Terjemahan Jurnal

Microbial Growth and Substrate Utilization Kinetics

Pertumbuhan Mikroba dan Pemanfaatan

Substrat Kinetik

Pertumbuhan Kinetik Mikrobial

Hubungan antara laju pertumbuhan secara spesifik (μ) dari populasi mikroorganisme dan

konsentrasi substrat (S) merupakan hal yang berharga di bidang bioteknologi. Hubungan ini

ditunjukkan oleh serangkaian hukum tingkat empiris yang diturunkan sebagai model teoritis. Model

ini tidak lain untuk menggambarkan secara matematis yang dihasilkan untuk mendiskripsikan

perilaku sistem yang diberikan.

Model klasik, yang telah diterapkan untuk pertumbuhan populasi mikroba, termasuk

Verhulst, dan fungsi Gompertz (Verhulst, 1845, 1847, Gompertz, 1825). Fungsi Gompertz awalnya

diformulasikan untuk ilmu aktuaria data kematian manusia tetapi juga diterapkan untuk

deterministik pertumbuhan orugan (Causton, 1977). Fungsi Gompertz didasarkan pada hubungan

eksponensial antara tingkat pertumbuhan tertentu dan kepadatan penduduk. Persamaan 1

merupakan salah satu dari parameternya :

N(t)=Cexp {Expt[-B(t-M)]}.............. (1)

Dimana

T = waktu

N(t)= kerapatan populasi terhadap waktu

C = Nilai asimtotic atas,ini merupakan kepadatan populasi maximum

M = Waktu dimana pertumbuhunan absolut secara maksimum

B = Tingkat pertumbuhan relatif terhadap waktu M

Gibson et al(1987) memodifikasi hukum fungsi Gompertz yang diaplikasikan dapat

diterapkan dengan deskripsi densitas sel terhadap waktu dalam kurva pertumbuhan bakteri

dalam hal tingkat pertumbuhan eksponensial dan durasi fase lag (persamaan 2)

LogN(t)=A+Dexp{-Expt[-B(t-M)]}..............(2)

Dimana

N(t) = kerapatan populasi terhadap waktu

A = Nilai bawah asimtotic (Log N(- ∞))

D = Selisih nilai atas dan nilai bawah pada asimotic (Log N(-∞) - Log N(- ∞))

M = Waktu pertumbuhan maksimal

Ide kinetika pertumbuhan mikroba telah didominasi oleh model empiris (persamaan

3) awalnya diusulkan oleh Monod (1942). Model Monod memperkenalkan konsep

pertumbuhan yang membatasi substrat.

Dimana μ = laju pertumbuhan spesifik, μ = Kecepatan maksimum pertumbuhan spesifik, S =

konsentrasi substrat, Kmax= Konstanta saturasi substrat (yaitu konsentrasi substrat di

setengah μ max)

Dalam model Monod, tingkat pertumbuhan ini terkait dengan konsentrasi substrat

pertumbuhan tunggal yang dibatasi parameter μ max dan Ks. Selain itu, Monod juga

mengaitkan koefisien yield (Ys) (Persamaan 4) dengan tingkat tertentu pertumbuhan

biomassa (μ) dan spesifiktingkat pemanfaatan substrat (q) (persamaan 5).

Derivatif dari model kinetik Monod

Pada tahun 1912, Penfold dan Norris pertama kali mengusulkan prinsip kinetik untuk

pertumbuhan mikroba. Mereka menyatakan bahwa hubungan antara μ dan S paling tepat

digambarkan oleh "kejenuhan" jenis kurva dimana pada konsentrasi tinggi substrat,organisme

tumbuh pada kecepatan maksimum (μ ) Independen dari konsentrasi substrat (Penfold, dan

Norris, 1912). Model Monod memenuhi persyaratan ini, tetapi telah dikritik terutama karena

derivasi dari μ dengan konsentrasi substrat yang rendah (Powell, 1967; Kovárová-Kovar dan

Egli, 1998).

Karena keterbatasan model Monod, sejumlah terstruktur dan tidak terstruktur ekspresi kinetik

diajukan untuk menggambarkan karakteristik kurva hiperbolik pertumbuhan mikroba.

