Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Հիդրոգենազային ակտիվությունը և H₂-ի արտադրության առանձնահատկությունները escherichia coli-ում գլիցերոլի խմորման ընթացքում

Թռչունյան, Կարեն Արմենի (2013) Հիդրոգենազային ակտիվությունը և H₂-ի արտադրության առանձնահատկությունները escherichia coli-ում գլիցերոլի խմորման ընթացքում. PhD thesis, ԵՊՀ.

[img]
Preview
PDF (Abstract)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (793Kb) | Preview

    Abstract

    Molecular hydrogen (H2) as a renewable and alternative energy source has high impact of interest because from its burning ~142 kJ/g energy is released. Moreover, H2 is 100% ecologically clean renewable energy source. Application of H2 in everyday human life and industry is getting more and more. Meanwhile, research and industry are trying to find cheap sources for producing H2 to apply it in different industrial technologies. H2 can be produced by different ways, one of which is chemical – from water or carbohydrates electrolysis or by heating. But the chemical way of producing H2 is economically inefficient. Therefore, H2 production from bacteria fermenting certain (glucose, glycerol, formate) substrates is in demand. H2 is produced by bacteria during mixed-acid fermentation or during photo-fermentation. This process is catalyzed by special membrane-associated enzymes named hydrogenases (Hyd) catalyzing reversible oxidation of H2: H2 → 2H+ + 2e-. Hyd have been determined in many prokaryotes and some eukaryotes and play important role in anaerobic metabolism (Adams and Stiefel, 1998; Frey, 2002). Escherichia coli has four Hyd enzymes (Sawers, 1994; Bagramyan and Trchounian, 2003; Poladyan and Trchounian, 2009; Kim and Kim, 2011; Trchounian et al., 2012b). It is suggested that dependent on environmental conditions two of them operate in producing- and the other two- in oxidizing- mode. Such working mode for Hyd is indicative to form new H2 cycling. But the biosynthesis, genetic regulation, activity and working mechanisms of these enzymes are not clear yet. Revealing the regulation of enzyme activity and biosynthesis, it might be possible to apply Hyd in H2 production biotechnology. Certain bacteria ferment sugars and produce lactate, acetate succinate, other organic acids, ethanol, CO2 and H2. This process is well known and in different environmental conditions it has been shown which Hyd is responsible for H2 production and these have stimulated for constructing via metabolic and genetic engineering special E. coli strain with high H2 production yield (Maeda et al., 2008; Hu and Wood, 2010).Հանգուցային բառեր` Escherichia coli, հիդրոգենազներ (Հիդ), հիդրոգենազային ակտիվություն, պրոտոնային F0F1-ԱԵՖազ, մոլեկուլային ջրածնի (H2) արտադրություն, գլիցեր՚ոլի խմորում, ածխածնի աղբյուրների խառը խմորում, pH Այս աշխատանքը նվիրված է E. coli-ում միջավայրի pH-ի տարբեր արժեքներում գլիցերոլի խմորման ընթացքում Հիդ-ային ակտիվության և H2-ի արտադրության ուսումնասիրմանը։ Նշված հիմնախնդիրների լուծման համար ստացվել և օգտագործվել են Հիդ-ները, ինչպես նաև F0F1-ԱԵՖազը որոշող գեներում խանգարումներով տարբեր մուտանտներ։ Ուսումնասիրվել է նաև, թե ինչպես են ազդում տարբեր արգելակիչներն ու օսմոսային սթրեսը H2-ի արտադրության գործընթացի վրա, որոշվել է պրոտոնաշարժ ուժը և ուսումնասիրվել H2-ի արտադրության կապը F0F1-ԱԵՖազի հետ։ Կատարվել է, գլիցերոլի խմորման ընթացքում ստացված արդյունքների, համեմատական վերլուծություն գլյուկոզի, ինչպես նաև ածխածնի խառր աղբյուրների (գլիցերոլի և գլուկոզի) խմորման հետ։ Այս խնդիրների լուծման նպատակով օգտագործվել են Հիդ-ային ակտիվության որոշման կենսաքիմիական, H2-ի արտադրության և բջջի թաղանթում պրոտոնաշարժ ուժի որոշման մանրէաբանական և կենսաէլեկտրաքիմիական մեթոդներ։բյուրի օգտագործման ընդլայնման համար։ Ключевые слова: Escherichia coli, гидрогеназы (Гид), гидрогензная активность, протонная F0F1-АТФаза, производство молекулярного водорода (H2), брожение глицерина, смешанное брожение источников углерода, pH Эта работа посвящена исследованию Гид-ной активности и производства H2 у E. coli при сбраживании глицерина при различных pH. Для решения этих основных задач получены и использованы различные мутанты с дефектами в генах, кодирующих Гид-ы, а также протонную F0F1-АТФазу. Также изучены эффекты разных ингибиторов и осмотического стресса на производство H2, определена протонодвижущая сила и связь производства H2 с F0F1-АТФазой. Был проведен сравнителный анализ с брожением глюкозы, а также со сбраживанием смешанных источников углерола (глицерина и глюкозы). Для решения этих задач использовали биохимические методы определения Гид-ной активности, микробиолгические и биоэлектрохимические методы определения производства H2. В результате исследований было показано, какие Гид-ы ответственны за производство H2 при брожении глицерина (10 мл/л) в слабощелочной среде (pH 7,5). Выяснено, что за производство H2 ответственны Гид-2 и частично Гид-1. Те Гид-ы, которые были ответственны за производство H2 при брожении глюкозы, в условиях сбраживания глицерина действуют как окислители H2, то есть работают в обратном направлении.

    Item Type: Thesis (PhD)
    Additional Information: Հիդրոգենազային ակտիվությունը և H₂-ի արտադրության առանձնահատկությունները Escherichia coli-ում գլիցերոլի խմորման ընթացքում:
    Uncontrolled Keywords: Թռչունյան Կարեն Արմենի, Трчунян Карен Арменович
    Subjects: Physics
    Divisions: UNSPECIFIED
    Depositing User: NLA Circ. Dpt.
    Date Deposited: 16 Mar 2017 11:05
    Last Modified: 20 Mar 2017 10:51
    URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/4299

    Actions (login required)

    View Item