اشیاء اصلی بیوتکنولوژی میکروسکوپی هستند. اشیاء بیولوژیکی و روشهای بیوتکنولوژی اشیاء بیوتکنولوژی و سطوح آنها

همانطور که در مورد اشیاءبیوتکنولوژی ها می توانند عبارتند از: سلول های میکروارگانیسم ها، حیوانات و گیاهان، حیوانات و گیاهان تراریخته، و همچنین سیستم های آنزیمی چند جزئی سلول ها و آنزیم های منفرد.

اساس اکثر صنایع بیوتکنولوژیک مدرن سنتز میکروبی است، یعنی سنتز مواد مختلف بیولوژیکی فعال با کمک میکروارگانیسم ها. صرف نظر از ماهیت شی، مرحله اولیه در توسعه هر فرآیند بیوتکنولوژیکی به دست آوردن است فرهنگ های نابارگانیسم ها (اگر میکروب ها هستند)، سلول ها یا بافت ها (اگر موجودات پیچیده تر هستند - گیاهان یا حیوانات). بسیاری از مراحل دستکاری بیشتر با دومی (به عنوان مثال با سلول های گیاهی یا حیوانی) اصول و روش های مورد استفاده در تولید میکروبیولوژیکی هستند. هر دو کشت سلول های میکروبی و کشت بافت گیاهان و حیوانات عملاً از نظر روش شناختی با کشت میکروارگانیسم ها تفاوتی ندارند. جهان m میکروارگانیسمفوق العاده متنوع در n. بیش از 100000 گونه مختلف تا به امروز شناخته شده است. این پروکاریوت ها(باکتری ها، اکتینومیست ها، ریکتزیا، سیانوباکتری ها) و بخشی از e یوکاریوت(مخمرها، قارچ های رشته ای، برخی تک یاخته ها و جلبک ها). با طیف گسترده ای از میکروارگانیسم ها، یک مشکل مهم، انتخاب صحیح ارگانیسمی است که قادر به ارائه محصول مورد نیاز، یعنی برای اهداف صنعتی باشد. میکروارگانیسم ها:

1) صنعتی : ای کولای ( E. coliچوب یونجه ( شما. subtilis) و مخمر نانوایی ( S.cerevisiae). معمولا Yavl-Xia بیش از حد تولید می کند. برای به دست آوردن ابر تولید کنندگان، کار انتخاب ژنتیکی، رویکردهای مهندسی ژنتیک (معرفی ژن های انسانی به باکتری ها: ژن اینترفرون ها، انسولین و غیره) انجام می شود. PS باید ثبت اختراع شود.

2) پایه استفاده محدود، طبقه بندی شده به عنوان GRAS(به طور کلی به عنوان باکتری ایمن شناخته می شود) Bacillus subtilis، Bacillus amylolique-faciens،گونه های دیگر باسیل ها و لاکتوباسیل ها، گونه ها استرپتومایسس،قارچ آسپرژیلوس، پنی سیلیوم، موکور، ریزوپوس، مخمر ساکارومایسس ودیگران . GRAS- میکروارگانیسم ها غیر بیماری زا، غیر سمی هستند و اساساً آنتی بیوتیک تشکیل نمی دهند، بنابراین، هنگام توسعه یک فرآیند بیوتکنولوژیکی جدید، باید بر روی این میکروارگانیسم ها تمرکز کرد.

3) مدل- باسیل‌ها (تولیدکنندگان آنزیم‌های پروتئولیتیک) کاتالوگ‌هایی از مدل micr وجود دارد.

معیار اصلیهنگام انتخاب یک شی بیوتکنولوژیکی، توانایی سنتز محصول مورد نظر است. میکروارگانیسم ها باید (الزامات):

نرخ رشد بالایی داشته باشد؛

بسترهای ارزان قیمت لازم برای زندگی آنها را دور بریزید.

مقاوم بودن در برابر میکرو فلور خارجی، یعنی به شدت رقابتی. (نیازها): توانایی رشد روی بسترهای ارزان قیمت، ضریب اقتصادی بالا، حداقل تشکیل محصولات جانبی (متابولیت های سمی، آلرژن ها)

همه موارد فوق باعث کاهش قابل توجه هزینه تولید محصول مورد نظر می شود. مثال‌های زیر برای روشن‌تر شدن مطالبی که تا کنون گفته شد آورده شده است.

1. موجودات تک سلولیبا نرخ بالاتر رشد و فرآیندهای مصنوعی مشخص می شود،

2. توجه ویژه به عنوان اهداف توسعه بیوتکنولوژیک هستند میکروارگانیسم های فتوسنتزیکه از انرژی نور خورشید در زندگی خود استفاده می کنند.

3. میکروارگانیسم های گرمادوستدر دمای 60-80 درجه سانتیگراد رشد می کند. این خاصیت آنها یک مانع تقریباً غیرقابل عبور برای توسعه میکرو فلورای خارجی است.

24. مزایای میکروارگانیسم ها نسبت به سایر اشیاء در حل مسائل بیوتکنولوژیک مدرن:

اندازه کوچک

· همه جا حاضر

انواع متابولیسم

فتوتروف ها

حجم کمی را اشغال کنید (در 1 میلی لیتر تا 1 میلیارد نفر)

نرخ تقسیم بالا، رشد سریع

· قابلیت زندگی در محیط های مختلف.

موجودات فتوسنتزی به عنوان تولیدکنندگان آمونیاک، هیدروژن و پروتئین امیدوارکننده هستند.

میکروارگانیسم های گرمادوست که در 60-80 درجه رشد می کنند، این یک محافظت قابل اعتماد در برابر آلودگی است. آنزیم های سنتز شده توسط ترموفیل ها، شخصیت. افزایش مقاومت در برابر گرما، اما در عین حال در دمای معمولی غیر فعال هستند.

میکروارگانیسم ها به عنوان اشیاء بیوتکنولوژی طبقه بندی. مشخصه.

باکتری ها از نظر شرایط زیستگاه، سازگاری، انواع تغذیه و تشکیل انرژی زیستی، در ارتباط با ارگانیسم های بزرگ - حیوانات و گیاهان بسیار متنوع هستند. باستانی ترین اشکال باکتری ها - آرکی باکتری ها می توانند در شرایط شدید (دما و فشار بالا، محلول های نمک غلیظ، محلول های اسیدی) زندگی کنند. یوباکتری ها (پروکاریوت های معمولی یا باکتری ها) به شرایط محیطی حساس تر هستند.

بر اساس نوع تغذیه، باکتری ها بر اساس منبع انرژی تقسیم می شوند:

فوتوتروف هایی که از انرژی نور خورشید استفاده می کنند.

chemoautotrophs، با استفاده از انرژی اکسیداسیون مواد معدنی (ترکیبات گوگرد، متان، آمونیاک، نیتریت ها، ترکیبات آهن آهن، و غیره).

با توجه به نوع اکسیداسیون ماده:

ارگانوتروف هایی که از تجزیه مواد آلی به مواد معدنی انرژی می گیرند. این باکتری ها شرکت کنندگان اصلی در چرخه کربن هستند، همان گروه شامل باکتری هایی است که از انرژی تخمیر استفاده می کنند.

لیتوتروف ها (مواد معدنی)؛

بر اساس نوع منبع کربن:

هتروتروف - استفاده از مواد آلی؛

آفتوتروفیک - استفاده از گاز؛

برای نشان دادن نوع غذای مورد استفاده:

1. ماهیت منبع انرژی عکس- یا شیمی-;

2. اهداکنندگان الکترون لیتو یا ارگانو.

3. منابع کربن آفتو و هترو.

و این اصطلاح با کلمات trophy به پایان می رسد. 8 نوع غذای مختلف

حیوانات و گیاهان بالاتر به 2 نوع تغذیه تمایل دارند:

1) کمورگانوهتروتروفی (حیوانات)

2) فتولیتوآفتوتروفی (گیاهان)

میکروارگانیسم دارای انواع تغذیه است و بسته به وجود آنها می توانند از یکی به دیگری تغییر کنند

یک نوع غذای جداگانه وجود دارد:

باکتری ها یک شی مناسب برای تحقیقات ژنتیکی هستند. بیشترین مطالعه شده و پرکاربرد در تحقیقات مهندسی ژنتیک، اشریشیا کلی (E. coli) است که در روده انسان زندگی می کند.

سازمان و ساختار تولیدات بیوتکنولوژیک. ویژگی های متمایز تولید بیوتکنولوژیکی از انواع سنتی فن آوری ها. مزایا و معایب تولیدات بیوتکنولوژیکی در مقایسه با فناوری های سنتی.

طیف گسترده‌ای از فرآیندهای بیوتکنولوژیکی که کاربرد صنعتی پیدا کرده‌اند، نیاز به در نظر گرفتن رایج‌ترین و مهم‌ترین مشکلاتی را که هنگام ایجاد هر گونه تولید بیوتکنولوژیکی به وجود می‌آیند، منجر می‌شود. فرآیندهای بیوتکنولوژی صنعتی به 2 گروه بزرگ تقسیم می شوند: تولید زیست توده و تولید محصولات متابولیک. با این حال، این طبقه بندی مهمترین جنبه های تکنولوژیکی فرآیندهای بیوتکنولوژیکی صنعتی را منعکس نمی کند. در این راستا لازم است مراحل تولید بیوتکنولوژیکی، شباهت ها و تفاوت های آنها بسته به هدف نهایی فرآیند بیوتکنولوژی مورد توجه قرار گیرد.

5 مرحله تولید بیوتکنولوژیک وجود دارد.

دو مرحله اولیه شامل تهیه ماده خام و اصل فعال بیولوژیکی است. در فرآیندهای آنزیم شناسی مهندسی، آنها معمولاً شامل تهیه یک محلول بستر با خواص مشخص (PH، دما، غلظت) و تهیه دسته ای از آماده سازی آنزیمی از یک نوع معین، آنزیمی یا بی حرکت هستند. در انجام سنتز میکروبیولوژیکی، مراحل تهیه یک محیط غذایی و حفظ یک کشت خالص ضروری است که می توان به طور مداوم یا در صورت نیاز در فرآیند از آن استفاده کرد. حفظ کشت خالص سویه تولیدکننده وظیفه اصلی هر تولید میکروبیولوژیکی است، زیرا سویه بسیار فعالی که دستخوش تغییرات نامطلوب نشده باشد می تواند به عنوان تضمینی برای به دست آوردن محصول مورد نظر با خواص مطلوب عمل کند.

مرحله سوم مرحله تخمیر است که در آن تشکیل محصول مورد نظر اتفاق می افتد. در این مرحله، تبدیل میکروبیولوژیکی اجزای محیط مغذی، ابتدا به زیست توده، سپس در صورت لزوم به متابولیت هدف صورت می گیرد.

در مرحله چهارم، محصولات مورد نظر از مایع کشت جدا و خالص می شوند. فرآیندهای میکروبیولوژیکی صنعتی، به عنوان یک قاعده، با تشکیل محلول ها و سوسپانسیون های بسیار رقیق که علاوه بر هدف، حاوی مقدار زیادی از مواد دیگر هستند، مشخص می شود. در این مورد، لازم است مخلوط‌هایی از مواد با ماهیت بسیار مشابه، که در محلول در غلظت‌های قابل مقایسه هستند، بسیار ناپایدار هستند و به راحتی در معرض تخریب حرارتی هستند، جدا شوند.

مرحله نهایی تولید بیوتکنولوژیکی، تهیه اشکال کالایی محصولات است. ویژگی مشترک اکثر محصولات سنتز میکروبیولوژیکی، پایداری ناکافی ذخیره سازی آنها است، زیرا آنها مستعد تجزیه هستند و در این شکل، محیطی عالی برای توسعه میکرو فلور خارجی فراهم می کنند. این امر فناوران را مجبور می کند تا اقدامات ویژه ای را برای بهبود ایمنی محصولات بیوتکنولوژی صنعتی انجام دهند. علاوه بر این، داروها برای اهداف پزشکی نیاز به محلول های خاصی در مرحله بسته بندی و مهر و موم دارند، بنابراین آنها باید استریل باشند.

هدف اصلی بیوتکنولوژی استفاده صنعتی از فرآیندها و عوامل بیولوژیکی مبتنی بر تولید اشکال بسیار مؤثر میکروارگانیسم‌ها، کشت سلولی و بافت‌های گیاهی و جانوری با خواص مطلوب است. بیوتکنولوژی در تلاقی علوم بیولوژیکی، شیمیایی و فنی پدید آمد.

