Pagrindiniai biotechnologijų objektai yra mikroskopiniai. Biologiniai objektai ir biotechnologijos metodai. Biotechnologijos objektai ir jų lygiai

kaip apie objektų biotechnologijomis gali būti: mikroorganizmų, gyvūnų ir augalų ląstelės, transgeniniai gyvūnai ir augalai, taip pat daugiakomponentės ląstelių ir atskirų fermentų fermentų sistemos.

Daugumos šiuolaikinių biotechnologinių pramonės šakų pagrindas yra mikrobų sintezė, t.y. įvairių biologiškai aktyvių medžiagų sintezė mikroorganizmų pagalba. Nepriklausomai nuo objekto pobūdžio, pagrindinis bet kurio biotechnologinio proceso kūrimo etapas yra gauti grynosios kultūros organizmai (jei tai mikrobai), ląstelės ar audiniai (jei tai sudėtingesni organizmai – augalai ar gyvūnai). Daugelis tolesnių manipuliacijų su pastarosiomis (t. y. su augalų ar gyvūnų ląstelėmis) etapų yra mikrobiologinėje gamyboje naudojami principai ir metodai. Tiek mikrobų ląstelių kultūros, tiek augalų ir gyvūnų audinių kultūros metodologiniu požiūriu praktiškai nesiskiria nuo mikroorganizmų kultūrų. pasaulis m mikroorganizmas itin įvairus. Užeiga. Iki šiol žinoma daugiau nei 100 000 skirtingų rūšių. Tai prokariotai(bakterijos, aktinomicetai, riketsijos, cianobakterijos) ir dalis e ukariotas(mielės, siūliniai grybai, kai kurie pirmuonys ir dumbliai). Esant labai įvairiems mikroorganizmams, svarbi problema yra teisingas organizmo pasirinkimas, galintis tiekti reikiamą produktą, t.y. tarnauti pramoniniams tikslams. Mikroorganizmai:

1) Pramoninis : E. coli ( E. coli), šieno lazda ( Tu. subtilis) ir kepimo mielės ( S.cerevisiae). Paprastai yavl-Xia gamina per daug. Superprodiuseriams gauti atliekami genetinės atrankos darbai, genų inžinerijos metodai (žmogaus genų įvedimas į bakterijas: genai interferonams, insulinui ir kt.). PS turėtų būti patentuotas.

2)pagrindinis- ribotas naudojimas, klasifikuojamas kaip GRAS("paprastai pripažintos saugiomis" bakterijomis) Bacillus subtilis, Bacillus amylolique-faciens, kitos bacilų ir laktobacilų rūšys, rūšys streptomijos, grybai Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, mielės Saccharomyces ir kiti . GRAS- mikroorganizmai yra nepatogeniški, netoksiški ir iš esmės nesudaro antibiotikų, todėl kuriant naują biotechnologinį procesą, reikėtų orientuotis į šiuos mikroorganizmus.

3) Modelis- bacilos (proteolitinių fermentų gamintojai).Yra modelių mikr.

Pagrindinis kriterijus renkantis biotechnologinį objektą yra galimybė susintetinti tikslinį produktą. mikroorganizmai turi (reikalavimai):

Turi didelį augimo tempą;

Išmeskite pigius substratus, reikalingus jų gyvenimui;

Būti atspariam pašalinei mikroflorai, t.y būti labai konkurencingam. (reikalavimai): gebėjimas augti ant pigių substratų, didelis ekonominis koeficientas, minimalus šalutinių produktų (toksiškų metabolitų, alergenų) susidarymas

Visa tai, kas išdėstyta pirmiau, žymiai sumažina tikslinio produkto gamybos sąnaudas. Toliau pateikti pavyzdžiai iliustruoja tai, kas buvo pasakyta iki šiol.

1. vienaląsčiai organizmai pasižymi didesniu augimo tempu ir sintetiniais procesais,

2. Ypatingas dėmesys, kaip biotechnologinės plėtros objektai fotosintetiniai mikroorganizmai kurie savo gyvenime naudoja saulės šviesos energiją.

3. termofiliniai mikroorganizmai auga 60-80 °C temperatūroje. Ši jų savybė yra beveik neįveikiama kliūtis svetimos mikrofloros vystymuisi.

24. Mikroorganizmų pranašumai prieš kitus objektus sprendžiant šiuolaikines biotechnologines problemas:

mažas dydis

· Visur esantis

Įvairūs metabolizmo tipai

Fototrofai

Užima nedidelį tūrį (1 ml iki 1 milijardo žmonių)

Didelis padalijimo greitis, greitas augimas

· Gali gyventi įvairiose aplinkose.

Fotosintetiniai organizmai yra perspektyvūs kaip amoniako, vandenilio, baltymų gamintojai.

Termofiliniai mikroorganizmai, augantys 60-80 laipsnių temperatūroje, tai patikima apsauga nuo taršos. Termofilų sintetinami fermentai, charakteris. padidėjęs atsparumas karščiui, tačiau tuo pačiu metu jie yra neaktyvūs įprastoje temperatūroje.

Mikroorganizmai kaip biotechnologijos objektai. Klasifikacija. Charakteristika.

Bakterijos yra labai įvairios pagal buveinių sąlygas, prisitaikymą, mitybos tipus ir bioenergijos formavimąsi, makroorganizmų – gyvūnų ir augalų – atžvilgiu. Seniausios bakterijų formos – archebakterijos sugeba gyventi ekstremaliomis sąlygomis (aukšta temperatūra ir slėgis, koncentruoti druskų tirpalai, rūgštiniai tirpalai). Eubakterijos (tipiški prokariotai arba bakterijos) yra jautresnės aplinkos sąlygoms.

Pagal mitybos tipą bakterijos skirstomos pagal energijos šaltinį:

fototrofai, naudojantys saulės šviesos energiją;

· chemoautotrofai, naudojantys neorganinių medžiagų (sieros, metano, amoniako junginių, nitritų, juodosios geležies junginių ir kt.) oksidacijos energiją;

Pagal medžiagos oksidacijos tipą:

organotrofai, kurie energiją gauna iš organinių medžiagų skaidymo į mineralus; šios bakterijos yra pagrindinės anglies ciklo dalyvės, tai pačiai grupei priklauso bakterijos, kurios naudoja fermentacijos energiją;

litotrofai (neorganinės medžiagos);

Pagal anglies šaltinio tipą:

heterotrofinis - naudoti organines medžiagas;

aftotrofinis - naudoti dujas;

Norėdami nurodyti naudojamo maisto rūšį:

1. energijos šaltinio pobūdis foto- arba chemo-;

2. Elektronų donorai lito- arba organiniai-;

3. Anglies afto ir hetero šaltiniai;

O terminas baigiasi žodžiais trofėjus. 8 skirtingų rūšių maistas.

