Дипломдық жұмыс: Биология | Ашытқы клеткаларының карбонизделген сары өрік қабығына бекінуін зерттеу

Мазмұны

КІРІСПЕ 4
1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ 5
1.1 Иммобилизация әдістері және иммобилизденген микроорганизм клеткалары 5
1.2 Микроорганизмдермен металдар сорбциясы 10
2 МАТЕРИАЛДАР МЕН ЗЕРТТЕУ ОБЪЕКТІЛЕРІ 18
2.1. Зерттеу объектілері 18
2.2. Материалдар 18
2.3 Клетканың сорбция және десорбциясын анықтау әдістері 18
2.4 Электронды-микроскопиялық әдіс 19
2.5 Ауыр металдардың биосорбенттермен сорбциясын зерттеу 19
2.6 Ауыр металды анықтау әдістері 20
3 НӘТИЖЕЛЕР МЕН ТАЛДАУЛАР 21
3.1 Сары өрік қабығы негізіндегі сорбенттерге ашытқы клеткаларының бекінуі 21
3.2 Ашытқы клеткаларының сорбциясына рН әсерін зерттеу 23
3.3. Биосорбенттермен ауыр металл иондарының сорбциясы 24
ҚОРЫТЫНДЫ 26
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 27
ТҮЙІН 31

Экологиялық проблемаларды шешуде қазіргі микробиология және биотехнология жетістіктерінің маңызы зор. Экологиялық проблемалардың бірі - ластанған суларды тазалау. Ластанған суды тазалау дүниежүзілік проблемалардың бірі болып отыр. Ғылыми тұрғыдан қарастырсақ, табиғаттағы болып жатқан процестерге де микроорганизмдер қатысады. Осыған байланысты біз ластанған су қоймаларын тазалауда иммобилизденген микроб клеткаларын пайдаланудың тиімді жолын және маңызын қарастырамыз. Бұл микробиологиялық жолмен тазалау әдісіне жатады.
Микроорганизмдер де су қоймалардың табиғи тазалануына қатысады. Микроорганизмдер табиғатта кең таралған. Микроорганизмдер әрекеті нәтижесінде су құрамындағы белгілі бір мөлшерден тыс көбейген заттарды тазалауға болады екен. Микроорганизмдер өздерінің тіршілігі барысында су құрамындағы заттармен қоректенеді. Ластанған су құрамында органикалық және неорганикалық заттардың шектен тыс көп мөлшерде жиналуы судың табиғи қасиетін өзгертеді. Су құрамы мұнай, ауыр металдар, ауыр металл иондары, тау-кен өндірістерінің қалдық суларымен және химиялық заттармен ластанады. Осындай заттармен ластанған суды тазалау үшін осы заттарға тәуелді микроорганизм клеткаларын иммобилиздеп пайдаланудың тиімділігі жоғары. Иммобилиздеуде әртүрлі дәрежедегі микроорганизм клеткаларын пайдалануға болады. Тірі активті клеткаларды немесе жартылай жарақаттанған клеткаларды иммобилиздеу үшін пайдалануға болады. Себебі иммобилизденген клеткалардың тіршілік ету барысында төзімдірек болатыны анықталған. Клеткаларды иммобилиздеудің бірқатар артықшылықтары бар:
• күрделі көпсатылы процестерді жүзеге асыру мүмкіншілігі;
• микроорганизмдердің сыртқы ортаның кері факторларына (температура, қышқылдық, электролиттердің және токсинді заттардың концентрациясы,т.б.) төзімділігі;
• жергілікті микрофлорамен ығыстырылуын алдын алу


1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ

1.1. Иммобилизация әдістері және иммобилизденген микроорганизм клеткалары

Иммобилизденген клеткалар деп сыртқы ортада қозғалуы жасанды жолмен шектелген клеткаларды атайды. Қозғалысын шектеуді қамтамасыз ететін материал- тасымалдаушы болып табылады. Толығымен бұл жүйе клетка-тасымалдаушы иммобилизденген биокатализатор деп айтылады. Тасымалдаушы ретінде ерімейтін материал пайдаланылады. Клеткалар түрі өздеріне оптималды жағдайына байланысты бекінеді. Қазіргі кезде механикалық беріктілігі, саңылаулығымен ерекшеленетін жаңа қөміртекті материалдар алудың түрлі әдістері жасалуда. Әр түрлі қатты сорбенттердің бетінде көмірсутек пиролизі процессі кезінде каталитикалық көміртек түзілу жаңа сорбентті қарауға мүмкіндік береді. Тасушылардың сорбциялық сыйымдылығын ұлғайту, клетка-тасымалдаушы байланысының беріктілігін жоғарлату мақсатында клеткаларға улы емес және арзан, шығу тегі табиғи сорбенттерді алуда көп көңіл бөлінуде /1/.