فرآیند بیوتکنولوژیکی - شامل تعدادی اتان است: تهیه یک شی، کشت آن، جداسازی، تصفیه، اصلاح و استفاده از محصولات.

فرآیندهای بیوتکنولوژیکی می تواند بر اساس کشت دسته ای یا مداوم باشد.

در بسیاری از کشورهای جهان به بیوتکنولوژی اهمیت ویژه ای داده می شود. این به دلیل این واقعیت است که بیوتکنولوژی دارای مزایای قابل توجهی نسبت به سایر انواع فناوری ها، به عنوان مثال، شیمیایی است.

1). اول از همه، مصرف برق کم است. فرآیندهای بیوتکنولوژیکی در فشار و دمای معمولی 20-40 درجه سانتیگراد انجام می شود.

2). تولید بیوتکنولوژیک اغلب بر اساس استفاده از تجهیزات استاندارد از همان نوع است. از همان نوع آنزیم ها برای تولید اسیدهای آمینه، ویتامین ها استفاده می شود. آنزیم ها، آنتی بیوتیک ها

3). به راحتی می توان فرآیندهای بیوتکنولوژیکی را بدون زباله ساخت. میکروارگانیسم‌ها طیف گسترده‌ای از بسترها را جذب می‌کنند، بنابراین ضایعات یک تولید را می‌توان با کمک میکروارگانیسم‌ها در طول تولید دیگر به محصولات با ارزش تبدیل کرد.

4). تولید بیوتکنولوژیک بدون زباله آنها را به دوستدار محیط زیست تبدیل می کند

5). تحقیقات در زمینه بیوتکنولوژی نیازی به سرمایه گذاری کلان ندارد، آنها به تجهیزات گران قیمت نیاز ندارند.

وظایف اولویت دار بیوتکنولوژی مدرن شامل ایجاد و توسعه گسترده موارد زیر است:

1) مواد فعال بیولوژیکی جدید و داروهای دارویی (اینترفرون ها، انسولین، هورمون های رشد، آنتی بادی ها).

2) حفاظت از گیاهان میکروبیولوژیکی در برابر بیماری و آسیب

لی، کودهای باکتریایی و تنظیم کننده های رشد گیاه، هیبریدهای جدید بسیار پربازده و مقاوم در برابر عوامل محیطی نامطلوب گیاهان کشاورزی که با مهندسی ژنتیک و سلولی به دست آمده اند.

3) افزودنی های خوراکی با ارزش و مواد فعال بیولوژیکی (پروتئین خوراک، اسیدهای آمینه، آنزیم ها، ویتامین ها، آنتی بیوتیک های خوراک) برای افزایش بهره وری دام.

4) فن آوری های جدید برای به دست آوردن محصولات با ارزش اقتصادی برای استفاده در صنایع غذایی، شیمیایی، میکروبیولوژیکی و سایر صنایع.

5) فن آوری برای پردازش عمیق و کارآمد زباله های کشاورزی، صنعتی و خانگی، استفاده از فاضلاب و انتشار گاز برای تولید بیوگاز و کودهای با کیفیت بالا.

فناوری سنتی (متعارف) توسعه ای است که نشان دهنده سطح متوسط ​​تولید به دست آمده توسط اکثر تولید کنندگان محصولات در صنعت است. چنین فناوری مزیت های فنی و اقتصادی و کیفیت محصول قابل توجهی را در مقایسه با محصولات مشابه تولید کنندگان پیشرو در اختیار خریدار خود قرار نمی دهد و در این صورت نیازی به حساب سود اضافی (بالاتر از میانگین) نیست. از مزایای آن برای خریدار می توان به هزینه نسبتا پایین و امکان دستیابی به فناوری اثبات شده در میدان اشاره کرد. فناوری سنتی معمولاً در نتیجه منسوخ شدن و انتشار گسترده فناوری مترقی ایجاد می شود. فروش چنین فناوری معمولاً با قیمت هایی انجام می شود که هزینه های تهیه آن و کسب سود متوسط ​​را به فروشنده جبران می کند.

مزایای فرآیندهای بیوتکنولوژیکی در مقایسه با بیوتکنولوژی فناوری شیمیایی دارای مزایای اصلی زیر است:

امکان به دست آوردن مواد طبیعی خاص و منحصر به فرد، که برخی از آنها (به عنوان مثال، پروتئین ها، DNA) هنوز با سنتز شیمیایی به دست نمی آیند.

· انجام فرآیندهای بیوتکنولوژیکی در دماها و فشارهای نسبتاً پایین.

میکروارگانیسم ها نسبت به سایر موجودات دارای سرعت رشد و تجمع توده سلولی به طور قابل توجهی بالاتر هستند

ضایعات ارزان از کشاورزی و صنعت می تواند به عنوان یک ماده خام در فرآیندهای بیوتکنولوژی استفاده شود.

فرآیندهای بیوتکنولوژیکی معمولاً سازگارتر با محیط زیست نسبت به فرآیندهای شیمیایی هستند، زباله های مضر کمتری دارند و به فرآیندهای طبیعی که در طبیعت رخ می دهند نزدیک هستند.

· به عنوان یک قاعده، تکنولوژی و تجهیزات در تولیدات بیوتکنولوژیک ساده تر و ارزان تر هستند.

مرحله بیوتکنولوژی

مرحله اصلی مرحله بیوتکنولوژی واقعی است که در آن، با استفاده از یک یا آن عامل بیولوژیکی، مواد خام به یک یا آن محصول هدف تبدیل می شود.

معمولاً وظیفه اصلی مرحله بیوتکنولوژی به دست آوردن یک ماده آلی خاص است.

مرحله بیوتکنولوژی شامل:

تخمیر فرآیندی است که با کشت میکروارگانیسم ها انجام می شود.

تبدیل زیستی فرآیند تغییر ساختار شیمیایی یک ماده تحت اثر فعالیت آنزیمی سلول های میکروارگانیسم ها یا آنزیم های آماده است.

بیوکاتالیز - تبدیل شیمیایی یک ماده که با استفاده از بیوکاتالیست ها - آنزیم ها انجام می شود.

بیواکسیداسیون مصرف آلاینده ها توسط میکروارگانیسم ها یا همراهی میکروارگانیسم ها در شرایط هوازی است.

تخمیر متان پردازش زباله های آلی با استفاده از ارتباط میکروارگانیسم های متانوژن در شرایط بی هوازی است.

بیوکمپوست کاهش محتوای مواد آلی مضر توسط ترکیب میکروارگانیسم‌ها در زباله‌های جامد است که ساختار شل شده خاصی برای دسترسی هوا و رطوبت یکنواخت به آن داده می‌شود.

جذب زیستی - جذب ناخالصی‌های مضر از گازها یا مایعات توسط میکروارگانیسم‌ها که معمولاً روی حامل‌های جامد خاص ثابت می‌شوند.

شستشوی باکتریایی فرآیند انتقال ترکیبات فلزی نامحلول در آب به حالت محلول تحت تأثیر میکروارگانیسم های خاص است.

تخریب زیستی - تخریب ترکیبات مضر تحت تأثیر میکروارگانیسم ها - تخریب کننده های زیستی.

به طور معمول، یک مرحله بیوتکنولوژیک دارای یک جریان مایع و یک جریان گاز به عنوان جریان خروجی است، گاهی اوقات فقط یک جریان مایع. در صورتی که فرآیند در فاز جامد انجام شود (مثلاً رسیدن پنیر یا کمپوست زیستی زباله)، خروجی یک جریان محصول جامد فرآوری شده است.

مراحل مقدماتی

مراحل آماده سازی برای تهیه و آماده سازی انواع مواد اولیه لازم برای مرحله بیوتکنولوژی استفاده می شود.

فرآیندهای زیر را می توان در مرحله آماده سازی استفاده کرد.

عقیم سازی محیط - برای فرآیندهای بیوتکنولوژیک آسپتیک، که در آن ورود میکرو فلور خارجی نامطلوب است.

تهیه و استریل کردن گازها (معمولاً هوا) لازم برای جریان یک فرآیند بیوتکنولوژیکی. اغلب، آماده سازی هوا شامل تمیز کردن آن از گرد و غبار و رطوبت، تامین دمای مورد نیاز و تمیز کردن آن از میکروارگانیسم های موجود در هوا، از جمله هاگ ها است.

آماده سازی بذر. بدیهی است که برای انجام یک فرآیند میکروبیولوژیکی یا فرآیندی برای پرورش سلول های جدا شده گیاهان یا حیوانات، همچنین لازم است یک تلقیح تهیه شود - مقدار کمی از یک عامل بیولوژیکی قبلا رشد کرده در مقایسه با مرحله اصلی.

آماده سازی بیوکاتالیست. برای فرآیندهای تبدیل زیستی یا زیست کاتالیزور، لازم است که از قبل یک بیوکاتالیست تهیه شود - یا یک آنزیم به شکل آزاد یا ثابت بر روی یک حامل، یا یک زیست توده از میکروارگانیسم ها که قبلاً به حالتی رشد کرده اند که در آن فعالیت آنزیمی آن آشکار می شود.

پیش تصفیه مواد اولیه. اگر ماده خام به شکلی نامناسب برای استفاده مستقیم در فرآیند بیوتکنولوژی وارد تولید شود، عملیاتی برای آماده سازی اولیه ماده خام انجام می شود. به عنوان مثال، هنگام تولید الکل، گندم ابتدا خرد شده و سپس تحت یک فرآیند آنزیمی "ساکاره سازی" قرار می گیرد و پس از آن مخمر ساکاره شده در مرحله بیوتکنولوژی با تخمیر به الکل تبدیل می شود.

تمیز کردن محصول

وظیفه این مرحله حذف ناخالصی ها، خالص سازی محصول تا حد امکان است.

کروماتوگرافی فرآیندی شبیه جذب سطحی است.

دیالیز فرآیندی است که در آن مواد با وزن مولکولی کم می توانند از سپتوم نیمه تراوا عبور کنند، در حالی که مواد با وزن مولکولی بالا باقی می مانند.

تبلور. این فرآیند بر اساس حلالیت متفاوت مواد در دماهای مختلف است.

غلظت محصول

وظیفه بعدی اطمینان از تمرکز آن است.

در مرحله تغلیظ، فرآیندهایی مانند تبخیر، خشک کردن، رسوب، کریستالیزاسیون با فیلتراسیون بلورهای حاصل، اولترافیلتراسیون و هایپرفیلتراسیون یا نانوفیلتراسیون استفاده می شود که به عنوان مثال، حلال را از محلول "فشرده" می کند.

تصفیه پساب و انتشار

تصفیه این پساب ها و گازهای گلخانه ای یک کار ویژه است که باید در زمان نامطلوب زیست محیطی ما حل شود. در اصل، تصفیه فاضلاب یک تولید بیوتکنولوژیکی جداگانه است که دارای مراحل آماده سازی خاص خود است، یک مرحله بیوتکنولوژیکی، مرحله ای برای ته نشینی زیست توده لجن فعال و مرحله ای برای تصفیه اضافی فاضلاب و پردازش لجن.

انواع اشیاء بیولوژیکی مورد استفاده در بیوتکنولوژی، طبقه بندی و ویژگی های آنها. اشیاء بیولوژیکی با منشا حیوانی. اشیاء بیولوژیکی با منشا گیاهی.

اهداف بیوتکنولوژی عبارتند از: ذرات خارج سلولی سازمان یافته (ویروس ها)، سلول های باکتری ها، قارچ ها، تک یاخته ها، بافت قارچ ها، گیاهان، حیوانات و انسان ها، آنزیم ها و اجزای آنزیم، مولکول های اسید نوکلئیک بیوژنیک، لکتین ها، سیتوکینین ها، متابولیت های اولیه و ثانویه.

در حال حاضر، بیشتر اشیاء بیولوژیکی بیوتکنولوژی توسط نمایندگان 3 ابر پادشاهی ارائه می شود:

1) Acoryotac - aoriots یا غیر هسته ای.

2) پروکاریوتاک - پروکاریوت ها یا پیش هسته ای.

3) یوکاریوتاک - یوکاریوت ها یا هسته ای.