Aukštesni gyvūnai ir augalai yra linkę į 2 maitinimo tipus:

1) Chemoorganoheterotrofija (gyvūnai)

2) Fotolitoaftotrofija (augalai)

Mikroorganizmai maitinasi visomis rūšimis ir, priklausomai nuo egzistavimo, gali pereiti nuo vieno prie kito

Yra atskira maisto rūšis:

Bakterijos yra patogus objektas genetiniams tyrimams. Labiausiai ištirta ir plačiausiai genų inžinerijos tyrimuose naudojama Escherichia coli (E. coli), gyvenanti žmogaus žarnyne.

Biotechnologinės produkcijos organizavimas ir struktūra. Biotechnologinės gamybos skiriamieji bruožai nuo tradicinių technologijų tipų. Biotechnologinės produkcijos privalumai ir trūkumai, lyginant su tradicinėmis technologijomis.

Įvairūs biotechnologiniai procesai, suradę pramoninį pritaikymą, lemia būtinybę atsižvelgti į dažniausiai pasitaikančias, svarbiausias problemas, kylančias kuriant bet kokią biotechnologinę produkciją. Pramoninės biotechnologijos procesai skirstomi į 2 dideles grupes: biomasės gamybą ir medžiagų apykaitos produktų gamybą. Tačiau ši klasifikacija neatspindi technologiškai reikšmingiausių pramoninių biotechnologinių procesų aspektų. Šiuo atžvilgiu būtina atsižvelgti į biotechnologinės gamybos etapus, jų panašumus ir skirtumus priklausomai nuo galutinio biotechnologinio proceso tikslo.

Yra 5 biotechnologinės gamybos etapai.

Du pradiniai etapai apima žaliavos ir biologiškai aktyvaus pagrindo paruošimą. Inžineriniuose enzimologijos procesuose jie paprastai susideda iš substrato tirpalo su nurodytomis savybėmis (pH, temperatūra, koncentracija) paruošimo ir tam tikro tipo fermentinio arba imobilizuoto fermentinio preparato partijos paruošimo. Vykdant mikrobiologinę sintezę būtini maistinės terpės paruošimo ir grynosios kultūros palaikymo etapai, kurie gali būti nuolat arba pagal poreikį naudojami procese. Gamintojo padermės grynos kultūros palaikymas yra pagrindinė bet kokios mikrobiologinės gamybos užduotis, nes labai aktyvi padermė, nepatyrusi nepageidaujamų pakitimų, gali būti garantas norint gauti tikslinį produktą su norimomis savybėmis.

Trečiasis etapas yra fermentacijos etapas, kurio metu susidaro tikslinis produktas. Šiame etape vyksta maistinės terpės komponentų mikrobiologinė transformacija iš pradžių į biomasę, vėliau, jei reikia, į tikslinį metabolitą.

Ketvirtajame etape tiksliniai produktai išskiriami ir išvalomi iš kultūros skysčio. Pramoniniams mikrobiologiniams procesams paprastai būdingas labai atskiestų tirpalų ir suspensijų susidarymas, kuriuose, be tikslo, yra daug kitų medžiagų. Šiuo atveju būtina atskirti labai panašaus pobūdžio medžiagų mišinius, kurie tirpale yra panašios koncentracijos, yra labai labilūs ir lengvai termiškai skaidomi.

Paskutinis biotechnologinės gamybos etapas – prekinių formų gaminių paruošimas. Bendra daugumos mikrobiologinės sintezės produktų savybė yra nepakankamas jų laikymo stabilumas, nes jie yra linkę skaidytis ir tokiu būdu sudaro puikią aplinką svetimos mikrofloros vystymuisi. Tai verčia technologus imtis specialių priemonių pramoninių biotechnologijų produktų saugai gerinti. Be to, medicininės paskirties vaistams pakavimo ir sandarinimo stadijoje reikalingi specialūs sprendimai, todėl jie turi būti sterilūs.

Pagrindinis biotechnologijų tikslas – pramoninis biologinių procesų ir agentų panaudojimas, pagrįstas itin efektyvių mikroorganizmų formų, norimų savybių turinčių augalų ir gyvūnų ląstelių kultūrų bei audinių gamyba. Biotechnologija atsirado biologijos, chemijos ir technikos mokslų sankirtoje.

Biotechnologinis procesas – apima eilę etanų: objekto paruošimą, jo auginimą, izoliavimą, valymą, modifikavimą ir produktų naudojimą.

Biotechnologiniai procesai gali būti pagrįsti partijomis arba nuolatiniu auginimu.

Daugelyje pasaulio šalių biotechnologijoms teikiama ypatinga reikšmė. Taip yra dėl to, kad biotechnologijos turi nemažai reikšmingų pranašumų, palyginti su kitų tipų technologijomis, pavyzdžiui, cheminėmis.

1). Visų pirma, tai yra mažas energijos suvartojimas. Biotechnologiniai procesai vykdomi esant normaliam slėgiui ir 20-40°C temperatūrai.

2). Biotechnologinė gamyba dažnai grindžiama standartinės tos pačios rūšies įrangos naudojimu. Tos pačios rūšies fermentai naudojami aminorūgščių, vitaminų gamybai; fermentai, antibiotikai.

3). Biotechnologinius procesus lengva padaryti be atliekų. Mikroorganizmai pasisavina įvairiausius substratus, todėl vienos gamybos atliekos su mikroorganizmų pagalba kitos gamybos metu gali virsti vertingais produktais.

4). Dėl biotechnologijų gamybos be atliekų jie yra ekologiškiausi

5). Tyrimai biotechnologijų srityje nereikalauja didelių kapitalo investicijų, jiems nereikia brangios įrangos.