Иммобилизденген жағдайда клетканың өмір тіршілігі клетка үшін қалыпты болып табылады. Клетканың тасымалдаушыға бекінуі, микроорганизмдер иммобилизациясы болып табылады. Иммобилизденген биокатализаторды эксплуатация процесінде тасымалдаушының бастапқы құрылымы өзгеріске ұшырайды. Клеткаларды иммобилиздеуде қолданылатын тасушылар төмендегідей талаптарға сай болуы қажет.
Иммобилизацияда қолданылатын әдіс клетканың ферментативті жүйесін бұзбауы қажет. Егер клетканың ферментативті жүйесі бұзылған жағдайда клетка белсенділік қабілетінен жойылады.
Ереже бойынша, иммобилизацияны мүмкіндігінше клетканың тасымалдаушыға берік болып бекінгенін қамтамасыз ету қажет.
Иммобилиздеу процесінде клетканың манипуляциясы минималды болуы қажет.
Иммобилизденген биокатализаторды алу жолында тұрақтылық қажет. Тасымалдағыш зат технологиялық процесс жағдайында химиялық, физикалық, биологиялық әсерлерге төзімді болуы қажет /2/.
Иммобилиздеу әдісіне қойылатын талаптар.
1. Әдіс мүмкіншілік бойынша қарапайым әдіс
2. Иммобилизденгеннен кейін фермент белсенді жағдайға оңай және тез ауысуы керек.
3. Иммобилиздеу әдісі ферменттің және клетканың белсенділігін аса төмендетпеу керек.
4. Иммобилизденгеннен кейін фермент немесе клетка тасымалдағыштармен мықты қатты бекіну керек.
5. Иммобилиздеу әдісінде мүмкіншілігіне қарай жұмыс сатылары аз болу керек.
6. Иммобилиздеу әдісі иммобилизденген биокатализатордың ұзақ тұрақтылығын сақтауға мүмкіншілік беру керек.
7. Иммобилиздеу әдісі экономикалық тиімді болу керек.
XX ғасырдың 40-жылдары микроорганизмдердің адсорбцияланған клеткаларын ағын суларды тазалау үшін пайдалана бастады. Ауаны биологиялық тазалау үшін, бағалы химиялық заттарды синтездеу үшін, пластмасса өндірісін, рудалардан түсті металдарды шығарып алу үшін пайдалана бастады /3/.
Иммобилизацияда қолданылатын тасушылардың түрлері көп: құм, керамзит, көмір, күл, шыны, керамика, металды торлар, сонымен қатар синтетикалық материалдар (нейлон талшықтары, полиэфир, поливинилхлорид, пенополиуретан,т.б.), полимерлер (агар, каррагенан, альгинат, полиакриламид, целлюлоза гельдері)т.б.
Иммобилизденген ферменттерді өндірістің әр түрлі саласында – фармацевтика, ауыл шаруашылығы тағам, текстиль, тері өндірісінде медицинада қолданады. Көптеген биотехнологиялық процестерде табиғи объект ретінде микроб клеткаларын пайдаланады.Фермент немесе клетканың иммобилизациясы - биокатализатор молекуласын шектеулі кеңістікке орналастыру болып табылады /4/.