آنها توسط 5 پادشاهی نشان داده می شوند: ویروس ها (ذره سازمان یافته غیر سلولی) به عنوان آکاریوت ها طبقه بندی می شوند. باکتری ها به عنوان پروکاریوت ها (واحد اولیه مورفولوژیکی) طبقه بندی می شوند. یوکاریوت ها شامل قارچ ها، گیاهان و حیوانات هستند. نوع DNA رمزگذاری اطلاعات ژنتیکی (برای ویروس های DNA یا RNA).

باکتری ها دارای یک سازمان سلولی هستند، اما ماده هسته توسط هیچ غشایی از سیتوپلاسم جدا نمی شود و با هیچ پروتئینی مرتبط نیست. اساساً باکتری ها تک سلولی هستند و اندازه آنها از 10 میکرومتر تجاوز نمی کند. تمامی باکتری ها به آرکوباکتری ها و یوباکتری ها تقسیم می شوند.

قارچ ها (Mycota) اشیاء بیوتکنولوژیکی مهم و تولید کننده تعدادی از ترکیبات مهم در محصولات غذایی و افزودنی ها هستند: آنتی بیوتیک ها، هورمون های گیاهی، رنگ ها، پروتئین قارچ، انواع مختلف پنیر. میکرومایست ها بدن باردهی را تشکیل نمی دهند و ماکرومایست ها تشکیل می شوند. آنها نشانه هایی از حیوانات و گیاهان دارند.

گیاهان (Plantae). حدود 300 هزار گونه گیاهی شناخته شده است. اینها گیاهان آلی متمایز هستند که اجزای تشکیل دهنده آنها بافتها (مریمستنت، پوششی، رسانا، مکانیکی، اساسی و ترشحی) هستند. فقط بافتهای mirmestant قادر به تقسیم هستند. هر نوع گیاهی تحت شرایط خاص می تواند توده سلولی سازمان نیافته ای از سلول های تقسیم شونده - کالوس را تولید کند. مهمترین اشیاء بیولوژیکی پروتوپلاستهای سلولهای گیاهی هستند. آنها فاقد دیواره سلولی هستند. در مهندسی سلول استفاده می شود. جلبک دریایی اغلب استفاده می شود. آگار آگار و آلژینات ها (پلی ساکاریدهای مورد استفاده برای تهیه محیط های میکروبیولوژیکی) از آنها به دست می آید.

حیوانات (Animalia). در بیوتکنولوژی، اشیاء بیولوژیکی مانند سلول های حیوانات مختلف به طور گسترده ای استفاده می شود. علاوه بر سلول های حیوانات بالاتر، از سلول های تک یاخته نیز استفاده می شود. از سلول های حیوانات عالی برای به دست آوردن DNA نوترکیب و انجام مطالعات سم شناسی استفاده می شود.

هدف اصلی فرآیند بیوتکنولوژیک سلول است. محصول مورد نظر را سنتز می کند. در واقع سلول یک گیاه شیمیایی مینیاتوری است که در هر دقیقه صدها ترکیب پیچیده در آن سنتز می شود.

اساس تولید بیوتکنولوژیک مدرن سنتز مواد مختلف با کمک سلول های میکروارگانیسم است. سلول‌های گیاهان و جانوران عالی هنوز کاربرد وسیعی پیدا نکرده‌اند، زیرا نیازهای زیادی به شرایط کشت دارند.

مرحله اولیه توسعه بیوتکنولوژیگرفتن کشت خالص سلول ها و بافت هادستکاری های بیشتر با این فرهنگ ها با یکنواختی رویکردهای مبتنی بر روش های میکروبیولوژیکی کلاسیک مشخص می شود. در عین حال، کشت سلول ها و بافت های گیاهان و حیوانات عالی به کشت میکروارگانیسم ها تشبیه شده است.

یوکاریوت ها و پروکاریوت ها.اکثر میکروارگانیسم ها موجودات تک سلولی هستند. یک سلول میکروبی توسط یک دیواره سلولی و گاهی اوقات فقط توسط یک غشای سیتوپلاسمی از محیط خارجی جدا می شود و دارای ساختارهای مختلف زیر سلولی است. دو نوع اصلی ساختار سلولی وجود دارد که در تعدادی از ویژگی های اساسی با یکدیگر تفاوت دارند. اینها سلولهای یوکاریوتی و پروکاریوتی هستند. میکروارگانیسم های دارای هسته واقعی یوکاریوت نامیده می شوند (eu - از یونانی - درست، karyo - هسته). میکروارگانیسم هایی که دارای دستگاه هسته ای اولیه هستند به عنوان پروکاریوت ها (پیش هسته ای) طبقه بندی می شوند.

در میان میکروارگانیسم ها به پروکاریوت هاشامل باکتری ها، اکتینومیست ها و جلبک های سبز آبی (سیانوباکتری ها)، به یوکاریوت ها- سایر جلبک ها (سبز، قهوه ای، قرمز)، مایکومیست ها (کپک های مخاطی)، قارچ های پایین تر - میکرومیست ها (از جمله مخمر)، تک یاخته ها (تاژک دار، مژک دار و غیره).

ویژگی مشترک آنها اندازه کوچک آنها است، آنها فقط از طریق میکروسکوپ قابل مشاهده هستند. در حال حاضر بیش از 100 هزار گونه از میکروارگانیسم های مختلف شناخته شده است.

پروکاریوت ها تحت فرآیندهای میتوز و میوز قرار نمی گیرند. آنها اغلب با تقسیم سلولی ساده تولید مثل می کنند.

در یک سلول یوکاریوتییک هسته از سیتوپلاسم اطراف آن توسط یک غشای هسته ای دو لایه با منافذ جدا شده است. در هسته 1-2 هسته وجود دارد - مراکزی برای سنتز RNA ریبوزومی و کروموزوم ها - حامل های اصلی اطلاعات ارثی، متشکل از DNA و پروتئین. در طول تقسیم، کروموزوم ها بین سلول های دختر در نتیجه فرآیندهای پیچیده - میتوز و میوز توزیع می شوند. سیتوپلاسم یوکاریوت ها حاوی میتوکندری و در موجودات فتوسنتزی کننده کلروپلاست است. غشای سیتوپلاسمی اطراف سلول از داخل سیتوپلاسم به شبکه آندوپلاسمی عبور می کند. همچنین یک اندامک غشایی وجود دارد - دستگاه گلژی.

سلول های پروکاریوتیساده تر مرتب شده است آنها مرز مشخصی بین هسته و سیتوپلاسم ندارند، غشای هسته ای وجود ندارد. DNA در این سلول ها ساختارهایی شبیه کروموزوم های یوکاریوتی ایجاد نمی کند. پروکاریوت ها تحت فرآیندهای میتوز و میوز قرار نمی گیرند. بیشتر پروکاریوت ها اندامک های درون سلولی محدود شده توسط غشاء را تشکیل نمی دهند، هیچ میتوکندری و کلروپلاست وجود ندارد.

انتخاب اشکال میکروارگانیسم ها با خواص مطلوب

انتخاب اشکال میکروارگانیسم ها با خواص مطلوب لازم برای کشت شامل چندین مرحله است.

2.1. جداسازی میکروارگانیسم هانمونه برداری از رویشگاه میکروارگانیسم ها (خاک، بقایای گیاهی و ...) انجام می شود. با توجه به میکروارگانیسم های اکسید کننده هیدروکربن، چنین مکانی می تواند خاک نزدیک پمپ بنزین ها باشد، مخمرهای شراب به وفور در انگور وجود دارد، میکروارگانیسم های بی هوازی تجزیه کننده سلولز و متان ساز به مقدار زیادی در شکمبه نشخوارکنندگان زندگی می کنند.

2.2. به دست آوردن کشت های ذخیره سازینمونه ها در محیط های غذایی مایع با یک ترکیب خاص وارد می شوند و شرایط مطلوبی را برای توسعه تولید کننده ایجاد می کنند (دما، pH، منابع انرژی، کربن،
نیتروژن و غیره). برای انباشت تولید کننده کلسترول اکسیداز، از محیط هایی با کلسترول به عنوان تنها منبع کربن استفاده می شود. میکروارگانیسم های اکسید کننده هیدروکربن - محیط هایی با پارافین؛ تولید کنندگان آنزیم های پروتئولیتیک یا لیپولیتیک - محیط های حاوی پروتئین یا لیپید.

2.3. جداسازی فرهنگ های نابنمونه های حاصل از کشت های غنی سازی بر روی محیط های غذایی متراکم تلقیح می شوند. سلول های منفرد میکروارگانیسم ها بر روی محیط های غذایی متراکم جدا شده تشکیل می شوند
کلنی ها یا کلون ها، وقتی دوباره بذر می شوند، کشت های خالصی به دست می آید که از سلول های یک نوع تولید کننده تشکیل شده است.

راه دیگر برای انتخاب میکروارگانیسم ها از مجموعه های موجود است.به عنوان مثال، تولید کنندگان آنتی بیوتیک ها اغلب اکتینومیست ها، اتانول - مخمر هستند.

شبیه- کشت تک سلولی فرهنگ ناب- گروهی از افراد از همان نوع میکروارگانیسم فشارها- فرهنگ های جدا شده از محیط های طبیعی مختلف یا از یک محیط در زمان های مختلف.

2.4. تعیین توانایی سنتز محصول هدف -معیار اصلی در انتخاب تولیدکنندگان میکروارگانیسم ها باید شرایط زیر را داشته باشند:

1) نرخ رشد بالایی دارند.

2) از بسترهای ارزان برای زندگی استفاده کنید.

3) در برابر عفونت میکروفلور خارجی مقاوم باشد.

ارگانیسم های تک سلولی با نرخ بالاتری از فرآیندهای مصنوعی نسبت به گیاهان و حیوانات عالی مشخص می شوند. بنابراین، یک گاو با وزن 500 کیلوگرم در طول یک روز حدود 0.5 کیلوگرم پروتئین سنتز می کند. همان مقدار پروتئین در یک روز را می توان با 5 گرم مخمر به دست آورد. میکروارگانیسم های فتوسنتزی مورد توجه هستند که از انرژی نور استفاده می کنند و قادر به جذب نیتروژن اتمسفر هستند. میکروارگانیسم های ترموفیل سودمند هستند. استفاده از آنها هزینه های اضافی برای استریل کردن تجهیزات صنعتی را کاهش می دهد. سرعت رشد و متابولیسم این موجودات 1.5-2 برابر بیشتر از مزوفیل ها است. آنزیم هایی که آنها سنتز می کنند در برابر گرما، اسیدها و حلال های آلی مقاوم هستند.

روش های بیوتکنولوژی

2 روش در بیوتکنولوژی وجود دارد: 1) انتخاب; 2) مهندسی ژنتیک روش های انتخاب برای به دست آوردن محصولات بسیار فعال استفاده می شود. با کمک انتخاب، سویه های صنعتی میکروارگانیسم ها به دست آمده است که فعالیت مصنوعی آنها ده ها و صدها برابر از فعالیت سویه های اصلی بیشتر است.

انتخاب

انتخاب -انتخاب هدایت‌شده جهش‌یافته (جاندارانی که وراثت آنها دستخوش تغییر ناگهانی شده است). روش کلی انتخاب، گذار از انتخاب ساده تولیدکنندگان به ساخت آگاهانه ژنوم آنهاست. در هر مرحله، موثرترین کلون ها از جمعیت میکروارگانیسم ها انتخاب می شوند. به این ترتیب برای مدت طولانی سویه هایی از آبجو، شراب، نانوا، مخمر استیک، باکتری اسید پروپیونیک و ... انتخاب شدند.انتخاب گام به گام استفاده می شود: در هر مرحله از جمعیت میکروارگانیسم ها موثرترین کلون ها انتخاب می شوند. . محدودیت روش انتخاب بر اساس جهش های خود به خودی با فرکانس پایین آنها همراه است که تشدید فرآیند را بسیار پیچیده می کند. تغییرات در ساختار DNA نادر است. یک ژن باید به طور متوسط ​​106-108 برابر دو برابر شود تا یک جهش رخ دهد. نمونه ای از انتخاب مولدترین جهش یافته ها در طول کشت در حالت پیوسته، انتخاب مخمر بر اساس مقاومت به اتانول، محصول زائد مخمر است. جهش زایی القایی منجر به شتاب قابل توجهی در انتخاب می شود - افزایش شدید فراوانی جهش ها در یک جسم بیولوژیکی با آسیب مصنوعی به ژنوم. اشعه ماوراء بنفش، اشعه ایکس یا y، برخی از ترکیبات شیمیایی که باعث تغییر در ساختار اولیه DNA می شوند، اثر جهش زایی دارند. شناخته شده ترین و مورد استفاده ترین جهش زاها عبارتند از اسید نیتروژن، عوامل آلکیله کننده و غیره.