Šiuolaikinės biotechnologijos prioritetiniai uždaviniai yra sukurti ir plačiai plėtoti:

1) naujos biologiškai aktyvios medžiagos ir vaistai medicinai (interferonai, insulinas, augimo hormonai, antikūnai);

2) Mikrobiologinė augalų apsauga nuo ligų ir žalos

lei, bakterinės trąšos ir augalų augimo reguliatoriai, nauji labai produktyvūs ir atsparūs neigiamiems aplinkos veiksniams žemės ūkio augalų hibridai, gauti genų ir ląstelių inžinerijos būdu;

3) vertingi pašarų priedai ir biologiškai aktyvios medžiagos (pašarų baltymai, aminorūgštys, fermentai, vitaminai, pašarų antibiotikai) gyvulininkystės produktyvumui didinti;

4) naujos technologijos ekonomiškai vertingiems produktams, skirtiems naudoti maisto, chemijos, mikrobiologijos ir kitose pramonės šakose, gauti;

5) giluminio ir efektyvaus žemės ūkio, pramonės ir buitinių atliekų perdirbimo technologijos, nuotekų ir dujų emisijos panaudojimas biodujoms ir kokybiškoms trąšoms gaminti.

Tradicinė (įprastinė) technologija – tai plėtra, kuri atspindi vidutinį gamybos lygį, kurį pasiekia dauguma pramonės produktų gamintojų. Tokia technologija nesuteikia jo pirkėjui didelių techninių ir ekonominių pranašumų bei gaminių kokybės, lyginant su analogiškais pirmaujančių gamintojų produktais, ir tokiu atveju nereikia tikėtis papildomo (virš vidutinio) pelno. Jo pranašumai pirkėjui yra palyginti maža kaina ir galimybė įsigyti praktikoje patikrintą technologiją. Tradicinė technologija, kaip taisyklė, sukuriama dėl pasenimo ir plačiai paplitusios pažangios technologijos. Tokios technologijos pardavimas dažniausiai vykdomas tokiomis kainomis, kurios pardavėjui kompensuoja jos paruošimo ir vidutinio pelno gavimo išlaidas.

Biotechnologinių procesų pranašumai, palyginti su cheminėmis technologijomis, biotechnologija turi šiuos pagrindinius privalumus:

galimybė gauti specifinių ir unikalių natūralių medžiagų, kurių kai kurių (pavyzdžiui, baltymų, DNR) dar negalima gauti cheminės sintezės būdu;

·vykdant biotechnologinius procesus esant santykinai žemai temperatūrai ir slėgiui;

Mikroorganizmai pasižymi žymiai didesniu augimo ir ląstelių masės kaupimosi greičiu nei kiti organizmai

· pigios žemės ūkio ir pramonės atliekos gali būti panaudotos kaip žaliava biotechnologijų procesuose;

biotechnologiniai procesai dažniausiai yra draugiškesni aplinkai nei cheminiai, turi mažiau kenksmingų atliekų, artimi natūraliems gamtoje vykstantiems procesams;

· paprastai technologija ir įranga biotechnologinėje gamyboje yra paprastesnė ir pigesnė.

Biotechnologinis etapas

Pagrindinis etapas yra tikrasis biotechnologinis etapas, kurio metu, naudojant vieną ar kitą biologinį agentą, žaliava paverčiama vienu ar kitu tiksliniu produktu.

Paprastai pagrindinis biotechnologinio etapo uždavinys yra gauti tam tikrą organinę medžiagą.

Biotechnologinis etapas apima:

Fermentacija yra procesas, atliekamas kultivuojant mikroorganizmus.

Biotransformacija yra cheminės medžiagos struktūros keitimo procesas, veikiant mikroorganizmų ląstelių arba paruoštų fermentų fermentiniam aktyvumui.

Biokatalizė – cheminės medžiagos transformacijos, vykstančios naudojant biokatalizatorius-fermentus.

Biooksidacija – tai teršalų suvartojimas mikroorganizmų arba mikroorganizmų susijungimo aerobinėmis sąlygomis.

Metano fermentacija yra organinių atliekų apdorojimas, naudojant metanogeninius mikroorganizmus anaerobinėmis sąlygomis.

Biokompostavimas – tai kenksmingų organinių medžiagų kiekio sumažinimas mikroorganizmams susijungiant kietose atliekose, kurioms suteikiama speciali atlaisvinta struktūra, užtikrinanti oro patekimą ir vienodą drėgmę.

Biosorbcija – kenksmingų priemaišų sorbcija iš dujų ar skysčių mikroorganizmais, dažniausiai fiksuojama ant specialių kietų nešėjų.

Bakterijų išplovimas – tai vandenyje netirpių metalų junginių perkėlimas į ištirpusią būseną, veikiant specialiems mikroorganizmams.

Biodegradacija – kenksmingų junginių naikinimas veikiant mikroorganizmams-biodestruktoriams.

Paprastai biotechnologinis etapas turi vieną skysčio srautą ir vieną dujų srautą kaip išėjimo srautus, kartais tik vieną skysčio srautą. Jei procesas vyksta kietoje fazėje (pvz., sūrio nokinimas arba atliekų biokompostavimas), išeiga yra perdirbto kieto produkto srautas.

Parengiamieji etapai

Parengiamieji etapai naudojami ruošiant ir paruošiant reikiamas žaliavų rūšis biotechnologiniam etapui.

Paruošimo etape gali būti naudojami šie procesai.

Aplinkos sterilizavimas – aseptiniams biotechnologiniams procesams, kai nepageidautinas svetimos mikrofloros patekimas.

Dujų (dažniausiai oro), reikalingų biotechnologinio proceso tekėjimui, paruošimas ir sterilizavimas. Dažniausiai oro paruošimas yra jo valymas nuo dulkių ir drėgmės, reikiamos temperatūros užtikrinimas ir valymas nuo ore esančių mikroorganizmų, įskaitant sporas.

Sėklų paruošimas. Akivaizdu, kad norint atlikti mikrobiologinį procesą arba izoliuotų augalų ar gyvūnų ląstelių kultivavimo procesą, reikia paruošti ir inokuliatą – anksčiau išaugintą nedidelį kiekį biologinio agento, lyginant su pagrindine stadija.

Biokatalizatoriaus paruošimas. Biotransformacijos ar biokatalizės procesams būtina iš anksto paruošti biokatalizatorių - fermentą laisvoje arba fiksuotoje formoje ant nešiklio, arba mikroorganizmų biomasę, anksčiau išaugintą iki būsenos, kurioje pasireiškia jo fermentinis aktyvumas.