Namun, pengembangan model terstruktur telah mengalami kemunduran serius karena

kompleksitas pertumbuhan sel. Dengan demikian, model pertumbuhan yang paling diusulkan

yang tidak terstruktur. Ada tiga pendekatan yang digunakan untuk mengembangkan

persamaan kinetika pertumbuhan sel dalam suspensi:

1. Mendeskripsikan pengaruh fisikokimia faktor parameter pertumbuhan Monod

(Gibson et al, 1987;. Ratkowsky et al, 1983;.. Kovárová et al, 1996).

2. Pencantuman konstanta tambahan ke dalam model Monod asli untuk mengoreksi atau

substrat inhibisi produk, difusi substrat, pemeliharaan atau efek densitas sel pada μ

(Andrews, 1968; Boethling dan Alexander, 1979; Rittmann dan McCarty, 1980;

Schmidt dkk, 1985;. Tros dkk, 1996;. Contois, 1959; Dabes dkk, 1973;. Heijnen dan

Romein, 1995; Mulchandani dan Luong, 1989; Pitt 1975;. Shehata, dan Marr, 1971;

Simkins, dan Alexander, 1985).

3. Pengusulan teori kinetik yang berbeda, yang mengakibatkan hasil kedua empiris

(Heijnen dan Romein, 1995; Tan et al, 1994;.. Westerhoff et al, 1982) dan model

mekanistik (Kooijman et al, 1991;. Nielsen dan Villadsen, 1992) .

Seperti kinetika Monod, fungsi Gompertz juga telah dimodifikasi untuk menghasilkan

model yang menggambarkan pengaruh faktor intrinsik seperti suhu dan ketersediaan oksigen

pada parameter pertumbuhan mikroba. Studi telah dilakukan pada efek gabungan dari

beberapa faktor pengendali terhadap pertumbuhan bakteri misalnya pada makalah yang

disusun oleh Sutherland et al. (1994), McMeekin et al. (1987),Wijtzes et al. (1992,1995) dan

Adams et al.(1991). Model ini sebagian besar digunakan untuk memprediksi perubahan

dalam kualitas makanan dari waktu ke waktu.

BIODEGRADASI KINETIK

Hipotesis dasar kinetika biodegradasi adalah substrat yang digunakan melalui Reaksi

katalis hanya dilakukan oleh organisme dengan enzim yang diperlukan. Oleh karena itu,

tingkat degradasi substrat umumnya sebanding dengan konsentrasi katalis (konsentrasi

organisme mampu mendegradasi substrat) dan tergantung pada karakteristik konsentrasi

substrat kejenuhan kinetika (misalnya Michaelis-Menten dan Monod kinetika). Saturasi

kinetika menunjukkan bahwa pada konsentrasi substrat yang rendah (relatif terhadap paruh-

konstanta jenuh), nilai kurang lebih sebanding dengan konsentrasi substrat (urutan pertama

dalam konsentrasi substrat), sementara pada konsentrasi substrat yang tinggi, nilai tergantung

pada konsentrasi substrat (zeroorder konsentrasi substrat). Dalam kasus substrat yang

berkontribusi terhadap pertumbuhan organisme, tingkat degradasi substrat terkait dengan

tingkat pertumbuhan (yaitu konsentrasi meningkat biomassa dengan substrat penipisan).

Analisis matematis dari sistem terkait pertumbuhan tersebut lebih kompleks daripada situasi

di mana pertumbuhan dapat diabaikan. Ada beberapa situasi di mana tidak mungkin untuk

mengukur konsentrasi organisme substrat dalam komunitas mikroba heterogen. Namun,

tingkat deplesi substrat dapat diukur. Ada juga situasi di mana konsentrasi organisme pada

dasarnya tetap konstan bahkan sebagai substrat yang terdegradasi (yaitu tidak ada situasi

pertumbuhan). Mengingat berbagai fitur kinetika biodegradasi, model yang berbeda termasuk

orde pertama, orde nol, logistik, Monod (dengan dan tanpa pertumbuhan), dan Model

logaritma dapat digunakan untuk menggambarkan biodegradasi.