یک بررسی کامل انجام دهید (غربالگری)کلون های بدست آمده پس از انتخاب مولدترین کلون ها، درمان با همان جهش زا یا دیگری تکرار می شود، بارورترین نوع دوباره انتخاب می شود و غیره، یعنی. ما در مورد انتخاب گام به گام بر اساس علاقه صحبت می کنیم.

شدت زایمان نقطه ضعف اصلی روش جهش زایی القایی و انتخاب گام به گام بعدی است. نقطه ضعف روش نیز عدم اطلاع از ماهیت جهش ها است که محقق با توجه به نتیجه نهایی انتخاب می کند.

مهندسی ژنتیک

مهندسی ژنتیک یک تغییر جهت دار از اشیاء بیولوژیکی در نتیجه معرفی برنامه های ژنتیکی ایجاد شده مصنوعی است. سطوح مهندسی ژنتیک:

1)ژنتیکی- دستکاری مستقیم DNA نوترکیب، از جمله ژن های فردی؛

2)کروموزومی- دستکاری با گروه های ژن یا کروموزوم های فردی؛

3)ژنومی(سلولی) - انتقال تمام یا بیشتر مواد ژنتیکی از یک سلول به سلول دیگر (مهندسی سلولی). در مفهوم مدرن، مهندسی ژنتیک شامل فناوری DNA نوترکیب است.

کار در زمینه مهندسی ژنتیک شامل 4 مرحله است: 1) بدست آوردن ژن مورد نظر 2) تعبیه آن در یک برداری که قابلیت تکرار دارد. 3) معرفی یک ژن با استفاده از یک ناقل به بدن. 4) تغذیه و انتخاب سلول هایی که ژن مورد نظر را به دست آورده اند.

مهندسی ژنتیک گیاهان عالی در سطوح سلولی، بافتی و ارگانیسمی انجام می شود.

اساس مهندسی سلول، هیبریداسیون سلول های سوماتیک است - ادغام سلول های غیر جنسی برای تشکیل یک کل واحد. همجوشی سلولی می تواند کامل یا با معرفی تک تک اجزای آنها (میتوکندری، کلروپلاست و غیره) باشد.

هیبریداسیون سوماتیک امکان عبور از ارگانیسم های دوردست را فراهم می کند. سلول های گیاهی، قارچی و باکتریایی قبل از همجوشی و بدست آوردن پروتوپلاست از دیواره سلولی آزاد می شوند. سپس غشاهای سیتوپلاسمی خارجی توسط میدان الکتریکی یا مغناطیسی متناوب دپلاریزه می شوند و از کاتیون های Ca + استفاده می شود. دیواره سلولی تحت هیدرولیز آنزیمی قرار می گیرد.

سوالاتی برای خودآزمایی

1. موضوع بیوتکنولوژی چیست؟

2. انواع ساختار سلولی چیست؟

3. مراحل رشد فرهنگ کدام است؟

4. انتخاب و مهندسی ژنتیک چیست؟

4 پیوند اصلی فرآیند بیوتکنولوژیکی یک شی بیولوژیکی است که قادر به انجام اصلاحات خاصی از مواد اولیه و تشکیل یک یا آن محصول ضروری است. سلول‌های میکروارگانیسم‌ها، حیوانات و گیاهان، حیوانات و گیاهان تراریخته، قارچ‌ها، و همچنین سیستم‌های آنزیمی چند جزئی سلول‌ها و آنزیم‌های منفرد می‌توانند به عنوان چنین اشیایی از بیوتکنولوژی استفاده کنند. اساس اکثر صنایع بیوتکنولوژیک مدرن سنتز میکروبی است، یعنی سنتز مواد مختلف بیولوژیکی فعال با کمک میکروارگانیسم ها. متأسفانه، اشیاء با منشاء گیاهی و حیوانی، به دلایل متعدد، هنوز کاربرد گسترده ای پیدا نکرده اند. بنابراین، در آینده منطقی است که میکروارگانیسم ها را به عنوان اهداف اصلی بیوتکنولوژی در نظر بگیریم.

1 میکروارگانیسم ها - اهداف اصلی بیوتکنولوژی در حال حاضر، بیش از 100 هزار نوع مختلف میکروارگانیسم شناخته شده است. اینها در درجه اول باکتری ها، اکتینومیست ها، سیانوباکتری ها هستند. با چنین تنوع گسترده ای از میکروارگانیسم ها، یک مشکل بسیار مهم و اغلب پیچیده، انتخاب صحیح ارگانیسمی است که قادر به ارائه محصول مورد نظر است، یعنی. در خدمت اهداف صنعتی است. 5

بسیاری از فرآیندهای بیوتکنولوژیکی از تعداد محدودی میکروارگانیسم استفاده می کنند که به عنوان GRAS ("به طور کلی به عنوان ایمن شناخته می شود") طبقه بندی می شوند. چنین میکروارگانیسم هایی شامل باکتری های Bacillus subtilis، Bacillus amyloliquefaciens، انواع دیگر باسیل ها و لاکتوباسیل ها، گونه های Streptomyces می باشد. این همچنین شامل گونه‌هایی از قارچ‌های Aspergillus، Penicillium، Mucor، Rhizopus، مخمر ساکارومایسس و غیره می‌شود. میکروارگانیسم‌های GRAS غیر بیماری‌زا، غیرسمی هستند و معمولاً آنتی‌بیوتیک‌ها را تشکیل نمی‌دهند، بنابراین، هنگام توسعه یک فرآیند بیوتکنولوژیکی جدید، باید روی این میکروارگانیسم ها به عنوان اشیاء اساسی بیوتکنولوژی هستند. 6

صنعت میکروبیولوژی در حال حاضر از هزاران سویه میکروبی استفاده می کند که در ابتدا بر اساس خواص مفیدشان از منابع طبیعی جدا شده و سپس با استفاده از روش های مختلف بهبود یافتند. در ارتباط با گسترش تولید و گستره محصولات، نمایندگان بیشتر و بیشتری از دنیای میکروب ها در صنعت میکروبیولوژی شرکت می کنند. لازم به ذکر است که در آینده قابل پیش بینی هیچ یک از آنها به اندازه E. coli و Bac مورد مطالعه قرار نخواهند گرفت. subtilis. دلیل این امر، سختی زیاد و هزینه بالای این نوع تحقیقات است. 7

در نتیجه، مشکل توسعه یک استراتژی تحقیقاتی و تاکتیک‌هایی به وجود می‌آید که با صرف هزینه معقول کار، استخراج بالقوه‌ترین میکروارگانیسم‌های جدید را در ایجاد سویه‌های تولیدکننده مهم صنعتی مناسب برای استفاده در بیوتکنولوژی ممکن می‌سازد. فرآیندها رویکرد کلاسیک جداسازی میکروارگانیسم مورد نظر از شرایط طبیعی است. نمونه‌های مواد از زیستگاه‌های طبیعی تولیدکننده پیشنهادی گرفته می‌شوند (نمونه‌های مواد گرفته می‌شوند) و به یک محیط انتخابی تلقیح می‌شوند که رشد غالب میکروارگانیسم مورد نظر را تضمین می‌کند. به اصطلاح کشت های ذخیره سازی به دست می آید. 8

مرحله بعدی جداسازی یک کشت خالص با مطالعه بیشتر میکروارگانیسم جدا شده و در صورت لزوم، تعیین تقریبی ظرفیت تولیدی آن است. راه دیگری برای انتخاب میکروارگانیسم های تولید کننده وجود دارد - این انتخاب گونه مورد نظر از مجموعه های موجود میکروارگانیسم های کاملاً مطالعه شده و کاملاً مشخص شده است. این، البته، نیاز به انجام تعدادی از عملیات فشرده را از بین می برد. 9

معیار اصلی برای انتخاب یک شی بیوتکنولوژیکی، توانایی سنتز محصول مورد نظر است. با این حال، علاوه بر این، فناوری خود فرآیند ممکن است شامل الزامات اضافی باشد، که گاهی اوقات بسیار بسیار مهم هستند، نه گفتن تعیین کننده. به طور کلی، میکروارگانیسم ها باید سرعت رشد بالایی داشته باشند، از بسترهای ارزان قیمت لازم برای فعالیت حیاتی خود استفاده کنند، در میکرو فلور خارجی ساکن باشند، یعنی به شدت رقابتی باشند. همه موارد فوق باعث کاهش قابل توجه هزینه تولید محصول مورد نظر می شود. 10

در اینجا چند نمونه برای اثبات نقش میکروارگانیسم ها به عنوان اشیاء بیوتکنولوژی آورده شده است: 1. موجودات تک سلولی، به عنوان یک قاعده، با نرخ رشد بالاتر و فرآیندهای مصنوعی نسبت به موجودات بالاتر مشخص می شوند. با این حال، این مورد برای همه میکروارگانیسم ها نیست. برخی از آنها بسیار آهسته رشد می کنند، اما از آنجایی که قادر به تولید مواد بسیار ارزشمند مختلف هستند، مورد توجه هستند. یازده

2. توجه ویژه به عنوان اشیاء توسعه بیوتکنولوژیک توسط میکروارگانیسم های فتوسنتزی نشان داده شده است که از انرژی نور خورشید در زندگی خود استفاده می کنند. برخی از آنها (سیانوباکتری ها و یوکاریوت های فتوسنتزی) از CO2 به عنوان منبع کربن استفاده می کنند و برخی از نمایندگان سیانوباکتری ها علاوه بر همه موارد فوق، توانایی جذب نیتروژن جو را دارند (یعنی برای مواد مغذی بسیار بی نیاز هستند). میکروارگانیسم های فتوسنتزی به عنوان تولیدکنندگان آمونیاک، هیدروژن، پروتئین و تعدادی از ترکیبات آلی امیدوارکننده هستند. با این حال، با توجه به دانش بنیادی محدود در مورد سازمان ژنتیکی و مکانیسم‌های بیولوژیکی مولکولی زندگی، پیشرفت در استفاده از آنها در آینده نزدیک نباید انتظار داشت. 12

3. برخی از توجه به اشیاء بیوتکنولوژی مانند میکروارگانیسم های گرمادوست که در درجه سانتیگراد رشد می کنند. این خاصیت آنها یک مانع تقریباً غیرقابل عبور برای توسعه میکرو فلور خارجی در طی کشت نسبتاً غیر استریل است، یعنی. محافظت قابل اعتماد در برابر آلودگی است. در میان ترموفیل ها، تولیدکنندگان الکل، اسیدهای آمینه، آنزیم ها و هیدروژن مولکولی یافت شده است. علاوه بر این، سرعت رشد و فعالیت متابولیک آنها 1.5-2 برابر بیشتر از مزوفیل ها است. آنزیم های سنتز شده توسط ترموفیل ها با افزایش مقاومت در برابر حرارت، برخی از عوامل اکسید کننده، مواد شوینده، حلال های آلی و سایر عوامل نامطلوب مشخص می شوند. در عین حال در دمای معمولی چندان فعال نیستند. 13

بنابراین، پروتئازهای یکی از نمایندگان میکروارگانیسم های گرمادوست در دمای 20 درجه سانتیگراد 100 برابر کمتر از 75 درجه سانتیگراد فعال هستند. دومی یک ویژگی بسیار مهم برای برخی از تولیدات صنعتی است. به عنوان مثال، آنزیم Tag polymerase از باکتری گرمادوست Thermus aquaticus کاربرد وسیعی در مهندسی ژنتیک پیدا کرده است. ما قبلاً به یکی دیگر از ویژگی های بسیار ضروری این موجودات اشاره کردیم و آن این است که وقتی آنها کشت می شوند، دمای محیطی که در آن زندگی می کنند به طور قابل توجهی از دمای محیط بیشتر می شود. این اختلاف دمای بالا تبادل حرارتی سریع و کارآمد را تضمین می کند که امکان استفاده از راکتورهای بیولوژیکی را بدون دستگاه های خنک کننده حجیم فراهم می کند. و دومی، به نوبه خود، اختلاط، هوادهی، کف زدایی را تسهیل می کند، که با هم به طور قابل توجهی هزینه فرآیند را کاهش می دهد. 14