Pirminis žaliavų apdorojimas. Jei žaliava patenka į gamybą netinkama tiesioginiam naudojimui biotechnologiniame procese forma, tada atliekama pirminio žaliavos paruošimo operacija. Pavyzdžiui, gaminant alkoholį, kviečiai pirmiausia susmulkinami, o po to jiems taikomas fermentinis „sucukrinimo“ procesas, po kurio sucukrinta misa biotechnologinėje stadijoje fermentacijos būdu paverčiama alkoholiu.

Produkto valymas

Šio etapo užduotis – pašalinti nešvarumus, padaryti gaminį kuo grynesnį.

Chromatografija yra procesas, panašus į adsorbciją.

Dializė yra procesas, kurio metu mažos molekulinės masės medžiagos gali praeiti pro pusiau pralaidžią pertvarą, o didelės molekulinės masės medžiagos išlieka.

Kristalizacija. Šis procesas pagrįstas skirtingu medžiagų tirpumu skirtingose ​​temperatūrose.

Produkto koncentracija

Kitas uždavinys – užtikrinti jo koncentraciją.

Koncentracijos stadijoje naudojami tokie procesai kaip garinimas, džiovinimas, nusodinimas, kristalizacija su gautų kristalų filtravimu, ultrafiltracija ir hiperfiltracija arba nanofiltracija, tarytum „išspaudžiant“ tirpiklį iš tirpalo.

Nuotekų ir išmetamųjų teršalų valymas

Šių nuotekų ir išmetamųjų teršalų valymas yra ypatingas uždavinys, kurį būtina išspręsti mūsų aplinkai nepalankiu metu. Iš esmės nuotekų valymas yra atskira biotechnologinė gamyba, kuri turi savo paruošiamuosius etapus, biotechnologinį etapą, aktyviojo dumblo biomasės nusodinimo etapą ir papildomo nuotekų valymo bei dumblo apdorojimo etapą.

Biotechnologijoje naudojamų biologinių objektų rūšys, jų klasifikacija ir charakteristikos. Gyvūninės kilmės biologiniai objektai. Augalinės kilmės biologiniai objektai.

Biotechnologijos objektai yra: organizuotos tarpląstelinės dalelės (virusai), bakterijų, grybų, pirmuonių ląstelės, grybų, augalų, gyvūnų ir žmonių audiniai, fermentai ir fermentų komponentai, biogeninės nukleorūgščių molekulės, lektinai, citokininai, pirminiai ir antriniai metabolitai.

Šiuo metu daugumą biologinių biotechnologijų objektų atstovauja 3 superkaralysčių atstovai:

1) Akoriotakas – akoriotinis arba nebranduolinis;

2) Prokariotiniai – prokariotai arba ikibranduoliniai;

3) Eukariotai – eukariotai arba branduoliniai.

Juos atstovauja 5 karalystės: virusai (neląstelinė organizuota dalelė) priskiriami akariotams; bakterijos priskiriamos prokariotams (morfologinis elementarus vienetas); eukariotai apima grybus, augalus ir gyvūnus. DNR, koduojančios genetinę informaciją, tipas (DNR arba RNR virusams).

Bakterijos turi ląstelinę organizaciją, tačiau branduolio medžiaga nuo citoplazmos nėra atskirta jokiomis membranomis ir nesusijusi su jokiais baltymais. Iš esmės bakterijos yra vienaląstės, jų dydis neviršija 10 mikrometrų. Visos bakterijos skirstomos į archobakterijas ir eubakterijas.

Grybai (Mycota) yra svarbūs biotechnologiniai objektai ir daugybės svarbių junginių maisto produktuose bei priedų gamintojai: antibiotikų, augalinių hormonų, dažiklių, grybų baltymų, įvairių rūšių sūrių. Mikromicetai nesudaro vaisiakūnio, o susidaro makromicetai. Jie turi gyvūnų ir augalų požymių.

Augalai (Plantae). Yra žinoma apie 300 tūkstančių augalų rūšių. Tai diferencijuoti organiniai augalai, kurių sudedamosios dalys yra audiniai (merimestentiniai, vientisieji, laidūs, mechaniniai, baziniai ir sekreciniai). Tik mirimestantiniai audiniai gali dalytis. Bet koks augalas tam tikromis sąlygomis gali gaminti neorganizuotą besidalijančių ląstelių masę – kaliusą. Svarbiausi biologiniai objektai yra augalų ląstelių protoplastai. Jiems trūksta ląstelės sienelės. Naudojamas ląstelių inžinerijoje. Dažnai naudojami jūros dumbliai. Iš jų gaunamas agaras ir alginatai (polisacharidai, naudojami mikrobiologinėms terpėms gaminti).

Gyvūnai (Animalia). Biotechnologijoje plačiai naudojami tokie biologiniai objektai kaip įvairių gyvūnų ląstelės. Be aukštesniųjų gyvūnų ląstelių, naudojamos pirmuonių ląstelės. Aukštesniųjų gyvūnų ląstelės naudojamos rekombinantinei DNR gauti ir toksikologiniams tyrimams atlikti.

Pagrindinis biotechnologinio proceso objektas yra ląstelė. Jis sintezuoja tikslinį produktą. Tiesą sakant, ląstelė yra miniatiūrinė chemijos gamykla, kurioje kas minutę susintetinami šimtai sudėtingų junginių.

Šiuolaikinės biotechnologinės gamybos pagrindas – įvairių medžiagų sintezė mikroorganizmų ląstelių pagalba. Aukštesniųjų augalų ir gyvūnų ląstelės dar nebuvo plačiai pritaikytos dėl didelių auginimo sąlygų reikalavimų.

Pradinis biotechnologinės plėtros etapas darosi grynos ląstelių ir audinių kultūros. Tolesnės manipuliacijos su šiomis kultūromis pasižymi klasikiniais mikrobiologiniais metodais pagrįstų metodų vienodumu. Tuo pačiu metu aukštesniųjų augalų ir gyvūnų ląstelių ir audinių kultūros prilyginamos mikroorganizmų kultūroms.

Eukariotai ir prokariotai. Dauguma mikroorganizmų yra vienaląsčiai būtybės. Mikrobų ląstelė nuo išorinės aplinkos yra atskirta ląstelės sienele, o kartais tik citoplazmine membrana, joje yra įvairių tarpląstelinių struktūrų. Yra du pagrindiniai ląstelių struktūros tipai, kurie skiriasi vienas nuo kito daugeliu pagrindinių savybių. Tai eukariotinės ir prokariotinės ląstelės. Mikroorganizmai, turintys tikrą branduolį, vadinami eukariotais (eu – iš graikų – tiesa, karyo – branduolys). Mikroorganizmai su primityviu branduoliniu aparatu priskiriami prokariotams (ikibranduoliniams).