Biodegradasi kinetika digunakan untuk memprediksi konsentrasi zat-zat kimia yang

tersisa pada saat tertentu selama ex situ dan in situ proses bioremediasi. Dalam kebanyakan

kasus, informasi didasarkan pada hilangnya molekul induk ditargetkan dalam proses.

Kepentingan utama yang sering adalah penurunan konsentrasi toksisitas. Namun demikian,

memerlukan pengukuran toksisitas bioassay, yang selalu sangat sulit dan membosankan. Oleh

karena itu, keberhasilan biodegradasi didasarkan pada pengukuran kimia, misalnya hilangnya

molekul induk, Okpokwasili dan Nkweke 307 penampilan produk mineralisasi atau

hilangnya senyawa lain yang digunakan stoikiometri selama biodegradasi senyawa, misalnya,

akseptor elektron. Ada beberapa skenario dimana senyawa dapat berubah biologis. Ini

termasuk ketika senyawa berfungsi sebagai:

(1) Karbon dan sumber energi

(2) Elektron akseptor

(3) Sumber komponen sel lain.

Skenario lainnya adalah transformasi senyawa oleh sel yang tidak tumbuh (senyawa

tidak mendukung pertumbuhan) dan transformasi senyawa oleh cometabolism,yaitu;

transformasi senyawa oleh sel yang tumbuh pada substrat lainnya. Kasus yang paling

sederhana adalah di mana senyawa berfungsi sebagai sumber karbon dan energi untuk

pertumbuhan spesies bakteri tunggal. Senyawa ini dianggap larut dalam air, tidak beracun

pada substrat lainnya atau faktor pertumbuhan yang membatasi.Dalam hal proses terbatas

substrat tunggal, persamaan Monod (persamaan 3 dan 6) yang sering digunakan untuk

menggambarkan pertumbuhan mikroba dan proses biodegradasi.

di mana μ = laju pertumbuhan spesifik (1/X.dX/dt), q = spesifik substrat

pemanfaatan / removal rate (1 / X .dS / dt), dan μ = YQ, dengan Y = hasil pertumbuhan sejati

[massa biomas (X) disintesis per unit substrat (S) dimanfaatkan atau dihapus], S = berair

konsentrasi fase senyawa, K = Afinitas konstan atau setengah konstan untuk senyawa jenuh

(artinya konsentrasi senyawa ketika μ atau q maksimum). Persamaan hiperbolik yang

diusulkan oleh Monod dimodifikasi oleh Lawrence dan McCarty (1970) untuk

menggambarkan efek dari konsentrasi substrat (S) pada tingkat di mana konsentrasi mikroba

diberikan (X) menghapus target substrat (-dS/dt) (Persamaan 7). Atau, persamaan Monod

dapat ditulis dalam hal pertumbuhan mikroba dengan memasukkan koefisien hasil bersih (Y)

(persamaan 8).

 

Persamaan Monod telah sering disederhanakan untuk persamaan, yang baik nol atau

orde konsentrasi substrat dan kinetika, telah banyak digunakan untuk menggambarkan

biodegradasi kontaminasi organik dalam sistem akuifer (Alvarez et al, 1991, 1994;. Borden

dan Bedient, 1986, Chen et al, 1992;. Widdowson et al, 1988).Fleksibilitas dari persamaan

Monod dikaitkan dengan kemampuannya untuk menggambarkan tingkat biodegradasi yang

mengikuti nol-ke kinetika orde pertama sehubungan dengan konsentrasi substrat sasaran.

Lebih dari itu, Model Monod menggambarkan ketergantungan tingkat biodegradasi pada

konsentrasi biomassa.

Substrat Penghambat pada Biodegradasi

Model monod akan tidak memuaskan jika substarat menghambat

biodegradasi . Dalam hal ini,turunan Monod yang memberikan koreksi untuk penghambatan

substrat (dengan memasukkan konstanta K penghambatan) dapat digunakan untuk

menggambarkan kinetika biodegradasi pertumbuhan-linked.Di antara model inhibisi substrat,

persamaan Andrew (persamaan 9 dan 10) yang paling banyak digunakan (Sokol, 1986; Tang

dan Fan, 1987;. Grady et al, 1999). Ini juga merupakan representasi yang baik dari data

eksperimen set diperiksa dalam studi Goudar et al. (2000). 