Клеткаларды иммобилиздеуде қолданылатын тасымалдаушылар шығу тегіне байланысты органикалық және бейорганикалық болып бөлінеді. Органикалық тасымалдағыштар табиғи полимерлер және синтетикалық полимерлер болып бөлінеді. Табиғи полимерлер химиялық табиғатына байланысты белоктық, полисахаридтік, липидтік болып бөлінеді. Целлюлоза, декстран, агароза және оның туындылары тасымалдағыш ретінде пайдаланады. Синтетикалық полимер тасымалдағыштар стиролдың негізінде жасалынған дивенилбензол тігуші агентті пайдалану арқылы «Дауекс», «Амберлит», саңылаулы ионалмастырғыш түрінде өндірістік масштабта шығарады. Сонымен қатар поливинил спирті негізінде тігуші агент ретінде глутарь альдегин пайдаланады. Артықшылығы оның молекуласына көп мөлшерде әр түрлі функционалды топтарды енгізуге болады. Адсорбция жолымен клеткалардың иммобилиздену қарапайым әдіс болып табылады /5/.
Имобилизация әдісі табиғи заңдылықтармен сәйкес келеді. Иммобилиздеу әдісі химиялық және физикалық деп бөлінеді.
Химиялық әдіс – фермент және клетканың жоғарғы қабатымен тасымалдағыш материал арасында ковалентті байланыс түзіледі. Клетка және фермент тасымалдағыштарға тігіледі.
Физикалық әдіс - тасымалдағышқа клетка және ферменттің бекінуі, физикалық факторлардың қатысуымен жасалады. Олар: адсорбциондық, полимерлі гель торшасына фермент және клетканы енгізу, жартылай өткізгіш мембранаға енгізу, екі фазалы реакциялық орталыққа енгізу. Иммобилизацияның ең көне әдісі физикалық адсорбция болып табылады. Бұл әдістің негізі- фермент немесе клетканың тасымалдағышқа физикалық немесе иондық әсеріне негізделеді. Тасымалдағыш ретінде бейорганикалық заттар (кремнезем, поралары бар шынылар, табиғи алюмосиликаттар алюминия оксиды) немесе органикалық заттар (полисахаридтер, каллаген) қолданылады /6/.
Микроорганизмдерді өндірісте мерзімді және үздіксіз дақылдау барысында қалдық қалады. Кез келген патогенді емес микроорганизмдер жоғары концентрацияда ауа, су, топырақ, экологияны төмендетеді. Бос клеткаға қарағанда иммобилизденген клеткаларды көп пайдаланады. Шығарылған өнім аз бактериямен ғана ластанады. Өндірісте патогенді микроорганизмдерді пайдалану үшін тасымалдағыштарға иммобилиздеу арқылы оларды қоршаған ортаға таралуынан қорғайды. Патогенді микроорганизмдерді иммобилизденген түрінде пайдалану экологиялық жағынан тиімді келед /7/.
Клеткалардың иммобилизациясында пайдаланылатын биотехнологиялық процестер көмегімен жоғарғы нәтижеге жету үшін клетканың биологиялық функциясына сай иммобилизация әдістерін пайдалану керек. Өсуге қабілеті жоқ клеткалар, иммобилизденген жағдайда бөлінбейді. Олар метаболитті активті клеткалар. Өнімді синтездеу қабілетіне ие иммобилизденген клеткалар синтетикалық активтілікке ие болады /8/.
Хемосорбция. Бұл иммобилизация әдісі клеткалардың тасымалдаушымен коваленттік байланысын сипаттайды. Хемосорбция әдісінде тігу агенттерін пайдаланбайды. Хемосорбция әдісінде тасымалдағыш матрица клетканы коваленттік байланыстың көмегімен биосорбентке бекінуін қамтамассыз етеді. Ол байланыс тасымалдағыштың функционалды топтарымен микроб клеткасы қабырғасының компонеттерінің арасында түзіледі. Осы байланыстың нәтижесінде клетка сорбентке бекінеді. Хемосорбцияның нағыз ковалентті иммобилизация әдісінен ерекшелігі, хемосорбция жағдайында клетка және сорбент арасындағы байланыс төменірек болады.