Tarp mikroorganizmų prokariotams apima bakterijas, aktinomicetus ir melsvadumblius (cianobakterijas), eukariotams- kiti dumbliai (žalieji, rudieji, raudonieji), mikomicetai (gleivių pelėsiai), žemesni grybai - mikromicetai (įskaitant mieles), pirmuonys (žaliavos, blakstienėlės ir kt.).

Bendra jų savybė – nedidelis dydis, matomas tik pro mikroskopą. Šiuo metu žinoma daugiau nei 100 tūkstančių įvairių mikroorganizmų rūšių.

Prokariotai nevyksta mitozės ir mejozės procesų. Jie dažniau dauginasi paprastu ląstelių dalijimusi.

eukariotų ląstelėje yra branduolys, atskirtas nuo citoplazmos, supantis jį dviejų sluoksnių branduoline membrana su poromis. Branduolyje yra 1-2 branduoliai - ribosomų RNR sintezės centrai ir chromosomos - pagrindiniai paveldimos informacijos nešėjai, susidedantys iš DNR ir baltymų. Dalijimosi metu chromosomos pasiskirsto tarp dukterinių ląstelių dėl sudėtingų procesų – mitozės ir mejozės. Eukariotų citoplazmoje yra mitochondrijų, o fotosintetiniuose organizmuose – chloroplastų. Ląstelę supanti citoplazminė membrana patenka į citoplazmos vidų į endoplazminį tinklą; taip pat yra membraninė organelė – Golgi aparatas.

prokariotinės ląstelės sutvarkyta paprasčiau. Jie neturi aiškios ribos tarp branduolio ir citoplazmos, nėra branduolinės membranos. Šiose ląstelėse esanti DNR nesudaro struktūrų, panašių į eukariotų chromosomas. Prokariotai nevyksta mitozės ir mejozės procesų. Dauguma prokariotų nesudaro tarpląstelinių organelių, apribotų membranomis, nėra mitochondrijų ir chloroplastų.

Mikroorganizmų formų su pageidaujamomis savybėmis parinkimas

Mikroorganizmų, turinčių auginimui reikalingų savybių, formų parinkimas apima kelis etapus.

2.1. Mikroorganizmų išskyrimas. Mėginiai imami iš mikroorganizmų buveinių (dirvožemio, augalų liekanų ir kt.). Kalbant apie angliavandenilius oksiduojančius mikroorganizmus, tokia vieta gali būti prie degalinių esantis dirvožemis, vynuogėse gausu vyno mielių, atrajotojų prieskrandyje dideliais kiekiais gyvena anaerobinę celiuliozę skaidantys ir metaną formuojantys mikroorganizmai.

2.2. Laikymo kultūrų gavimas. Mėginiai įvedami į specialios sudėties skystą maistinę terpę, sukuriant palankias sąlygas gamintojo vystymuisi (temperatūra, pH, energijos šaltiniai, anglis,
azotas ir kt.). Cholesterolio oksidazės gamintojui kaupti naudojamos terpės, kuriose cholesterolis yra vienintelis anglies šaltinis; angliavandenilius oksiduojantys mikroorganizmai – aplinka su parafinais; proteolitinių arba lipolitinių fermentų gamintojai – terpės, turinčios baltymų ar lipidų.

2.3. Grynųjų kultūrų izoliacija. Mėginiai iš sodrinimo kultūrų sėjami į tankią maistinę terpę. Atskiros mikroorganizmų ląstelės tankiose maistinėse terpėse susidaro izoliuotos
kolonijos ar klonai, kai jie pakartotinai pasėjami, gaunamos grynos kultūros, susidedančios iš vieno tipo gamintojo ląstelių.

Kitas mikroorganizmų atrankos būdas yra iš esamų kolekcijų. Pavyzdžiui, antibiotikų gamintojai dažnai yra aktinomicetai, etanolis – mielės.

Klonuoti- vienos ląstelės kultūra grynoji kultūra- tos pačios rūšies mikroorganizmų individų grupė padermės- kultūros, izoliuotos iš skirtingų gamtinių aplinkų arba iš tos pačios aplinkos skirtingu laiku.

2.4. Gebėjimo sintetinti tikslinį produktą nustatymas - pagrindinis kriterijus renkantis gamintojus. Mikroorganizmai turi atitikti šiuos reikalavimus:

1) turi didelį augimo tempą;

2) naudoti pigius substratus visam gyvenimui;

3) būti atsparūs svetimos mikrofloros infekcijai.

Vienaląsčiams organizmams būdingas didesnis sintetinių procesų greitis nei aukštesniems augalams ir gyvūnams. Taigi, 500 kg sverianti karvė per dieną susintetina apie 0,5 kg baltymų. Tiek pat baltymų per vieną dieną galima gauti su 5 g mielių. Įdomūs fotosintetiniai mikroorganizmai, naudojantys šviesos energiją ir gebantys pasisavinti atmosferos azotą. Termofiliniai mikroorganizmai yra naudingi. Jų naudojimas sumažina papildomas išlaidas pramoninės įrangos sterilizavimui. Šių organizmų augimo ir metabolizmo greitis yra 1,5-2 kartus didesnis nei mezofilų. Jų sintezuojami fermentai yra atsparūs karščiui, rūgštims ir organiniams tirpikliams.

Biotechnologijos metodai

Biotechnologijoje yra 2 metodai: 1) Atranka; 2) Genų inžinerija. Labai aktyviems produktams gauti naudojami atrankos metodai. Atrankos pagalba buvo gautos pramoninės mikroorganizmų padermės, kurių sintetinis aktyvumas dešimtis ir šimtus kartų viršija pirminių padermių aktyvumą.