Pada tipe model Monod secara umum (persamaan 11) awalnya diusulkan oleh Han

dan Levenspiel (1988) yang telah digunakan untuk menghitung pengaruh substrat pada

konsentrasi rendah dan penghambatan substrat pada konsentrasi tinggi. 

Dimana

μ = tingkat konsumsi substrat tertentu pada sel, 

q max = maksimum laju konstan konsumsi

S= konsentrasi substrat,

K s  = Konstanta Monod,

Sm = Konsentrasi inhibitor kritis atas yang reaksi berhenti,

N dan m adalah konstanta

Informasi yang tersedia pada penghambatan substrat biodegradasi sebagian besar

menggambarkan degradasi mikroba fenol. Jadi dalam review ini, penghambatan substrat

biodegradasi dibahas dengan referensi khusus untuk fenol.Hambat sifat fenol pada

konsentrasi tinggi terkenal, dan kinetika pertumbuhan mikroba kultur murni dan campuran

pada fenol telah diuraikan oleh berbagai model penghambat substrat (Livingstone dan Chase,

1989; Pawlowsky dan Howell, 1973; Seker dkk .., 1997; dan Humphrey, 1975) . Namun,

mereka mampu memberikan gambaran yang memuaskan pada data biodegradasi fenol,

sehingga memberikan cara mudah untuk pemodelan biodegradasi fenol. Rozich et al. (1985)

meneliti 113 kurva mikroba dan melaporkan bahwa ada 5 model yang berbeda, Andrew yang

memberikan gambaran terbaik dari data yang diamati. Namun, keunggulan persamaan

Andrew bukan merupakan fitur konsisten dalam literatur.Pawlowsky dan Howell (1973) dia

mengamati perbedaan signifikan secara statistik antara 5 model penghambatan. Humphrey

(1975) melakukan observasi yang serupa dengan persamaan Andrew dan 2 model lain dalam

menggambarkan degradasi fenol oleh Pseudomonas putida dan Trichosporon

cutaneum. Sebuah turunan dari dua parameter persamaan.Pernyataan Andrew menjadi

representasi yang lebih baik dari data eksperimen yang diperoleh dari kultur campuran

biodegradasi fenol. Ketika model penghambat substrat yang berbeda digunakan untuk

menggambarkan data eksperimen, menjadi sulit untuk dibandingkan parameter kinetik studi

yang berbeda.Hal ini mempersulit penerapan laboratorium informasi kinetik dalam desain

sistem pengolahan biologis untuk limbah penghambatan. Dalam studi Goudar et al. (2000),

secara teoritis untuk pemilihan substrat Model penghambat (inhibisi) yang tepat (untuk

memecahkan masalah ini dibahas. Dalam hal ini, model inhibisi substrat umum (GSIM) dari

Tan et al.(1996), digunakan untuk menggambarkan inhibisi substrat pertumbuhan mikroba

menggunakan termodinamika statistik.

ESTIMASI MODEL PARAMETER KINETIK

Persamaan kinetik, yang menggambarkan aktivitas enzim atau mikroorganisme pada

substrat tertentu, sangat penting dalam memahami banyak fenomena dalam proses

bioteknologi. Data eksperimen kuantitatif diperlukan untuk desain dan optimalisasi proses

transformasi biologis. Berbagai model matematika telah diusulkan untuk menjelaskan

dinamika senyawa metabolism mengenai kultur murni microorgainsms atau populasi mikroba

lingkungan alam. Persamaan Monod telah banyak digunakan untuk menggambarkan

pemanfaatan substrat pertumbuhan terkait (Corman dan Pave, 1983; Naziruddin et al, 1995;..

Smith et al, 1997, Robinson dan Tiedje, 1983). Karakterisasi enzim atau mikroba-substrat 

berinteraksi melibatkan estimasi beberapa parameter dalam model kinetik dari data

eksperimen. Dalam rangka untuk menggambarkan perilaku yang benar dari sistem penting

untuk mendapatkan perkiraan akurat dari parameter kinetik dalam model ini. 