2 جداسازی و انتخاب میکروارگانیسم ها جزء جدایی ناپذیر در فرآیند ایجاد با ارزش ترین و فعال ترین تولیدکنندگان، یعنی. هنگام انتخاب اشیا در بیوتکنولوژی، انتخاب آنهاست. راه اصلی انتخاب، ساخت آگاهانه ژنوم در هر مرحله از انتخاب تولیدکننده مورد نظر است. این وضعیت به دلیل عدم وجود روش‌های مؤثر برای تغییر ژنوم موجودات قابل انتخاب همیشه قابل تحقق نبود. نقش مهمی در توسعه فناوری‌های میکروبی با روش‌های مبتنی بر انتخاب گونه‌های تغییر یافته خود به خودی که با ویژگی‌های مفید مورد نظر مشخص می‌شوند، ایفا شده است. 15

با چنین روش هایی، معمولاً از انتخاب گام به گام استفاده می شود: در هر مرحله از انتخاب، فعال ترین واریانت ها (جهش خود به خودی) از جمعیت میکروارگانیسم ها انتخاب می شوند که از بین آنها سویه های جدید و مؤثرتر در مرحله بعد انتخاب می شوند و غیره. علیرغم محدودیت آشکار این روش، که شامل فراوانی کم جهش‌یافته‌ها می‌شود، هنوز زود است که امکانات آن را به‌طور کامل از بین ببریم. 16

فرآیند انتخاب موثرترین تولیدکنندگان با استفاده از روش جهش زایی القایی به طور قابل توجهی تسریع می شود. به عنوان اثرات جهش زا، از اشعه ماوراء بنفش، اشعه ایکس و گاما، مواد شیمیایی خاص و غیره استفاده می شود.البته این تکنیک نیز بدون ایراد نیست که اصلی ترین آن سخت بودن و عدم اطلاع از ماهیت تغییرات است. آزمایشگر با توجه به نتیجه نهایی انتخاب می کند. 17

برای مثال، مقاومت بدن در برابر یون‌های فلزات سنگین می‌تواند با سرکوب جذب سلول‌های باکتریایی این کاتیون‌ها، فعال شدن فرآیند حذف کاتیون‌ها از سلول، یا بازآرایی سیستم (هایی) که در معرض اثر مهاری قرار می‌گیرند همراه باشد. کاتیون موجود در سلول طبیعتاً آگاهی از مکانیسم های افزایش پایداری امکان انجام یک عمل جهت دار را برای به دست آوردن نتیجه نهایی در زمان کوتاه تر و همچنین انتخاب گزینه هایی که برای شرایط خاص تولید مناسب تر هستند را ممکن می سازد. استفاده از این رویکردها در ترکیب با روش‌های اصلاح کلاسیک، جوهره اصلاح مدرن تولیدکنندگان میکروارگانیسم‌ها است. 18

برای مثال، مقاومت بدن در برابر یون‌های فلزات سنگین می‌تواند با سرکوب جذب سلول‌های باکتریایی این کاتیون‌ها، فعال شدن فرآیند حذف کاتیون‌ها از سلول، یا بازآرایی سیستم (هایی) که در معرض اثر مهاری قرار می‌گیرند همراه باشد. کاتیون موجود در سلول طبیعتاً آگاهی از مکانیسم های افزایش پایداری امکان انجام یک عمل جهت دار را برای به دست آوردن نتیجه نهایی در زمان کوتاه تر و همچنین انتخاب گزینه هایی که برای شرایط خاص تولید مناسب تر هستند را ممکن می سازد. استفاده از این رویکردها در ترکیب با روش‌های اصلاح کلاسیک، جوهره اصلاح مدرن تولیدکنندگان میکروارگانیسم‌ها است. 19

بلیط امتحانی شماره 1

اشیاء بیوتکنولوژی و سطوح آنها

بیوتکنولوژی به معنای هر نوع فناوری است که شامل استفاده از سیستم های بیولوژیکی، موجودات زنده یا مشتقات آنها برای ساخت یا اصلاح محصولات یا فرآیندها برای استفاده خاص آنها می شود.منابع بیوتکنولوژیک منابع بیولوژیکی هستند که در فرآیندهای بیوتکنولوژیکی استفاده می شوند.

اشیاء برای تولید باید شرایط خاصی را برآورده کنند: - توانایی رشد در محیط های غذایی ارزان قیمت؛ - سرعت رشد و تشکیل محصول هدف بالا؛ - حداقل تشکیل محصولات جانبی؛ - ثبات تولید کننده و نسبت خواص تولید؛ - بی ضرر بودن. تولید کننده و محصول هدف برای انسان و محیط زیست ویژگی مهم یک شی بیولوژیکی مقاومت در برابر عفونت است که برای حفظ عقیمی و مقاومت فاژی مهم است. عملکرد یک شیء زیستی شامل بیوسنتز کامل محصول هدف، از جمله یک سری واکنش های آنزیمی متوالی یا کاتالیز تنها یک واکنش آنزیمی است که برای به دست آوردن محصول هدف از اهمیت کلیدی برخوردار است.

موضوعات بیوتکنولوژی بسیار متنوع است و دامنه آنها از قطعات سازمان یافته (ویروس ها) تا انسان را شامل می شود.به یک شی زیستی که بیوسنتز کامل محصول مورد نظر را انجام می دهد، تولید کننده می گویند.

ب) باکتری ها و سیانوباکتری ها.

د) جلبک ها؛

ه) تک یاخته؛

ز) گیاهان - پایین تر (anabena-azolla) و بالاتر - علف اردک.

در این مورد، اشیاء بیولوژیکی می‌توانند مولکول‌ها (آنزیم‌ها، تعدیل‌کننده‌های ایمنی، نوکلئوزیدها، الیگو و پلی‌پپتیدها و غیره)، بخش‌های سازمان‌یافته (ویروس‌ها، فاژها)، تک سلولی (باکتری‌ها، مخمرها) و افراد چند سلولی (قارچ‌های رشته‌ای بالاتر، بافت‌های گیاهی، کشت های تک لایه) سلول های پستانداران)، موجودات کامل گیاهان و جانوران. اما حتی زمانی که یک مولکول زیستی به عنوان هدف بیوتکنولوژی استفاده می شود، بیوسنتز اولیه آن در بیشتر موارد توسط سلول های مربوطه انجام می شود. بنابراین، می توان ادعا کرد که اشیاء بیوتکنولوژی یا متعلق به میکروب ها یا موجودات گیاهی و جانوری است.

توانایی های سلول های موجودات چیست؟

سلول یک سیستم بیولوژیکی ابتدایی است که قادر به خود نوسازی، خود تولید مثل و توسعه است. ساختارهای سلولی زیربنای ساختار گیاهان و جانوران است. مهم نیست که ساختار موجودات چقدر متنوع به نظر می رسد، بر اساس ساختارهای مشابه - سلول ها است.
سلول تمام خصوصیات یک سیستم زنده را دارد:
مبادله ماده و انرژی را انجام می دهد.
در حال رشد است؛
ویژگی های خود را بازتولید و به ارث می برد.
به سیگنال های خارجی (محرک) پاسخ می دهد.
قادر به حرکت است.
این پایین ترین سطح سازمان است که همه این ویژگی ها را در اختیار دارد، کوچکترین واحد ساختاری و عملکردی زندگی است. همچنین می تواند به طور جداگانه زندگی کند: سلول های جدا شده ارگانیسم های چند سلولی به زندگی و تکثیر در یک محیط غذایی ادامه می دهند.

عملکردها در یک سلول بین اندامک های مختلفی مانند هسته سلول، میتوکندری و غیره توزیع می شوند. همه موجودات زنده یا مانند حیوانات چند سلولی، گیاهان و قارچ ها از سلول های زیادی تشکیل شده اند یا مانند بسیاری از تک یاخته ها و باکتری ها، تک سلولی هستند. ارگانیسم ها موجودات تک سلولی- دسته ای فراسیستماتیک از موجودات زنده که بدن آنها از یک سلول (در مقابل چند سلولی) تشکیل شده است. تک سلولی بودن). می تواند هم شامل پروکاریوت ها و هم یوکاریوت ها باشد. اعتقاد بر این است که اولین موجودات زنده روی زمین تک سلولی بودند. قدیمی ترین آنها باکتری ها و باستانی ها هستند. ارگانیسم چند سلولی- یک دسته غیر سیستماتیک از موجودات زنده که بدن آنها از سلول های زیادی تشکیل شده است که اکثر آنها (به جز سلول های بنیادی، به عنوان مثال، سلول های کامبیوم در گیاهان) متمایز هستند، یعنی از نظر ساختار و عملکرد متفاوت هستند. باید متمایز شود چند سلولیو استعمار. موجودات استعماری فاقد سلول های تمایز یافته واقعی هستند و از این رو بدن به بافت ها تقسیم می شود. نظریه سلولی مدرن شامل مفاد زیر است:
1) سلول واحد ساختار و رشد همه موجودات است.
2) سلول های موجودات از قلمروهای مختلف حیات وحش از نظر ساختار، ترکیب شیمیایی، متابولیسم و ​​تظاهرات اصلی فعالیت حیاتی مشابه هستند.
3) سلول های جدید در نتیجه تقسیم سلول مادر تشکیل می شوند.
4) در یک ارگانیسم چند سلولی، سلول ها بافت ها را تشکیل می دهند.
5) اندام ها از بافت ها تشکیل شده اند.

سلول های قارچ ها، گیاهان و حیوانات ساختار مشابهی دارند. در یک سلول سه بخش اصلی وجود دارد: هسته، سیتوپلاسم و غشای پلاسما. غشای پلاسمایی از لیپیدها و پروتئین ها تشکیل شده است. ورود مواد به سلول و آزاد شدن آنها از سلول را تضمین می کند. در سلول های گیاهان، قارچ ها و اکثر باکتری ها، یک غشای سلولی در بالای غشای پلاسمایی وجود دارد. این یک عملکرد محافظتی را انجام می دهد و نقش یک اسکلت را بازی می کند. در گیاهان، دیواره سلولی از سلولز تشکیل شده است، در حالی که در قارچ ها از ماده ای شبیه کیتین تشکیل شده است. سلول های حیوانی با پلی ساکاریدهایی پوشیده شده اند که تماس بین سلول های همان بافت را فراهم می کنند.

بلیط امتحانی -3

1. الزامات برای اشیاء بیولوژیکی؟ شیء زیستی- این یک تولید کننده است که محصول مورد نظر را بیوسنتز می کند، یا یک کاتالیزور، آنزیمی که واکنش ذاتی آن را کاتالیز می کند.

الزامات برای اشیاء بیولوژیکی

برای اجرای فرآیندهای بیوتکنولوژیکی، پارامترهای مهم اجسام بیولوژیکی هستند : خلوص، سرعت تکثیر سلولی و تولید مثل ذرات ویروسی، فعالیت و پایداری مولکول‌های زیستی یا بیوسیستم‌ها.

باید در نظر داشت که هنگام ایجاد شرایط مطلوب برای یک شی بیولوژیکی انتخاب شده بیوتکنولوژی، ممکن است همان شرایط مطلوب باشد، به عنوان مثال، برای میکروب ها - آلاینده ها یا آلاینده ها. نمایندگان میکرو فلور آلوده، ویروس ها، باکتری ها و قارچ ها هستند که در کشت سلول های گیاهی یا حیوانی یافت می شوند. در این موارد، میکروب‌های آلاینده به عنوان آفات تولید در بیوتکنولوژی عمل می‌کنند. هنگام استفاده از آنزیم ها به عنوان کاتالیزور زیستی، محافظت از آنها در حالت ایزوله یا بی حرکت از تخریب توسط میکرو فلورهای ساپروفیت پیش پا افتاده (نه بیماری زا) ضروری است که به دلیل عدم عقیم بودن سیستم می تواند از بیرون به فرآیند بیوتکنولوژیک نفوذ کند.

فعالیت و پایداری در حالت فعال اجسام بیولوژیکی یکی از مهمترین شاخص های مناسب بودن آنها برای استفاده طولانی مدت در بیوتکنولوژی است.

