7. 교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. 환경공학과 20041469 임건섭.

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1 7. 교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라.
환경공학과 임건섭

2 위의 그림과 같이 세포 배양시 비성장 속도와 기질 농도 간의 관계는 종종 포화 현상을 갖는 형태를 취하게 된다
위의 그림과 같이 세포 배양시 비성장 속도와 기질 농도 간의 관계는 종종 포화 현상을 갖는 형태를 취하게 된다. 이 때 단 하나의 화학물질 S가 생장을 제한하는 것으로 사정할 때(즉, S의 증가는 생장 속도에 영향을 미치는 반면 다른 영양소들의 농도 변화는 영향을 미치지 않는다.) 이 반응과정은 효소반응 과정과 비슷하다. 세포를 다루는 시스템에 적용될 경우 이 반응과정은 Monod 식으로 설명될 수 있다. μg = μmS / Ks + S

3 여기서 μm은 S>Ks일 때의 최대 생장 속도이다. 내인성 대사가 무시할 만한 경우 μnet = μg이다
여기서 μm은 S>Ks일 때의 최대 생장 속도이다. 내인성 대사가 무시할 만한 경우 μnet = μg이다. 상수 Ks는 포화 상수 또는 반속도 상수로 알려져 있으며 비성장 속도가 최대값의 반이 될 때의 제한 기질의 농도와 같다. Monod 식은 반 실험적이다. 이는 Michaelis-Menten 반응과정을 따르는 하나의 효소 시스템이 S의 섭취에 관여하고 해당 효소의 양 또는 활성이 생장을 제한할 정도로 충분히 낮다는 전제 조건으로부터 유도된다. Monod 식은 생장이 느리고 세포 농도가 낮은 경우에 국한하여 기질 제한 생장 현상을 설명한다. 이러한 경우 환경 조건들은 단순히 S와 연관될 수 있다.

4 기질 제한 생장기를 설명하기 위해 다른 식들도 제안되었다
기질 제한 생장기를 설명하기 위해 다른 식들도 제안되었다. μ-S 곡선의 모양에 따라 이 식들 중의 하나가 다른 것들 보다 더 적합한 것으로 나타날 수 있다. 다음의 식들이 Monod 식의 대안이다. Blackman 식 : μg = μm, if S ≥ 2Ks μg = μm / 2Ks * S, if S < 2Ks . Tessier 식 : μg = μm(1-e-KS) . Moser 식 : μg = μmSn / Ks + Sn = μm(1 + KsS-n)-1 Contois 식 : μg = μmS / KsxX + S

5 이들 식 중 Moser 식이 가장 일반적인 형태이며 n = 1 일 때 Monod 식과 똑같다
이들 식 중 Moser 식이 가장 일반적인 형태이며 n = 1 일 때 Monod 식과 똑같다. 한 개 이상의 기질이 잠재적 으로 생장을 제한할 경우에 사용할 올바른 속도식은, 앞 으로 해결해야 할 의문사항이다. 그러나 대부분의 경우 상호작용이 없다는 접근 방식이 가장 잘 맞는다. 교반조 건에 관해서는 G라는 수치가 잘 사용되는데 다음식으로 표시된다. 배양기내의 영양물질 고갈에 따라 세포증가율 은 감소되는데 첫째로 고갈되는 영양물질, 즉 제한기질과 μ와의 관계를 Michaelis-Meten식을 이용하여 Monod는 아래와 같은 실험식으로 표시하였다. μ = μmax · S/(Ks + S) μmax : 세포의 비증가율 최대치(1/hr) S : 제한기질의 농도(g/L) Ks : μ = 0.5μmax일때의 S 또는 제한기질 포화농도(g/L)