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红豆杉细胞悬浮培养结构化数学模型的建立简介

时间:2019-09-18 16:08来源:本站 作者:admin 点击:

   红豆杉细胞悬浮培养结构化数学模型的建立

  由于植物细胞是个复杂的体系,细胞内部存在正反馈和负反馈调控机制,细胞的各个亚体系之间也存在复杂的相互影响、相互偶联关系,培养过程中又有相当的遗传和生理的不稳定性,因此虽然目前研究的植物种类很多,但缺乏统一的规律。除了几种典型植物如长春花、紫草、胡萝卜等少数几种植物细胞有较系统的动力学研究外,大多数植物细胞培养过程的研究都不够深人,难以进行培养规模的成功放大。并且植物细胞不同种类的次生代谢调控、调节机制不同,难以建立统一的动力学模型。
  为了实现红豆杉细胞大规模培养生产紫杉醇,我们在采用气升式反应器和机械搅拌式反应器对红豆杉细胞大规模培养进行了系统研究基础上,进行了构建红豆杉细胞悬浮培养数学模型的探索。
  为了能准确、合理地描述红豆杉悬浮细胞培养过程,在构建动力学模型时,必须选择最适合于描述植物生理状态的各种参数。红豆杉细胞悬浮培养过程是十分复杂的,其中既包括有细胞内的各种生化反应,胞内与胞外的物质交换,又包括有胞外的物质交换与生化反应。对这样的体系进行全面的、精确的描述是不可能的。因此根据红豆杉细胞动力学曲线分析,我们将各组成部分之间的转化过程进行了简化和假设:
  (1)培养系统中只考虑5个变量:存活细胞干重、非存活细胞干重、细胞鲜重、限制性底物浓度、产物浓度;
  (2)由于鲜重远远大于干重,鲜重中的干重含量被忽略不计。在这个假设基础上,认为干重为细胞壁与细胞质的重量,鲜重为液泡重世;
  (3)细胞生长经历正常生长、膨胀、裂解三阶段。存活细胞消耗底物,可以产生新的存活细胞,或向非存活细胞转变;
  (4)非存活细胞由存活细胞转变而来,经裂解而消失;
  (5)存活细胞干重因维持细胞生命而减少的速率与非存活细胞干重因裂解而减少的速率相同,干重衰亡常数均为kd;
  (6)鲜重因细胞生长和膨胀而增长,因细胞的破碎而减少;
  (7)以糖源为限制性基质,限制性基质以恒定的得率转化为细胞干重,鲜重的增加与产物的合成不消耗底物;
  (8)产物为紫杉醇,只有存活细胞合成产物,产物的合成与细胞生长不相关,产物被贮存于细胞内,细胞死亡后流失到基质中被分解。
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