Kedua bentuk derivatif dan terintegrasi persamaan diturunkan untuk reaksi enzimatik telah

digunakan untuk memperkirakan parameter kinetik proses mikrobiologis.Perkiraan kinetik

parameter V  telah dihitung oleh data pas baik terintegrasi (Robinson dan Characklis, 1984;

Betlach dan Tiedje, 1981; Counotte dan Prins, 1979; Gouder dan Delvin, 2001; Duggleby dan

Morrison, 1977; Robinson dan Tiedje, 1982; Strayer dan Tiedje, 1978; Suflita et al, 1983)

atau turunan (Betlach et al, 1981;.. Robinson dan Tiedje, 1982; Strayer dan Tiedje, 1978)

bentuk Michaelis-Menten dan persamaan Monod.Pendekatan yang berbeda telah diusulkan

untuk memperkirakan parameter kinetik, tetapi analisis kurva kemajuan adalah yang paling

populer karena deplesi substrat atau data pembentukan produk dari percobaan tunggal yang

cukup untuk estimasi parameter (Duggleby dan Wood, 1989; Zimmerle dan Frieden,

1989). Dalam pendekatan ini, deplesi substrat atau formasi-waktu produk saja digunakan

dalam bentuk terpadu model kinetik untuk estimasi parameter. Beberapa persamaan ini

diferensial dan integral dapat ditemukan dalam karya-karya dari Gouder dan Delvin (2000),

Schmidt et al.(1985) dan Simkins dan Alexander (1984). Estimasi parameter kinetik yang

diperoleh dari beberapa studi biodegradasi ditunjukkan pada Tabel 1 dan 2.

Penting untuk dicatat bahwa model kinetik dan bentuk terpadu mereka nonlinier. Hal

ini membuat estimasi parameter relatif sulit. Namun, sebagian dari model ini dapat

linierisasi. Berbagai bentuk linierisasi dari ekspresi terpadu telah digunakan untuk estimasi

parameter (Robinson, 1985). Namun, penggunaan ekspresi linierisasi terbatas karena

mengubah kesalahan yang terkait dengan variabel dependen sehingga tidak terdistribusi

secara normal, estimasi parameter sehingga tidak akurat. Oleh karena itu, nonlinier kuadrat-

regresi sering digunakan untuk memperkirakan parameter kinetik dari ekspresi

nonlinier. Namun, penerapan nonlinier kuadrat-regresi untuk bentuk terintegrasi dari ekspresi

kinetik rumit. Masalah ini dan solusi yang dibahas oleh Goudar dan Delvin (2001). Parameter

memperkirakan didapat dari ekspresi kinetik linearized dapat digunakan sebagai perkiraan

awal dalam berulang nonlinier kuadrat-regresi menggunakan metode Levenberg-Marquardt

(Marquardt,1963). 

Parameter kinetik dari persamaan Andrew parameter (μ ,Q max ,Ks atau K ) Dapat

diperkirakan dengan penerapan bentuk tereduksi dari model inhibisi substrat umum

(Glim),dikurangi menjadi bentuk persamaan Andrews. Ekspresi linierisasi dari Model ini

digunakan untuk mendapatkan estimasi parameter awal untuk digunakan dalam nonlinear 

i  dan Km max Okpokwasili dan Nkweke. 309 regresi (untuk detail lihat kertas Goudar et al.,

2000).

Multiple Substrat Pengontrol Biodegradasi :Interaksi Substrat

Air limbah yang berasal dari sumber industri dan kota ditandai dengan ditemukannya

campuran bahan kimia.Campuran Polutan mungkin hanya berisi bahan kimia organik atau

bahan anorganik seperti logam berat. Kontaminasi pada lingkungan alami terjadi karena

campuran polutan hal ini merupakan masalah penting. Dalam biodegradasi atau bioremediasi

investigasi dan proyek, penting untuk memahami dan untuk model kimia

tertentu.Pengembangan strategi pengobatan untuk kontaminasi tanah atau air memerlukan

pertimbangan interaksi di antara substrat untuk mengontrol konsentrasi pencemar individu

untuk memenuhi standar peraturan. Substrat parameter kinetik tunggal saja tidak dapat

menggambarkan fenomena yang diamati degradasi dengan campuran. Oleh karena itu

penting untuk memprediksi kinetika biodegradasi campuran polutan dalam sistem tertentu. 