Pasirinkimas

Pasirinkimas - kryptinga mutantų (organizmų, kurių paveldimumas staigiai pasikeitė) atranka. Bendras atrankos būdas yra perėjimas nuo paprastos gamintojų atrankos prie sąmoningo jų genomo konstravimo. Kiekviename etape iš mikroorganizmų populiacijos atrenkami efektyviausi klonai. Tokiu būdu ilgą laiką buvo atrenkamos alaus, vyno, kepinių, acto mielių, propiono rūgšties bakterijų padermės ir kt.. Taikoma laipsniška atranka: kiekviename etape iš mikroorganizmų populiacijos atrenkami efektyviausi klonai. . Spontaniškomis mutacijomis pagrįsto atrankos metodo ribotumas yra susijęs su jų žemu dažniu, o tai labai apsunkina proceso intensyvinimą. DNR struktūros pokyčiai yra reti. Kad įvyktų mutacija, genas turi padvigubėti vidutiniškai 10 6–10 8 kartus. Produktyviausių mutantų atrankos auginant nepertraukiamu režimu pavyzdys yra mielių atranka pagal atsparumą etanoliui, mielių atliekų produktui. Dėl sukeltos mutagenezės žymiai paspartėja atranka – smarkiai padidėja mutacijų dažnis biologiniame objekte su dirbtiniu genomo pažeidimu. Ultravioletinė, rentgeno ar y spinduliuotė, kai kurie cheminiai junginiai, sukeliantys pirminės DNR struktūros pokyčius, turi mutageninį poveikį. Geriausiai žinomi ir naudojami mutagenai yra azoto rūgštis, alkilinančios medžiagos ir kt.

Atlikite išsamų patikrinimą (atranka) gauti klonai. Atrinkus produktyviausius klonus, kartojamas gydymas tuo pačiu ar kitu mutagenu, vėl parenkamas produktyviausias variantas ir pan., t.y. mes kalbame apie laipsnišką atranką pagal susidomėjimą.

Darbo intensyvumas yra pagrindinis sukeltos mutagenezės ir vėlesnės laipsniškos atrankos metodo trūkumas. Metodo trūkumas – ir informacijos apie mutacijų pobūdį trūkumas, tyrėjas atrenka pagal galutinį rezultatą.

genetinė inžinerija

Genų inžinerija – tai kryptingas biologinių objektų modifikavimas, atsirandantis dėl dirbtinai sukurtų genetinių programų įdiegimo. Genų inžinerijos lygiai:

1)genetinė– tiesioginis manipuliavimas rekombinantine DNR, įskaitant atskirus genus;

2)chromosominės– manipuliavimas genų grupėmis arba atskiromis chromosomomis;

3)genominis(ląstelinė) – visos arba daugumos genetinės medžiagos perkėlimas iš vienos ląstelės į kitą (ląstelių inžinerija). Šiuolaikine prasme genų inžinerija apima rekombinantinę DNR technologiją.

Darbas genų inžinerijos srityje apima 4 etapus: 1) norimo geno gavimas; 2) įterpiant jį į vektorių, galintį replikuotis; 3) geno įvedimas naudojant vektorių į organizmą; 4) mityba ir ląstelių, įgijusių norimą geną, atranka.

Aukštesniųjų augalų genetinė inžinerija atliekama ląstelių, audinių ir organizmo lygmenimis.

Ląstelių inžinerijos pagrindas yra somatinių ląstelių hibridizacija – nelytinių ląstelių susiliejimas į vientisą visumą. Ląstelių susiliejimas gali būti baigtas arba įvedant atskiras jų dalis (mitochondrijas, chloroplastus ir kt.).

Somatinė hibridizacija leidžia kryžminti genetiškai tolimus organizmus. Augalų, grybelių ir bakterijų ląstelės išlaisvinamos iš ląstelės sienelės prieš suliejant ir gaunant protoplastus. Tada išorinės citoplazminės membranos depoliarizuojamos kintamu elektriniu arba magnetiniu lauku, naudojami Ca + katijonai. Ląstelės sienelė yra veikiama fermentinės hidrolizės.

Klausimai savityrai

1. Kas yra biotechnologijos objektas?

2. Kokie yra ląstelių struktūros tipai?

3. Kokie yra kultūros augimo etapai?

4. Kas yra atranka ir genų inžinerija?

4 Pagrindinė biotechnologinio proceso grandis yra biologinis objektas, galintis atlikti tam tikrą žaliavos modifikaciją ir suformuoti vieną ar kitą reikalingą produktą. Tokie biotechnologijos objektai gali būti mikroorganizmų, gyvūnų ir augalų ląstelės, transgeniniai gyvūnai ir augalai, grybai, taip pat daugiakomponentės ląstelių fermentų sistemos ir atskiri fermentai. Daugumos šiuolaikinių biotechnologinių pramonės šakų pagrindas yra mikrobų sintezė, t.y. įvairių biologiškai aktyvių medžiagų sintezė mikroorganizmų pagalba. Deja, augalinės ir gyvūninės kilmės objektai dėl daugelio priežasčių dar nerado tokio plataus pritaikymo. Todėl ateityje mikroorganizmus tikslinga laikyti pagrindiniais biotechnologijų objektais.

1 Mikroorganizmai – pagrindiniai biotechnologijos objektai Šiuo metu žinoma daugiau nei 100 tūkstančių įvairių mikroorganizmų tipų. Tai visų pirma bakterijos, aktinomicetai, melsvadumbliai. Esant tokiai įvairiai mikroorganizmų įvairovei, labai svarbi, o neretai ir sudėtinga problema yra teisingai parinkti būtent tą organizmą, kuris gali pateikti norimą produktą, t.y. tarnauti pramoniniams tikslams. 5

Daugelyje biotechnologinių procesų naudojamas ribotas mikroorganizmų skaičius, kurie yra klasifikuojami kaip GRAS („bendrai pripažinti kaip saugūs“). Tokie mikroorganizmai yra bakterijos Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, kitų tipų bacilos ir laktobacilos, Streptomyces rūšys. Tai taip pat apima grybų rūšis Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, mieles Saccharomyces ir kt. GRAS-mikroorganizmai yra nepatogeniški, netoksiški ir paprastai nesudaro antibiotikų, todėl kuriant naują biotechnologinį procesą reikia sutelkti dėmesį į šie mikroorganizmai kaip pagrindiniai biotechnologijų objektai. 6

Mikrobiologijos pramonė šiuo metu naudoja tūkstančius mikrobų padermių, kurios iš pradžių buvo išskirtos iš natūralių šaltinių, remiantis jų naudingomis savybėmis, o vėliau patobulintos įvairiais metodais. Plečiantis gamybai ir gaminių asortimentui, į mikrobiologinę pramonę įsitraukia vis daugiau mikrobų pasaulio atstovų. Pažymėtina, kad artimiausioje ateityje nė vienas iš jų nebus tiriamas taip, kaip E. coli ir Bac. subtilis. To priežastis – didžiulis tokio pobūdžio tyrimų sunkumas ir didelės kainos. 7