بنابراین، صرف نظر از موقعیت سیستماتیک شی بیولوژیکی، در عمل یا از ذرات سازمان یافته طبیعی (فاژها، ویروس ها) و سلول هایی با اطلاعات ژنتیکی طبیعی یا سلول هایی با اطلاعات ژنتیکی داده شده مصنوعی استفاده می شود، یعنی در هر صورت از سلول ها استفاده می شود. اعم از میکروارگانیسم، گیاه، حیوان یا شخص. به عنوان مثال می توان فرآیند به دست آوردن ویروس فلج اطفال را در کشت سلول های کلیه میمون ها به منظور ایجاد واکسن علیه این بیماری خطرناک نام برد. اگرچه ما در اینجا به تجمع ویروس علاقه مندیم، تولید مثل آن در سلول های ارگانیسم حیوانی انجام می شود. مثال دیگر مربوط به آنزیم هایی است که در حالت بی حرکت استفاده می شوند. منبع آنزیم ها نیز سلول های جدا شده یا انجمن های تخصصی آنها به شکل بافت است که بیوکاتالیست های لازم از آنها جدا می شود.

منابع ژنی را فهرست کنید؟

منابع بیولوژیکی - موجوداتی که موضوع ماهیگیری هستند یا ممکن است باشند. تمام اجزای تشکیل دهنده محیط زیست زیست کره (تولید کنندگان، مصرف کنندگان، تجزیه کننده ها). آنها به دسته منابع طبیعی تجدیدپذیر پایان پذیر تعلق دارند. بین منابع گیاهی، منابع حیات وحش، شکار، چرا و غیره تمایز قائل شوید. منابع ژنتیکی به طور خاص مشخص شده است، یعنی اطلاعات ژنتیکی ارثی موجود در کد ژنتیکی موجودات زنده.

توسعه بیوتکنولوژی ارتباط تنگاتنگی با استفاده از منابع ژنتیکی دارد. آنها، به عنوان یک قاعده، دارایی منحصر به فرد مناطق خاصی از جهان هستند و سنت های چند صد ساله و ویژگی های ملی کشاورزی، دامپروری و پزشکی اغلب بر اساس استفاده از آنها است.

منابع ژنتیکی - مواد ژنتیکی با ارزش واقعی یا بالقوه.

به نوبه خود، ماده ژنتیکی به عنوان هر ماده گیاهی، حیوانی، میکروبی یا دیگر منشاء حاوی واحدهای عملکردی وراثت تعریف می شود.

منابع بیولوژیکی - منابع ژنتیکی، ارگانیسم‌ها یا بخش‌های آنها، جمعیت‌ها یا هر جزء زیستی دیگر اکوسیستم‌ها که دارای کاربرد یا ارزش واقعی یا بالقوه برای بشریت هستند.

وظایف اشیاء بیولوژیکی چیست؟

اشیاء زیستی حلقه اصلی فرآیند بیوتکنولوژی هستند.

شیء زیستی - عنصر اصلی و ضروری تولید بیوتکنولوژیکی است که ویژگی آن را ایجاد می کند.

یک شی بیولوژیکی می تواند یک موجود زنده چند سلولی یا تک سلولی باشد که قابلیت حیات خود را حفظ کرده است. آنها می توانند سلول های جدا شده یک ارگانیسم چند سلولی و همچنین ویروس ها و مجتمع های چند آنزیمی جدا شده از سلول ها باشند که در یک فرآیند متابولیک خاص گنجانده شده اند. همچنین، یک آنزیم جدا شده فردی می تواند یک شیء زیستی باشد.

عملکرد شیء زیستی- بیوسنتز کامل محصول هدف، شامل یک سری واکنش های آنزیمی متوالی یا کاتالیز تنها یک واکنش آنزیمی، که برای به دست آوردن محصول هدف از اهمیت کلیدی برخوردار است.

ثابت شده است که استفاده از آنزیم ها در تولید به شکل بی حرکت، یعنی. مرتبط با یک حامل نامحلول منطقی ترین است، زیرا در این مورد استفاده چندگانه از آنها و استانداردسازی چرخه های تولید تکراری تضمین می شود.

اجسام زیستی هم شامل درشت مولکول ها و هم میکروارگانیسم ها می شوند. آنزیم ها به عنوان ماکرومولکول استفاده می شوند. استفاده از آنها منطقی ترین است، زیرا در این مورد استفاده چندگانه از آنها و ویژگی استاندارد تکرار چرخه های مشتق تضمین می شود.

از ویروس ها به عنوان اشیاء بیولوژیکی برای تهیه واکسن استفاده می شود. موقعیت غالب در فرآیند بیوتکنولوژی مدرن توسط سلول های میکروبی یوکاریوت ها و پروکاریوت ها اشغال شده است. آنها تولید کننده (شیء زیستی که بیوسنتز کامل محصول هدف را انجام می دهد) متابولیت های اولیه هستند که به عنوان دارو استفاده می شوند.

گیاهان عالی گسترده ترین منبع دارو هستند. هنگام استفاده از گیاهان به عنوان اشیاء بیولوژیکی، توجه اصلی بر روی کشت بافت های گیاهی در محیط های مصنوعی متمرکز است.

اشیاء بیوتکنولوژیک در سطوح مختلف سازمان قرار دارند:

الف) ساختارهای درون سلولی (ویروس ها، پلاسمیدها، DNA میتوکندری و کلروپلاست، DNA هسته ای).

ب) باکتری ها و سیانوباکتری ها.

د) جلبک ها؛

ه) تک یاخته؛

و) کشت سلولی گیاهی و حیوانی.

ز) گیاهان - پایین تر (anabena-azolla) و بالاتر - علف اردک.

انواع و وظایف DNA؟

اسیدهای نوکلئیک

در میان سایر مواد شیمیایی، DNA در یک گروه جداگانه در سال 1869 جدا شد. با این حال، ساختار و ساختار سه بعدی DNA توسط دانشمند انگلیسی F. Crick و J. Watson آمریکایی تنها در سال 1953 رمزگشایی شد. آنها یک مدل DNA ساختند. . این یک مارپیچ دوتایی است که هر دو رشته آن حول یک محور خیالی پیچ خورده است.

DNA از واحدهای زیادی از دئوکسی ریبونوکلئوتیدها تشکیل شده است که به چهار نوع تقسیم می شوند. آنها توالی های مشخصی را برای هر موجود زنده خاص تشکیل می دهند. این دئوکسی ریبونوکلئوتیدها تشکیلات سه جزئی هستند که از یک پایه هتروسیکلیک (پورین ها - آدنین یا گوانین، یا پیریمیدین ها - تیمین یا سیتوزین) تشکیل شده اند که به نوبه خود با دئوکسی ریبوز ترکیب می شوند.

سلول های پروکاریوتی حاوی یک کروموزوم است که شامل یک رشته دوگانه DNA است. سلول های یوکاریوتی حاوی چندین مولکول DNA هستند که با پروتئین ها مرتبط هستند و درون هسته سازماندهی می شوند. هسته توسط یک سیستم دو غشایی احاطه شده است.

عملکرد DNAاین شامل این واقعیت است که اطلاعات ژنتیکی را ذخیره می کند که برای رمزگذاری ساختار همه پروتئین ها و انواع RNA هر نوع ارگانیسم استفاده می شود، بیوسنتز سلولی و بافتی اجزا را تنظیم می کند و فردیت هر ارگانیسم را تضمین می کند. برخی از ویروس ها نیز از DNA به عنوان ماده ژنتیکی خود استفاده می کنند. DNA ویروسی کوچکتر از DNA باکتری است.

ساختار DNAدر DNA، به طور مشروط امکان تشخیص ساختارهای اولیه، ثانویه و سوم وجود دارد.

ساختار اولیه DNA- این کمیت، کیفیت و ترتیب آرایش باقیمانده های دئوکسی ریبونوکلئوتید در زنجیره های پلی نوکلئوتیدی است.

ساختار ثانویه DNA- سازماندهی زنجیره های پلی نوکلئوتیدی را در یک مولکول DNA نشان می دهد. مولکول DNA متشکل از دو زنجیره پلی نوکلئوتیدی است که در جهت مخالف یکدیگر و در سمت راست در اطراف محور مارپیچ قرار دارند تا یک نوع مارپیچ دوگانه را تشکیل دهند. قطر آن 1.8-2.0 نانومتر با دوره هویت 3.4 نانومتر است.

گروه های کربوهیدرات- فسفات در مارپیچ در خارج (پایه قند- فسفات) و بازهای نیتروژن دار در داخل قرار دارند. پایه های نیتروژنی دو زنجیره با پیوندهای هیدروژنی بر اساس اصل مکمل بودن به هم متصل می شوند: آدنین با تیمین پیوند دوگانه ایجاد می کند و گوانین به نوبه خود سه پیوند با سیتوزین تشکیل می دهد. مارپیچ دوگانه یک ساختار مشخصه برای اکثر مولکول های DNA است. برخی از ویروس ها حاوی DNA تک رشته ای و همچنین اشکال دایره ای DNA - پلاسمیدها هستند.

ساختار سوم DNA- این شکل گیری در فضا اشکال مارپیچ و ابرپیچ مولکول DNA است. ساختار سوم DNA (پروکاریوت ها و یوکاریوت ها) در برخی از ویژگی هایی که با ساختار و عملکرد سلول ها مرتبط است، متفاوت است. ساختار سوم DNA یوکاریوتی به دلیل ابرپیچش چندگانه مولکول تشکیل می شود و به شکل کمپلکس های DNA با پروتئین ها تحقق می یابد.

بلیط امتحان شماره 5_____

طبقه بندی اشیاء بیولوژیکی

درشت مولکول ها

آنزیم های تمام کلاس ها (اغلب هیدرولازها و ترانسفرازها)؛ شامل در شکل بی حرکت (مرتبط با حامل) استفاده چندگانه و استانداردسازی چرخه های تولید تکراری را فراهم می کند.

DNA و RNA - به شکل ایزوله، به عنوان بخشی از سلول های خارجی.

میکروارگانیسم ها

ویروس ها (با بیماری زایی ضعیف برای تولید واکسن استفاده می شوند).

سلول های پروکاریوتی و یوکاریوتی تولید کننده متابولیت های اولیه هستند: اسیدهای آمینه، بازهای نیتروژنی، کوآنزیم ها، مونو و دی ساکاریدها، آنزیم هایی برای درمان جایگزین و غیره. تولید کنندگان متابولیت های ثانویه: آنتی بیوتیک ها، آلکالوئیدها، هورمون های استروئیدی و غیره.

Normoflora - زیست توده انواع خاصی از میکروارگانیسم ها که برای پیشگیری و درمان دیس باکتریوز استفاده می شود.

پاتوژن های بیماری های عفونی - منابع آنتی ژن برای تولید واکسن.

m/o یا سلول های تراریخته - تولید کننده هورمون های پروتئینی خاص گونه برای انسان، فاکتورهای پروتئینی ایمنی غیر اختصاصی و غیره.

ماکرو ارگانیسم ها

گیاهان عالی مواد خام برای به دست آوردن مواد فعال بیولوژیکی هستند.

حیوانات - پستانداران، پرندگان، خزندگان، دوزیستان، بندپایان، ماهی ها، نرم تنان، انسان؛

موجودات تراریخته

انواع و وظایف RNA

یکی از مهمترین اکتشافات در نیمه دوم قرن بیستم، اسیدهای نوکلئیک RNA و DNA بود که به لطف آنها انسان به کشف اسرار طبیعت نزدیک شد.

اسیدهای نوکلئیکترکیبات آلی با خواص وزن مولکولی بالا هستند. آنها شامل هیدروژن، کربن، نیتروژن و فسفر هستند.

این یک زنجیره پلی نوکلئوتیدی منفرد (به جز ویروس ها) است که بسیار کوتاهتر از DNA است. یک مونومر RNA بقایای مواد زیر است: بازهای نیتروژن. مونوساکارید پنج کربنی؛ اسیدهای فسفر RNA ها دارای پایه های پیریمیدین (اوراسیل و سیتوزین) و پورین (آدنین، گوانین) هستند. ریبوز مونوساکارید نوکلئوتید RNA است.

