Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 2 - Д. Мецлер 1980

Ферменты: белковые катализаторы клеток
Скорость роста клеток

Как описать скорость роста клеток? Рассмотрим культуру бактерий, находящуюся в логарифмической фазе роста. Каждая клетка культуры делится спустя определенный промежуток времени (время генерации), который в отдельных случаях, например у Е. coli, составляет всего 20 мин¹⁾. Если данный объем культуры содержит в начальный момент времени N₀ бактерий, то по прошествии n клеточных делений число бактерий составит    

N_n = 2nN₀.       (6-59)

¹⁾ На ранних стадиях роста время генерации может составлять всего 17 мин, однако затем рост замедляется Среднее время Генерации для Е. coli при 37 °С составляет обычно около 26 мин, а для клеток культур тканей млекопитающих — около 1 сут.

Таким образом, единственная бактерия со временем генерации 20 мин через 48 ч роста в экспоненциальной фазе может продуцировать 2¹⁴⁴ клеток.

Константа скорости k для экспоненциального роста равна числу удвоений, происходящих в единицу времени, т. е. k — это величина, обратная времени генерации. Легко показать, что число бактерий в момент времени t составляет

N_t = 2^ktN₀.       (6-60)

Отсюда следует, что

k_t = log₂ (N_t/N₀) = lg (N_t/N₀)/0,301.       (6-61)

С помощью этого уравнения можно найти величину k; для этого необходимо измерить число бактерий в начальный момент времени и в момент времени t.

Рост культуры бактерий можно описать и иначе. Скорость роста числа бактерий равна произведению константы скорости роста μ на текущее число бактерий:

dN/d_t = μN.       (6-62)

Это есть общее уравнение автокаталитической реакции, в котором N можно заменить на концентрацию (например, на суммарное количество клеточного материала в 1 л среды). Из уравнений (6-61) и (6-62) следует, что

μ = k ln 2 = 0,696.       (6-63)

При переносе бактерии на новую среду экспоненциальному росту обычно предшествует лаг-период. Со временем экспоненциальный рост прекращается, и культура переходит в стационарную фазу. За ней обычно следует относительно быстрая гибель клеток.

Часто культуру клеток выращивают в условиях, когда время генерации поддерживается постоянным, однако плотность клеток в среде не возрастает. Для этих целей создано простое устройство, названное хемостатом. Среда в сосуде с культурой, содержащая определенное число бактерий, непрерывно перемешивается. В этот сосуд из специального резервуара все время поступает свежая культуральная среда, а часть содержимого сосуда вместе с суспендированными бактериями непрерывно выводится в другой сосуд. Численность популяции бактерий в сосуде достигает постоянного уровня, который может поддерживаться относительно долго.