Penghapusan salah satu komponen dapat dihambat oleh komponen lain dalam

campuran dan kondisi yang berbeda mungkin diperlukan untuk mendegradasi senyawa yang

berbeda dalam campuran. Pola biodegradasi senyawa sebagai bahan campuran polutan dan

sebagai komponen tunggal telah terbukti menjadi berbeda (Alvarez dan Vogel, 1991; Arvin

et al, 1989;. Reardon et al, 2000;.. Smith et al, 1991). Interaksi yang kuat antara komponen-

komponen dari campuran polutan telah dilaporkan (Egli, 1995;? KLE ka dan Maier, 1988;

Meyer et al, 1984;. Saez dan Rittmann, 1993). Dalam kasus homolog campuran (campuran

substrat yang melayani tujuan yang sama) karbon dan energi substrat, efek senyawa lain

dalam campuran bisa positif (Alvarez dan Vogel, 1991; McCarty et al, 1984;. Schmidt dan

Alexander, 1985) atau negatif akibat inhibisi kompetitif (Arvin et al, 1989;. Bielefeldt dan

Stensel, 1999; Chang et al, 1993;. Cort dan Bielefeldt, 2002; Deschenes et al, 1996;.. Goudar

et al, 1999; Haller dan Finn, 1999; Saez dan Rittmann, 1993), toksisitas (Haigler et al, 1992),

dan pembentukan intermediet beracun enzim non-spesifik (Bartels et al, 1984; KLE ka dan

Gibson,1981). 

Pola pemanfaatan dapat berubah dengan komposisi campuran yang berbeda,

tergantung pada sifat kimia dan konsentrasi substrat, konsentrasi dan tingkat oksigen

pertumbuhan mikroba. Arvin dkk. (1989) mengamati baik penghambatan substrat

serta interaksi stimulasi selama degradasi aerobik dari campuran benzena, toluena, dan xilena

o-. Ketika toluen atau o-xylene adalah terdegradasi di hadapan benzena, kemampuan

degradatif toluena dan o-xylene oleh mikroorganisme dirangsang. Ketika p-xilena dan

toluena berdua hadir, efek penghambatan pada degradasi benzena diamati. 

Penghambatan yang sama dan stimulasi biodegradasi telah diamati dengan campuran

benzena, toluena dan pxylene(Alvarez danVogel,1991).Selain stimulasi biodegradasi karena

peningkatan pertumbuhan pada konsentrasi substrat rendah, stimulasi satu senyawa dengan

yang lain dalam campuran dapat dengan induksi enzim katabolik yang diperlukan untuk

degradasi polutan kedua (Arvin et al., 1989). Mekanisme ini menghasilkan degradasi

simultan polutan dalam campuran dan telah dilaporkan untuk pentaklorofenol dan diklorinasi

aromatik (KLEKa dan Gibson, 1981), toluena dan p-xilena (Lee et al., 1993), dan toluene

(Pettigrew et al., 1991). Lebih dari itu, salah satu komponen dari campuran dapat terdegradasi

di hadapan orang lain oleh co-metabolisme (Saez dan Rittmann, 1993; Alvarez-Cohen dan

McCarty, 1991a, b; Criddle, 1993;. Ely et al, 1995a, b).

Dalam literatur, kebanyakan studi tentang kinetika biodegradasi berada pada

pemanfaatan substrat tunggal. Namun, model homolog pemanfaatan substrat campuran dan

pertumbuhan mikroba telah diusulkan (Biolefeldt dan Stensel, 1999;? KLE ka dan Maier,

1988; Kompala et al, 1986;. Lendenmann et al, 1996;. Nikolajsen et al, 1991.; Tsao dan

Hanson, 1975; Yoon et al, 1997).. Sebagian besar model-model ini telah diuji dengan hanya

dua substrat. Namun, dalam beberapa kali, model telah diajukan dan diuji untuk campuran

yang lebih besar. Contoh umum termasuk pertumbuhan Escherichia coli pada enam gula

(Lendenmann et al., 1996), pertumbuhan kultur campuran pada lima senyawa BTEX

(Bielefeldt dan Stensel, 1999), dan biodegradasi dari tiga hidrokarbon aromatik polisiklik