Todėl iškyla problema kuriant mokslinių tyrimų strategiją ir taktiką, kuri leistų protingomis darbo sąnaudomis iš naujų mikroorganizmų potencialo išgauti viską, kas vertingiausia kuriant pramoniniu požiūriu svarbias gamintojų padermes, tinkamas naudoti biotechnologijoje. procesus. Klasikinis metodas yra izoliuoti norimą mikroorganizmą nuo natūralių sąlygų. Medžiagos mėginiai paimami iš siūlomo gamintojo natūralių buveinių (imami medžiagos mėginiai) ir pasėjami į selektyvinę terpę, užtikrinančią vyraujančią dominančio mikroorganizmo vystymąsi, t.y. gaunamos vadinamosios saugojimo kultūros. 8

Kitas žingsnis yra grynosios kultūros išskyrimas, tolesnis izoliuoto mikroorganizmo tyrimas ir, jei reikia, apytikslis jo produktyvumo nustatymas. Yra ir kitas būdas atrinkti mikroorganizmus gamintojus – tai norimos rūšies pasirinkimas iš turimų gerai ištirtų ir nuodugniai apibūdintų mikroorganizmų kolekcijų. Tai, žinoma, pašalina būtinybę atlikti daugybę darbui imlių operacijų. 9

Pagrindinis kriterijus renkantis biotechnologinį objektą – gebėjimas susintetinti tikslinį produktą. Tačiau, be to, paties proceso technologija gali turėti papildomų reikalavimų, kurie kartais yra labai labai svarbūs, o ne lemtingi. Apskritai mikroorganizmai turi turėti didelį augimo greitį, naudoti pigius substratus, reikalingus jų gyvybinei veiklai, gyventi svetimoje mikrofloroje, t.y. būti labai konkurencingi. Visa tai, kas išdėstyta pirmiau, žymiai sumažina tikslinio produkto gamybos sąnaudas. 10

Štai keletas pavyzdžių, įrodančių mikroorganizmų, kaip biotechnologijų objektų, vaidmenį: 1. Vienaląsčiams organizmams, kaip taisyklė, būdingi didesni augimo tempai ir sintetiniai procesai nei aukštesniems organizmams. Tačiau taip yra ne visiems mikroorganizmams. Kai kurios iš jų auga itin lėtai, tačiau yra įdomios, nes gali gaminti įvairias labai vertingas medžiagas. vienuolika

2. Ypatingą dėmesį, kaip biotechnologinės plėtros objektus, skiria fotosintetiniai mikroorganizmai, kurie savo gyvenime naudoja saulės šviesos energiją. Kai kurios iš jų (cianobakterijos ir fotosintetiniai eukariotai) naudoja CO2 kaip anglies šaltinį, o kai kurie cianobakterijų atstovai, be visų aukščiau išvardytų, turi savybę pasisavinti atmosferos azotą (t. y. yra itin nereiklūs maistinėms medžiagoms). Fotosintetiniai mikroorganizmai yra perspektyvūs kaip amoniako, vandenilio, baltymų ir daugelio organinių junginių gamintojai. Tačiau dėl ribotų pagrindinių žinių apie jų genetinę organizaciją ir molekulinius biologinius gyvybės mechanizmus, jų naudojimo pažangos artimiausiu metu tikėtis neverta. 12

3. Šiek tiek dėmesio skiriama tokiems biotechnologijų objektams kaip termofiliniai mikroorganizmai, augantys °C temperatūroje. Ši jų savybė yra beveik neįveikiama kliūtis svetimos mikrofloros vystymuisi gana nesteriliai auginant, t.y. yra patikima apsauga nuo taršos. Tarp termofilų buvo rasta alkoholių, aminorūgščių, fermentų ir molekulinio vandenilio gamintojų. Be to, jų augimo greitis ir medžiagų apykaitos aktyvumas yra 1,5-2 kartus didesnis nei mezofilų. Termofilų sintetinami fermentai pasižymi padidėjusiu atsparumu karščiui, kai kurioms oksiduojančioms medžiagoms, plovikliams, organiniams tirpikliams ir kitiems nepalankiems veiksniams. Tuo pačiu metu įprastoje temperatūroje jie nėra labai aktyvūs. 13

Taigi vieno iš termofilinių mikroorganizmų atstovų proteazės 20 °C temperatūroje yra 100 kartų mažiau aktyvios nei 75 °C temperatūroje. Pastaroji yra labai svarbi kai kurioms pramonės produkcijos savybė. Pavyzdžiui, termofilinės bakterijos Thermus aquaticus fermentas Tag-polymerase buvo plačiai pritaikytas genų inžinerijoje. Jau minėjome dar vieną labai esminę šių organizmų savybę, būtent, kad juos kultivuojant aplinkos, kurioje jie gyvena, temperatūra gerokai viršija aplinkos temperatūrą. Šis didelis temperatūrų skirtumas užtikrina greitą ir efektyvų šilumos mainą, leidžiantį naudoti biologinius reaktorius be didelių gabaritų aušinimo įrenginių. O pastarasis savo ruožtu palengvina maišymą, aeraciją, putų šalinimą, o tai kartu gerokai sumažina proceso kainą. 14

2 Mikroorganizmų išskyrimas ir atranka Neatsiejama komponentė vertingiausių ir aktyviausių gamintojų kūrimo procese, t.y. renkantis objektus biotechnologijoje, yra jų atranka. Pagrindinis atrankos būdas – sąmoningas genomų konstravimas kiekviename norimo gamintojo atrankos etape. Ši situacija ne visada galėjo būti įgyvendinta, nes trūko veiksmingų metodų, kaip pakeisti atrenkamų organizmų genomus. Svarbų vaidmenį kuriant mikrobų technologijas suvaidino metodai, pagrįsti spontaniškai atsirandančių pakitusių variantų, pasižyminčių norimais naudingais bruožais, atranka. 15

Tokiais metodais dažniausiai taikoma laipsniška atranka: kiekviename atrankos etape iš mikroorganizmų populiacijos atrenkami aktyviausi variantai (spontaniški mutantai), iš kurių kitame etape atrenkami nauji, efektyvesni padermės ir pan. Nepaisant akivaizdaus šio metodo apribojimo, kurį sudaro mažas mutantų atsiradimo dažnis, dar per anksti jo galimybes laikyti visiškai išnaudotomis. 16