سلول RNA اولین بار توسط یک بیوشیمیدان آلمانی R. Altman در حین مطالعه سلول های مخمر کشف شد. در اواسط قرن بیستم، نقش DNA در ژنتیک به اثبات رسید. تنها پس از آن انواع و عملکردهای RNA توصیف شد.

بسته به نوع RNA، عملکرد آن نیز متفاوت است. چندین نوع وجود دارد:

1) RNA پیام رسان (i-RNA).این بیوپلیمر گاهی اوقات به عنوان RNA پیام رسان (mRNA) نامیده می شود. این نوع RNA هم در هسته و هم در سیتوپلاسم سلول قرار دارد. هدف اصلی انتقال اطلاعات در مورد ساختار پروتئین از اسید دئوکسی ریبونوکلئیک به ریبوزوم است، جایی که مولکول پروتئین مونتاژ می شود. جمعیت نسبتاً کمی از مولکول های RNA، کمتر از 1٪ از کل مولکول ها.

2) RNA ریبوزومی (r-RNA).رایج ترین نوع RNA (حدود 90 درصد از کل مولکول های این نوع در سلول). R-RNA در ریبوزوم ها قرار دارد و الگویی برای سنتز مولکول های پروتئین است. دارای بیشترین ابعاد در مقایسه با سایر انواع RNA است. وزن مولکولی می تواند به 1.5 میلیون دالتون یا بیشتر برسد.

3) RNA انتقالی (t-RNA).عمدتاً در سیتوپلاسم سلول قرار دارد. هدف اصلی اجرای انتقال (انتقال) اسیدهای آمینه به محل سنتز پروتئین (به ریبوزوم) است. RNA انتقالی تا 10 درصد از کل مولکول های RNA واقع در سلول را تشکیل می دهد. در مقایسه با سایر مولکول های RNA (تا 100 نوکلئوتید) کوچکترین اندازه را دارد.

4) RNA مینور (کوچک).اینها مولکول های RNA هستند که اغلب با وزن مولکولی کوچک در قسمت های مختلف سلول (غشاء، سیتوپلاسم، اندامک ها، هسته و غیره) قرار دارند. نقش آنها به طور کامل درک نشده است. ثابت شده است که آنها می توانند به بلوغ RNA ریبوزومی کمک کنند، در انتقال پروتئین ها در غشای سلولی شرکت کنند، تکثیر مولکول های DNA را تقویت کنند و غیره.

5) ریبوزیم ها.نوعی از RNA که اخیراً شناسایی شده است که به طور فعال در فرآیندهای آنزیمی سلول به عنوان یک آنزیم (کاتالیزور) درگیر است.

6) RNA ویروسی.هر ویروسی می تواند فقط یک نوع اسید نوکلئیک داشته باشد: DNA یا RNA. بر این اساس، ویروس هایی که دارای یک مولکول RNA در ترکیب خود هستند، حاوی RNA نامیده می شوند. هنگامی که ویروسی از این نوع وارد سلول می شود، فرآیند رونویسی معکوس (تشکیل DNA جدید بر اساس RNA) می تواند رخ دهد و DNA ویروس تازه تشکیل شده در ژنوم سلول ادغام شده و وجود و تولید مثل عامل بیماری زا را تضمین می کند. نوع دوم این سناریو، تشکیل RNA مکمل بر روی ماتریس RNA ویروسی ورودی است. در این مورد، تشکیل پروتئین های ویروسی جدید، فعالیت حیاتی و تولید مثل ویروس بدون مشارکت اسید دئوکسی ریبونوکلئیک، تنها بر اساس اطلاعات ژنتیکی ثبت شده بر روی RNA ویروسی اتفاق می افتد.

انواع و عملکرد ژن ها؟

ژن، طبقه بندی و سازماندهی ژن ها
ژنتیک الگوهای وراثت و تنوع را که برای همه موجودات زنده جهانی است مطالعه می کند.
واحدهای گسسته ابتدایی وراثت هستند ژن ها. تولید مثل و عملکرد ژن ها مستقیماً با فرآیندهای ماتریکس مرتبط است. در حال حاضر ژن به عنوان واحد عملکرد ماده ارثی در نظر گرفته می شود. اساس شیمیایی یک ژن، مولکول DNA است.
چندین رویکرد برای طبقه بندی ژن ها وجود دارد که هر یک منعکس کننده ویژگی های عملکرد آنها در فرآیند انتوژن است. ژن ها به عنوان واحدهای عملکرد مواد ارثی به ژن های ساختاری، تنظیم کننده و تعدیل کننده تقسیم می شوند.
ژن های ساختاری حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار پروتئین (پلی پپتیدها) و اسیدهای ریبونوکلئیک (ریبوزومی و حمل و نقل) هستند، در حالی که اطلاعات ژنتیکی در فرآیند رونویسی و ترجمه یا فقط رونویسی محقق می شود.حدود 30000 ژن ساختاری در انسان وجود دارد، اما فقط یک بخشی از آنها بیان شده است.
فعالیت حیاتی سلول ها توسط مجموعه کوچکی از ژن های فعال تأمین می شود، در میان آنها ژن های "خانگی" - GOF (ژن های عملکردهای سلولی عمومی) و ژن های "لوکس" - GSP (ژن های عملکردهای تخصصی) وجود دارد. GOF ها اجرای عملکردهای سلولی جهانی را که برای فعالیت همه سلول ها ضروری است (ژن های هیستون، ژن های r-RNA و t-RNA و غیره) فراهم می کنند. GSP: 1- به طور انتخابی در سلول های تخصصی بیان می شوند و فنوتیپ آنها را تعیین می کنند (ژن های گلوبین ها، ایمونوگلوبولین ها و غیره). 2- تحت شرایط محیطی خاص عمل می کند و ژن های "پاسخ تطبیقی" را نشان می دهد. تعلق به GOF یا GSP توسط ساختار آغازگر تعیین می شود.
ژن‌های تنظیم‌کننده (ژن - تنظیم‌کننده اپرون لاکتوز، ژن TFM و غیره) فعالیت ژن‌های ساختاری را در سطح سلول، و همچنین سرکوب و سرکوب ژن‌ها را در سطح ارگانیسم هماهنگ می‌کنند. همراه با ژن‌های تنظیم‌کننده، توالی‌های تنظیمی (پرموتر، اپراتور، پایان‌دهنده، تقویت‌کننده‌ها، خفه‌کننده‌ها، عنصری قبل از پروموتر) وجود دارد که عملکرد آنها در تعامل با پروتئین‌های خاص آشکار می‌شود.
ژن های تعدیل کننده عملکرد ژن های ساختاری را تقویت یا تضعیف می کنند و فعالیت عملکردی آنها را تغییر می دهند.
ژن های ساختاری در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها به طور متفاوتی سازماندهی می شوند.
در پروکاریوت ها، ژن های ساختاری به صورت ژن های مستقل، واحدهای رونویسی و اپرون ها سازماندهی می شوند.
ژن های مستقل از یک توالی پیوسته از کدون ها تشکیل شده اند، آنها به طور مداوم بیان می شوند و در سطح رونویسی تنظیم نمی شوند (ژن تنظیم کننده اپرون لاکتوز). واحدهای رونویسی گروه‌هایی از ژن‌های مختلف هستند که از نظر عملکردی به طور همزمان به هم مرتبط و رونویسی می‌شوند، که متعاقباً مقدار یکسانی از محصولات سنتز شده را فراهم می‌کنند. معمولاً این‌ها ژن‌هایی برای پروتئین‌ها یا اسیدهای نوکلئیک هستند (در E. coli، یکی از رونوشت‌ها حاوی دو ژن t-RNA، سه ژن r-RNA است).
اپرون گروهی از ژن‌های ساختاری است که یکی پس از دیگری، تحت کنترل یک اپراتور - بخش خاصی از DNA، دنبال می‌شوند.
ژن‌های ساختاری دارای یک پروموتور، اپراتور و پایان‌دهنده مشترک هستند، در چرخه متابولیک یکسانی درگیر هستند و به شیوه‌ای هماهنگ تنظیم می‌شوند.
در یوکاریوت‌ها، ژن‌های ساختاری که عملکردشان با ژن‌های تنظیمی مرتبط است، به‌صورت ژن‌های مستقل، ژن‌های تکراری و خوشه‌های ژنی سازمان‌دهی می‌شوند.
ژن های مستقل، به عنوان یک قاعده، به صورت جداگانه قرار می گیرند، رونویسی آنها با رونویسی ژن های دیگر مرتبط نیست. فعالیت برخی از آنها توسط هورمون ها تنظیم می شود.
ژن های تکراری در کروموزوم به شکل تکرار (کپی) از یک ژن وجود دارند - ژن های هیستون ها، tRNA، rRNA. دلیل تکرار ژن های هیستون با نیاز به سنتز تعداد زیادی هیستون مشخص می شود که پروتئین های ساختاری اصلی هسته هستند (کل جرم هیستون ها برابر با جرم DNA است).
خوشه ژنی گروهی از ژن های مختلف با عملکردهای مرتبط است که در مناطق خاصی از کروموزوم ها قرار دارند. این خوشه شامل ژن‌ها و شبه‌زایی‌هایی است که فعال هستند (توالی‌های نوکلئوتیدی شبه‌ژن‌ها شبیه به دنباله‌های ژن‌های فعال عملکردی هستند، اما شبه‌ژن‌ها بیان نمی‌شوند و پروتئینی را تشکیل نمی‌دهند. خوشه‌ها اغلب یک خانواده ژنی هستند که از برخی ژن‌های اجدادی منشأ می‌گیرند.
یک مثال کلاسیک، ژن های گلوبین در خوشه های A و B است. هموگلوبین با هم و پروتئین تترامر گلوبین نشان داده می شود. تترامر گلوبین از دو زنجیره یکسان و دو زنجیره یکسان تشکیل شده است. توالی اسید آمینه هر زنجیره گلوبین توسط ژن خاص خود رمزگذاری می شود که به ترتیب بخشی از خوشه A یا B است. در انسان، خوشه A در کروموزوم 16 و خوشه B در کروموزوم 11 قرار دارد (شکل 20). خوشه B یک قطعه DNA 50 هزار جفت باز را اشغال می کند و شامل پنج ژن فعال عملکردی و یک شبه ژن است: یک ژن (epsilon). دو ژن (گاما)؛ کاذب (بتا)؛ ژن (دلتا) و ژن (بتا).
خوشه A به صورت فشرده تر قرار دارد و امتدادی از DNA با اندازه بیش از 28 هزار جفت باز را اشغال می کند و شامل یک ژن فعال (زتا)، شبه ژن (زتا)، شبه (آلفا) و ژن (آلفا) دو و (آلفا) است. ) یکی، پروتئین های یکسان را کد می کند. ژن های گلوبین در ساختار داخلی موزاییک هستند.
ژن های تکرار شونده و خوشه های ژن های گلوبین متعلق به خانواده چند ژنی هستند

بلیط امتحان شماره 7_____

تولید کنندگان پروتئین

تولید زیست توده میکروبی بزرگترین تولید میکروبیولوژیکی است. زیست توده میکروبی می تواند مکمل پروتئین خوبی برای حیوانات خانگی، پرندگان و ماهی ها باشد. تولید زیست توده میکروبی به ویژه برای کشورهایی که دانه های سویا را در مقیاس بزرگ کشت نمی کنند اهمیت دارد (کنجاله سویا به عنوان مکمل پروتئین سنتی برای خوراک استفاده می شود).

هنگام انتخاب یک میکروارگانیسم، نرخ رشد خاص و بازده زیست توده در یک بستر معین، پایداری در طی کشت درون خطی و اندازه سلول در نظر گرفته می‌شود. سلول های مخمر بزرگتر از باکتری ها هستند و با سانتریفیوژ راحت تر از مایع جدا می شوند. موتانت های پلی پلوئید مخمری با سلول های بزرگ می توانند رشد کنند. در حال حاضر، تنها دو گروه از میکروارگانیسم ها شناخته شده اند که دارای خواص لازم برای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ هستند: مخمر جنس کاندیدا بر روی n-آلکان ها (هیدروکربن های معمولی) و باکتری Methylophillus methylotrophus بر روی متانول.