(Guha dkk ., 1999).Seperti dengan homolog substrat, beberapa upaya juga telah dilakukan

untuk mengembangkan model kinetik yang dijelaskan pertumbuhan multi- hara yang

dikendalikan dengan substrat heterolog ( substrat yang melayani tujuan yang berbeda ,

misalnya karbon dan nitrogen campuran ) ( Baltzis dan Fredrickson , 1988; Mankad dan

Bungay , 1988) . Konsep substrat heterolog mengasumsikan bahwa tingkat pertumbuhan

dapat dipengaruhi secara bersamaan oleh lebih dari satu substrat . A "Ganda Monod " model (

persamaan 12 ) awalnya diusulkan oleh McGee et al . ( 1972 ) digunakan untuk

menggambarkan fenomena ini .

   

Dimana 1 dan 2 mewakili substrat . Namun, model ini multiplikatif memiliki kisaran

yang sempit ( Bader , 1978 , 1982 ) . Mankad dan Bungay ( 1988) telah menyatakan bahwa

tingkat pertumbuhan dengan batasan ganda substrat dalam hal rata-rata tertimbang suku

bawah keterbatasan gizi seseorang ( persamaan 13 )

Dimana W ( i ) adalah berat ditugaskan untuk nutrisi i menggantikan ketergantungan

fungsional untuk fungsi berat W ( i ) ( persamaan 14 ) ke dalam persamaan 13 hasil yang

Mankad dan ekspresi Bungay untuk tingkat pertumbuhan ( persamaan 17 )

 

Untuk substrat homolog , pada model kinetika akan menggabungkan substrat kinetika

murni kompetitif yang diusulkan oleh Yoon et al . ( 1977 ) ( persamaan 16 ) .

 

 Persamaan 16 menunjukkan bahwa setiap substrat menunjukkan efek penghambatan

kompetitif terhadap pemanfaatan substrat lainnya . Substrat kinetika kompetitif dapat

digunakan untuk menggambarkan simultan dan sekuensial konsumsi substrat untuk campuran

substrat .

Bentuk lain dari interaksi dual- substrat dengan enzim adalah penghambatan

nonkompetitif , ditandai dengan pembentukan kompleks non - reaktif ketika kedua substrat

secara bersamaan terikat pada enzim ( Segel , 1975 ) . Model pertumbuhan sel berdasarkan

jenis interaksi yang dinyatakan secara matematis ( persamaan 17 ) .

   

Model penghambatan enzim kompetitif juga telah digunakan untuk menggambarkan

interaksi ganda substrat . Ini berbeda dari inhibisi non-kompetitif dalam salah satu senyawa

( inhibitor ) dapat mengikat hanya untuk kompleks substrat enzim dan bukan enzim bebas

( Segel , 1975) . Sebuah model pertumbuhan sel berdasarkan interaksi substrat tidak

ekonomis adalah ( persamaan 18 ) :

Dalam model kinetik sum , parameter kinetik ditentukan dalam percobaan substrat

tunggal digunakan atau curve fitting . Model ini dievaluasi oleh Reardon et al . ( 2000) untuk

biodegradasi benzena , campuran oluene dan fenol , dan menemukan bahwa nteractions

antara substrat ini tidak dapat dijelaskan oleh model kinetika sum hanya menggunakan

parameter yang telah ditentukan dalam percobaan substrat tunggal . Model alternatif

dirumuskan dengan menambahkan jenis ditentukan interaksi ke dalam model kinetika sum

untuk menghasilkan kinetika sum dengan parameter interaksi ( SKIP ) model pertama

diusulkan oleh Yoon et al . 1977) ( persamaan 19 ) .

Parameter interaksi Ii , j menunjukkan derajat

yang substrat i mempengaruhi biodegradasi substrat j . Semakin besar nilai, semakin

kuat penghambatan .SKIP bentuk model untuk campuran tiga senyawa ( persamaan 20 ) :

dimana subskrip 1 , 2 , dan 3 menunjukkan parameter untuk substrat yang berbeda iga .