Адсорбциялық жолмен иммобилиздеу әдісінде микроорганизмдердің әртүрлі қатты немесе гель тәріздес сорбенттерге бекіне алу қабілетін айтады. Сорбенттерге клеткалардың адсорбциясы жүргеннен кейін клетка тіршілігін жалғастыра береді, бірақ қозғалысы шектелген болады. Клеткалардың адсорбциялық жолмен иммобилизденуі ең қарапайым әдістердің бірі болып табылады. Физикалық жолмен клеткаларды иммобилиздеу үшін сорбент ретінде қарапайым табиғи заттарды пайдалануға болады. Мысалы арнаулы химиялық өңдеуден өткен өндіріс қалдықтарын пайдалану экономикалық жағынан тиімді. Соның ішінде шарап өндірісі қалдықтарын (жүзім, өрік дәнектерінің қабығы) пайдалану тиімді /9/.
Металдардың гидроксидтерінде хемосорбциялық жолмен иммобилиздеу әдісі клетка суспензиясының буфер ерітіндісінде белгілі мөлшердегі рН пен және жаңа дайындалған гидроксид гельмен бірнеше минут центрифугалау арқылы алуға негізделген.
Иммобилиздеудің бұл әдісі клетканың тасымалдағыштың жоғарғы бетіне бекінуін қамтамасыз етеді. Химиялық активті тасымалдағыштарды пайдалану арқылы микроб клеткаларын иммобилиздейді. Осы аталған әдіспен төмендегі микроб клеткалары иммобилизденді: Escherichia coli, Serratia marcescens, Lactobacillus s., Acetobacter sp., Saccharomyces cerevisiae т.б.
Микроорганизмдердің иммобилизденген клеткаларын пайдалану, биотехнологияда жаңа бағыттарды ашады. Биотехнологияда микроорганизмдер немесе олардың метаболиттері сульфидті минералдардың тотығуын жүзеге асырады. Көптеген жағдайда иммобилизденген микроорганизм клеткаларын рудалардың жоғарғы бөлігінде, минералды аймақтарда тау- кендерінде биопленкалар түрінде пайдаланады.
Металдарды шаймалдауда сульфидті және аралас рудалар, пирометаллургиялық өндіріс қалдықтарынан көмірден күкіртті жою үшін Thiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans қолданылады. Алтынды шаймалдауда микроорганизмдер (саңырауқұлақтар, бактериялар, ашытқылар) және олардың метаболиттерін силикатты және карбонатты рудалардан химиялық элементтерді жою үшін пайдаланады.
Қазіргі таңда бактериалды шаймалдау биогидрометаллургия немесе биоэкстрактивті металлургияда өндірістік масштабта қолданылады.
Көмірден күкіртті бөлу процесінде Thiobacillus ferrooxidans бактериялармен алдын ала өңдеу күкірттің белгілі мөлшерде күкірт қышқылына дейін тотығуына алып келеді.
Сонымен қатар гельдерде клеткалардың иммобилизациясы олардың тіршілік ету барысында жағымсыз әсер беруі мүмкін. Қалдық суларды биологиялық тазалауда қолданылатын процестердің ішінде перспективті бағыттардың бірі, биосорбционды әдіс болып табылады. Биосорбционды әдіс су тоғандарға ұнтақ тәріздес немесе түйіршіктелген активті көмірді аэрация зонасына қосу арқылы жүргізіледі. Қосылған материал екі түрлі қызмет атқарады. Біріншіден иммобилизденген микроорганизмді тасымалдау қызметін атқарады. Екіншіден үлкен сорбционды көлеміне қарай токсикалық субстраттардың жылдам сорбциялануы жүзеге асады. Иммобилиздеуде активті көмірді пайдалану ХПК (оттегіні химиялық пайдалану) бойынша органикалық заттардың құрамы 14790мг/л ден 280мг/л дейін азайғаны анықталған /10/.
Иммобилизденген клетканы пайдаланудың маңыздылығы олардың сыртқы факторға төзімділігімен сипатталады. Сонымен қатар иммобилизденген клеткалар су құрамындағы органикалық заттардың тотығу-тотықсыздануын жылдам қамтамассыз етіп нәтижесінде суды биологиялық жолмен өңдеуде уақытты үнемдейді.
Жер үсті суларының күміспен ластануы жер асты сулары және рудниктердің қалдық суларынан болып отыр. Күмстің көп мөлшерде болуы бактериоцидті және альгицидті препараттардың көп мөлшерде болуына....