میکروارگانیسم‌ها را می‌توان روی سایر محیط‌های غذایی نیز رشد داد: روی گازها، نفت، زباله‌های زغال‌سنگ، مواد شیمیایی، مواد غذایی، شراب و ودکا، و صنایع نجاری. مزایای اقتصادی استفاده از آنها آشکار است. بنابراین، یک کیلوگرم روغن فرآوری شده توسط میکروارگانیسم ها یک کیلوگرم پروتئین می دهد، و مثلاً یک کیلوگرم شکر - فقط 500 گرم پروتئین. ترکیب اسید آمینه پروتئین مخمر عملاً با ترکیب حاصل از میکروارگانیسم های رشد یافته در محیط های کربوهیدرات معمولی تفاوتی ندارد. آزمایشات بیولوژیکی فرآورده های مخمر رشد یافته بر روی هیدروکربن ها که هم در کشور ما و هم در خارج از کشور انجام شد، عدم وجود هرگونه اثر مضر بر بدن حیوانات آزمایش شده را نشان داد. آزمایش ها بر روی چندین نسل از ده ها هزار حیوان آزمایشگاهی و مزرعه انجام شد. مخمر فرآوری نشده حاوی لیپیدها و اسیدهای آمینه غیر اختصاصی، آمین های بیوژنیک، پلی ساکاریدها و اسیدهای نوکلئیک است و تأثیر آنها بر بدن هنوز به خوبی شناخته نشده است. بنابراین، جداسازی پروتئین از مخمر به شکل شیمیایی خالص پیشنهاد شده است. آزاد شدن آن از اسیدهای نوکلئیک نیز قبلاً بدون عارضه شده است.

در فرآیندهای بیوتکنولوژیکی مدرن مبتنی بر استفاده از میکروارگانیسم‌ها، تولیدکنندگان پروتئین مخمر، سایر قارچ‌ها، باکتری‌ها و جلبک‌های میکروسکوپی هستند.

از نقطه نظر فن آوری، بهترین آنها مخمر هستند. مزیت آنها در درجه اول در "قابلیت ساخت" نهفته است: رشد مخمر در شرایط تولید آسان است. آنها با سرعت رشد بالا، مقاومت در برابر میکرو فلور خارجی مشخص می شوند، می توانند هر منبع غذایی را جذب کنند، به راحتی جدا می شوند و هوا را با هاگ آلوده نمی کنند. سلول های مخمر حاوی حداکثر 25 درصد ماده خشک هستند. با ارزش ترین جزء زیست توده مخمر پروتئین است که از نظر ترکیب اسید آمینه نسبت به پروتئین دانه غلات برتری دارد و فقط کمی کمتر از پروتئین شیر و پودر ماهی است. ارزش بیولوژیکی پروتئین مخمر با وجود مقدار قابل توجهی از اسیدهای آمینه ضروری تعیین می شود. از نظر محتوای ویتامین، مخمر نسبت به تمام خوراک های پروتئینی از جمله پودر ماهی برتری دارد. علاوه بر این، سلول های مخمر حاوی عناصر کمیاب و مقدار قابل توجهی چربی است که اسیدهای چرب غیر اشباع بر آن غالب است. هنگام تغذیه با مخمر علوفه به گاوها، تولید شیر و محتوای چربی شیر افزایش می یابد و کیفیت خز در حیوانات خزدار بهبود می یابد. همچنین مخمرهایی که دارای آنزیم های هیدرولیتیک هستند و می توانند روی پلی ساکاریدها بدون هیدرولیز اولیه آنها رشد کنند نیز مورد توجه است. استفاده از چنین مخمری از مرحله پرهزینه هیدرولیز ضایعات حاوی پلی ساکارید جلوگیری می کند. بیش از 100 گونه مخمر شناخته شده است که به خوبی روی نشاسته به عنوان تنها منبع کربن رشد می کنند. در میان آنها، دو گونه به ویژه برجسته می شوند، که هم گلوکوامیلازها و هم β-آمیلازها را تشکیل می دهند، روی نشاسته با ضریب اقتصادی بالا رشد می کنند و نه تنها می توانند نشاسته را جذب کنند، بلکه تخمیر می کنند: Schwanniomyces occidentalis و Saccharomycopsis fibuliger. هر دو گونه تولیدکنندگان امیدوارکننده ای از پروتئین و آنزیم های آمیلولیتیک در زباله های حاوی نشاسته هستند. همچنین برای یافتن مخمرهایی که می توانند سلولز بومی را تجزیه کنند، جستجو می شود. سلولازها در چندین گونه، به عنوان مثال، در Trichosporon pullulans یافت شده است، اما فعالیت این آنزیم ها کم است و نیازی به صحبت در مورد استفاده صنعتی از چنین مخمرهایی نیست. مخمر از جنس Kluyveromyces به خوبی روی اینولین رشد می کند، ماده ذخیره اصلی غده های کنگر فرنگی اورشلیم، یک محصول علوفه مهم که می تواند برای به دست آوردن پروتئین مخمر نیز استفاده شود.

طبقه بندی آنزیمی

طبقه بندی آنزیم ها بر اساس مکانیسم عمل آنها است و شامل 6 کلاس است.

آنزیم‌ها به‌عنوان کاتالیزور زیستی دارای تعدادی خواص منحصربه‌فرد مانند فعالیت کاتالیزوری بالا و انتخاب‌پذیری عمل هستند. در برخی موارد، آنزیم ها دارای ویژگی مطلق هستند و تبدیل تنها یک ماده را کاتالیز می کنند. هر آنزیم pH بهینه خود را دارد که در آن فعالیت کاتالیزوری آن حداکثر است. با تغییر شدید pH، آنزیم ها به دلیل دناتوره شدن غیرقابل برگشت غیرفعال می شوند. شتاب واکنش با افزایش دما نیز با محدودیت های خاصی محدود می شود، زیرا در حال حاضر در دمای 40-50 درجه سانتیگراد، بسیاری از آنزیم ها دناتوره می شوند. این خواص آنزیم ها باید در هنگام توسعه فناوری یک داروی جدید در نظر گرفته شود.

از آنجایی که آنزیم ها مواد پروتئینی هستند، تعیین مقدار آنها در مخلوط با سایر پروتئین ها تقریباً غیرممکن است. حضور یک آنزیم در یک آماده سازی را می توان تنها با سیر واکنش کاتالیز شده توسط آنزیم مشخص کرد. در این مورد، محتوای آنزیم را می توان با تعیین مقدار محصولات واکنش تشکیل شده یا مقدار سوبسترای مصرفی تعیین کرد. واحد فعالیت آنزیم به مقداری در نظر گرفته می شود که تبدیل یک میکرومول از بستر را در 1 دقیقه در شرایط استاندارد معین کاتالیز می کند - یک واحد استاندارد فعالیت.

بخش عمده آنزیم هایی که به صورت صنعتی به دست می آیند هیدرولازها هستند. اینها اول از همه شامل آنزیم های آمیلولیتیک هستند: α-آمیلاز، β-آمیلاز، گلوکوآمیلاز. عملکرد اصلی آنها هیدرولیز نشاسته و گلیکوژن است. نشاسته به دکسترین و سپس به گلوکز هیدرولیز می شود. از این آنزیم ها در صنعت الکل، نانوایی استفاده می شود.

آنزیم های پروتئولیتیک دسته ای از هیدرولازهای پپتیدی را تشکیل می دهند. عمل آنها تسریع هیدرولیز پیوندهای پپتیدی در پروتئین ها و پپتیدها است. ویژگی مهم آنها ماهیت انتخابی عمل بر روی پیوندهای پپتیدی در مولکول پروتئین است. به عنوان مثال، پپسین تنها بر روی پیوند با اسیدهای آمینه معطر، تریپسین بر روی پیوند بین آرژنین و لیزین تأثیر می گذارد. در صنعت، آنزیم های پروتئولیتیک بر اساس توانایی آنها برای فعال بودن در محدوده pH خاص طبقه بندی می شوند:

pH 1.5 - 3.7 - پروتئازهای اسیدی.

pH 6.5 - 7.5 - پروتئازها.

· pH > 8.0 - پروتئازهای قلیایی.

پروتئازها به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شوند:

گوشت - برای نرم کردن گوشت؛

چرم - نرم شدن پوست؛

· تولید فیلم - انحلال لایه ژلاتینی در طول بازسازی فیلم ها.

عطرسازی - مواد افزودنی در خمیر دندان، کرم ها، لوسیون ها؛

· ساخت مواد شوینده - مواد افزودنی برای حذف آلودگی از طبیعت پروتئینی.

پزشکی - در درمان فرآیندهای التهابی، ترومبوز و غیره.

آنزیم های پکتولیتیک وزن مولکولی را کاهش داده و ویسکوزیته مواد پکتین را کاهش می دهند. پکتینازها به دو گروه هیدرولازها و ترانس لیمینازها تقسیم می شوند. هیدرالازها بقایای متیل را جدا می کنند یا پیوندهای گلیکوزیدی را می شکنند. ترانس لیمینازها با تشکیل پیوندهای دوگانه، شکست غیر هیدرولیتیک مواد پکتین را تسریع می کنند. آنها در صنعت نساجی (خیساندن کتان قبل از پردازش)، در شراب سازی - شفاف سازی شراب ها و همچنین در نگهداری آب میوه ها استفاده می شوند.

بلیط امتحان 8

1 رایج ترین نمایندگان سیانوباکتری ها کدامند؟ سیانوباکتری ها یا جلبک های سبز آبی (lat. Cyanobacteria) گروه وسیعی از باکتری های گرم منفی بزرگ هستند که ویژگی متمایز آن توانایی فتوسنتز است. سیانوباکتری ها پیچیده ترین و متمایزترین پروکاریوت ها هستند. سیانوباکتری ها در دریاها و آب های شیرین رایج هستند، پوشش خاک، می توانند در همزیست ها (گلسنگ ها) شرکت کنند. گونه های کمیاب برای انسان سمی و فرصت طلب هستند. جلبک های سبز آبی عناصر اصلی هستند که باعث "شکوفایی" آب می شوند که منجر به مرگ دسته جمعی ماهی ها، مسمومیت حیوانات و مردم می شود. برخی از گونه ها با ترکیب نادری از خواص مشخص می شوند: توانایی فتوسنتز و در عین حال تثبیت نیتروژن از هوای جو.

سیانوباکتری ها موجودات تک سلولی هستند، می توانند کلونی تشکیل دهند، اشکال رشته ای شناخته شده است. تولید مثل توسط شکافت دوتایی انجام می شود، شکافت چندگانه امکان پذیر است. چرخه زندگی در شرایط مطلوب 6-12 ساعت است.

سیانوباکتری ها به طور گسترده در طیف گسترده ای از طاقچه های اکولوژیکی در سراسر جهان توزیع شده اند که به آنها موجودات جهان وطنی می گویند. چنین توزیع گسترده ای با خواص بیولوژیکی سیانوباکتری ها - متابولیسم خاص، مقاومت بالا در برابر تغییرات در پارامترهای محیطی مانند دما، رطوبت، روشنایی، شوری، قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش و تشعشع و غیره مرتبط است. سیانوباکتری ها در تاندرا، در برف و یخ، در بیابان ها، در چشمه های آب گرم با دمای تا 80 درجه سانتیگراد، در دریاچه های شور و خاک زندگی می کنند.

بلیط امتحانی شماره 9

بلیط امتحانی شماره 10

بلیط امتحانی شماره 11

بلیط امتحانی شماره 12

1-باکتری های مفید چه نامیده می شوند؟ نمونه هایی از این گونه باکتری ها را ذکر کنید؟

باکتری های مفید یوباکتری نامیده می شوند. باکتری های اسید استیک که توسط جنس گلوکونوباکتر و استوباکتر نشان داده می شوند، باکتری های گرم منفی هستند که اتانول را به اسید استیک و اسید استیک را به دی اکسید کربن و آب تبدیل می کنند. جنس باسیلوس متعلق به باکتری های گرم مثبتی است که قادر به تشکیل اندوسپور بوده و دارای تاژک های پریتری است. B.subtilis یک هوازی سخت است، در حالی که B.thuringiensis می تواند در شرایط بی هوازی نیز زندگی کند. باکتری های بی هوازی و هاگ ساز توسط جنس کلستریدیوم نشان داده می شوند. C.acetobutylicum قندها را به استون، اتانول، ایزوپروپانول و n-بوتانول تخمیر می کند (تخمیر استوبوتانول)، گونه های دیگر نیز می توانند نشاسته، پکتین و ترکیبات مختلف نیتروژن را تخمیر کنند.