Diperpanjang Model SKIP untuk N substrat dinyatakan sebagai ( persamaan 21 ) :

Efek dari satu substrat pada degradasi lain diberikan oleh Sj sayaj , iistilah. Nilai-

nilai koefisien interaksi , saya mewakili tingkat penghambatan yang diberikan oleh substrat j

pada substrat i . Dalam sebuah dualsubstratesistem , pemanfaatan substrat berurutan diwakili

oleh nilai besar I2 , 1 .j , i 1 , 2dan nilai kecil saya .Model SKIP memuaskan dijelaskan

simultan ( Rogers dan Reardon , 2000) dan berurutan ( Reardon et al . , 2000) pola degradasi

dalam dua sistem biologis yang berbeda .

Penghambat Logam Biodegradasi Dan Prediksi Spesiasi

Logam

Kontaminasi dengan logam dan senyawa organik , keracunan logam akan

menghambat aktivitas organicdegrading mikroorganisme , mempengaruhi baik fisiologi dan

ekologi mereka , sehingga mengurangi laju biodegradasi senyawa organik ( Said dan Lewis ,

1991; Roane et al , 2001; . Maslin dan Maier , 2000) . Logam penghambatan berbagai proses

mikroba termasuk metabolisme metana , pertumbuhan, nitrogen dan sulfur konversi ,

dehalogenation dan proses reduktif pada umumnya didokumentasikan dengan baik . Ulasan

menyeluruh dari dampak logam pada banyak proses ini tersedia ( Baath , 1989; Sandrin dan

Maier , 2003) .

Toksisitas logam untuk mikroorganisme tergantung pada bioavailabity nya .

Kuantifikasi konsentrasi logam hayati merupakan langkah penting dalam proses standardisasi

percobaan untuk menentukan dampak dari logam pada biodegradasi polutan organik .

Konsentrasi logam bioavailable ( spesiasi logam) dapat diperkirakan dari fase larutan

menggunakan elektroda selektif ion dan spektroskopi serapan atom . Sistem biologis yang

melibatkan immunoassay ( Blake et al , 1998; . . Khosraviani et al , 1998) atau bioreporters

( Rouch et al , 1995; . . Selifonova et al , 1993) telah digunakan untuk merkuri . Namun ,

penggunaan immunoassay dan bioreporters terbatas karena variasi dalam pengukuran

tergantung pada resistansi logam dari sistem bioreporter digunakan . Aplikasi dan

keterbatasan immunoassay dan bioreporters untuk deteksi logam telah ditinjau oleh Neilson

dan Maier ( 2001) .

Sebagai alternatif , konsentrasi logam bioavailable sebagai fungsi dari pH dan

kekuatan ion dapat diprediksi dengan menggunakan pemodelan geokimia perangkat lunak

( misalnya MINTEQA 2 MINEQL + ) ( Pardue et al . , 1996) . Sejumlah model komputasi

telah dikembangkan untuk memprediksi dampak logam pada biodegradasi organik ( Amor et

al , 2001; . Jin dan Bhattacharya , 1996; Nakamura dan Sawada , 2000) . Model ini

menyumbang penghambatan logam dengan memasukkan logam penghambatan konstan ( K

) Terhadap pertumbuhan konvensional atau model degradasi . Misalnya, Amor et al . ( 2001)

menggunakan bentuk persamaan Andrew ( awalnya digunakan untuk menggambarkan

inhibisi substrat pertumbuhan mikroba atau degradasi substrat ) untuk model pengaruh

kadmium , seng dan nikel pada tingkat alkil benzena biodegradasi .

 Kesimpulan

Ulasan ini menyoroti pemanfaatan mikroba , dan pertumbuhan pada bahan kimia

organik . Untuk memeriksa berbagai model kinetik diterapkan dalam prediksi penghapusan

mikroba kontaminan organik dari lingkungan . Hal ini menunjukkan bahwa keberhasilan

setiap protokol pengobatan tergantung pada optimasi beberapa faktor pengendali dan ini

hanya mungkin terjadi melalui pemodelan faktor yang menentukan tingkat proses .

Kemampuan untuk memodelkan proses ini diinginkan untuk memfasilitasi pemahaman dan

pengelolaan situs terkontaminasi serta limbah industri .