth of yeast, some are manipulative through various mechanisms. However, not all yeasts thrive on same environmental states and therefore needs individualized attention according to the type of species when cultured in the lab.

Factors affecting yeast growth:

Following is a brief description of factors controlling how yeasts grow.

Yeasts can tolerate extreme temperatures although it may lose its viability with time. Some yeast live in freezing conditions but many will grow in normal environmental temperatures existing in many places. Therefore, refrigeration or deep freezing may not be a full proof method to prevent yeast formation.

Many species of yeast grow in media with a neutral PH or slightly acidic PH. Thus, yeast extracts or foods derived from yeasts are more likely to be acidic. When it comes to culture medium, scientists use the same characteristic in organic acids for its use as an effective culture medium.

As described earlier, yeasts require organic compounds such as sugar derivatives to obtain energy and therefore its concentration in the culture medium or in the environment will affect the rate of its growth.

Certain strains or species of yeasts will grow rapidly whereas some may be relatively slow. However, further research is required to link type of strain and its growth to understand its correlation better.

As described earlier, although anaerobic respiration is possible, many yeast strains will require oxygen enriched medium for its metabolic functions. Thus, when yeasts grow in a lab, they receive an aerobic environment for effective growth.

Minerals such as magnesium, potassium and several other trace elements are essential for yeast growth and therefore should encourage growth when provided externally.

When considering its part as an element in the nucleic acids and phospholipids, provision of phosphorus is important for effective yeast growth.

It is an essential element of certain amino acids and when added to a culture medium, it will encourage yeast growth.

Scientists have learn that, yeasts require certain vitamins, purines, pyrimidines, amino acids, fatty acids&hellipetc for catalyzing the biosynthesis although they do not act as energy sources for yeasts. Therefore, such factors are named as &lsquogrowth factors&rsquo and should be available in trace quantities in the culture medium for optimal growth.

Apart from the above, there can be many other factors contributing to the growth of yeast and require further research to determine how extensively they affect in their growth..