Naudojant indukuotos mutagenezės metodą, efektyviausių gamintojų atrankos procesas gerokai paspartėja. Kaip mutageninis poveikis naudojamas UV, rentgeno ir gama spinduliuotės, tam tikros cheminės medžiagos ir kt. Tačiau ši technika taip pat nėra be trūkumų, iš kurių pagrindinis yra jos kruopštumas ir informacijos apie pokyčių pobūdį trūkumas, nes eksperimentatorius pasirenka pagal galutinį rezultatą. 17

Pavyzdžiui, organizmo atsparumas sunkiųjų metalų jonams gali būti siejamas su šių katijonų įsisavinimo bakterijų ląstelėse slopinimu, katijonų pašalinimo iš ląstelės proceso aktyvavimu arba sistemos (-ių), kuriai (-ėms) veikia slopinamasis poveikis, pertvarkymu. ląstelėje esančio katijono. Natūralu, kad stabilumo didinimo mechanizmų išmanymas leis atlikti kryptingą veiksmą, kad galutinis rezultatas būtų pasiektas per trumpesnį laiką, taip pat pasirinkti parinktis, labiau tinkančias konkrečioms gamybos sąlygoms. Šių metodų taikymas kartu su klasikinio veisimo metodais yra šiuolaikinio mikroorganizmų gamintojų veisimo esmė. 18

Pavyzdžiui, organizmo atsparumas sunkiųjų metalų jonams gali būti siejamas su šių katijonų įsisavinimo bakterijų ląstelėse slopinimu, katijonų pašalinimo iš ląstelės proceso aktyvavimu arba sistemos (-ių), kuriai (-ėms) veikia slopinamasis poveikis, pertvarkymu. ląstelėje esančio katijono. Natūralu, kad stabilumo didinimo mechanizmų išmanymas leis atlikti kryptingą veiksmą, kad galutinis rezultatas būtų pasiektas per trumpesnį laiką, taip pat pasirinkti parinktis, labiau tinkančias konkrečioms gamybos sąlygoms. Šių metodų taikymas kartu su klasikinio veisimo metodais yra šiuolaikinio mikroorganizmų gamintojų veisimo esmė. 19

EGZAMINO BILIETAS Nr.1

Biotechnologijos objektai ir jų lygiai

Biotechnologija – tai bet kokia technologija, apimanti biologinių sistemų, gyvų organizmų ar jų darinių naudojimą gaminiams ar procesams gaminti arba modifikuoti specifiniam jų naudojimui Biotechnologiniai ištekliai – tai biologiniai ištekliai, naudojami biotechnologiniuose procesuose.

Gamybos objektai turi atitikti tam tikrus reikalavimus: - gebėjimas augti pigioje maistinėje terpėje; - didelis augimo greitis ir tikslinio produkto susidarymas; - minimalus šalutinių produktų susidarymas; - gamintojo stabilumas ir gamybinių savybių santykis; - nekenksmingumas. gamintojo ir tikslinio produkto žmogui ir aplinkos aplinkai Svarbi biologinio objekto savybė yra atsparumas infekcijai, svarbus sterilumui ir atsparumui fagams palaikyti. Bioobjekto funkcijas sudaro visiška tikslinio produkto biosintezė, įskaitant eilę nuoseklių fermentinių reakcijų arba tik vienos fermentinės reakcijos katalizę, kuri yra labai svarbi norint gauti tikslinį produktą.

Biotechnologijos objektai yra labai įvairūs ir jų asortimentas apima nuo organizuotų dalių (virusų) iki žmonių.Bioobjektas, kuris atlieka pilną tikslinio produkto biosintezę, vadinamas gamintoju.

b) bakterijos ir cianobakterijos;

d) dumbliai;

e) pirmuonys;

g) augalai – žemesnioji (anabena-azolla) ir aukštesnioji – ančiukas.

Šiuo atveju biologiniais objektais gali būti molekulės (fermentai, imunomoduliatoriai, nukleozidai, oligo- ir polipeptidai ir kt.), organizuotos dalys (virusai, fagai), vienaląsčiai (bakterijos, mielės) ir daugialąsčiai individai (gijiniai aukštesni grybai, augalų audiniai, vienasluoksnės kultūros). žinduolių ląstelės), sveiki augalų ir gyvūnų organizmai. Tačiau net ir tada, kai biomolekulė naudojama kaip biotechnologijos objektas, jos pradinę biosintezę daugeliu atvejų vykdo atitinkamos ląstelės. Todėl galima teigti, kad biotechnologijų objektai priklauso arba mikrobams, arba augalų ir gyvūnų organizmams.

Kokie yra organizmų ląstelių gebėjimai?

Ląstelė yra elementari biologinė sistema, galinti savaime atsinaujinti, daugintis ir vystytis. Ląstelių struktūros yra augalų ir gyvūnų struktūros pagrindas. Kad ir kokia įvairi atrodytų organizmų sandara, ji paremta panašiomis struktūromis – ląstelėmis.
Ląstelė turi visas gyvos sistemos savybes:
vykdo medžiagų ir energijos mainus;
auga;
atkuria ir paveldi jo savybes;
reaguoja į išorinius signalus (dirgiklius);
galintis judėti.
Tai žemiausias organizuotumo lygis, turintis visas šias savybes, mažiausias struktūrinis ir funkcinis gyvenimo vienetas. Gali gyventi ir atskirai: izoliuotos daugialąsčių organizmų ląstelės toliau gyvena ir dauginasi maistinėje terpėje.

Funkcijos ląstelėje pasiskirsto tarp įvairių organelių, tokių kaip ląstelės branduolys, mitochondrijos ir kt. Visi gyvi organizmai, kaip ir daugialąsčiai gyvūnai, augalai ir grybai, susideda iš daugelio ląstelių arba, kaip ir daugelis pirmuonių ir bakterijų, yra vienaląsčiai. organizmai. vienaląsčiai organizmai- ekstrasisteminė gyvų organizmų kategorija, kurios kūnas susideda iš vienos (priešingai nei daugialąsčių) ląstelių. vienaląsčių). Tai gali apimti ir prokariotus, ir eukariotus. Manoma, kad pirmieji gyvi organizmai Žemėje buvo vienaląsčiai. Seniausios iš jų yra bakterijos ir archėjos. daugialąstelis organizmas- nesisteminė gyvų organizmų kategorija, kurios kūną sudaro daug ląstelių, kurių dauguma (išskyrus kamienines ląsteles, pavyzdžiui, kambio ląsteles augaluose) yra diferencijuotos, tai yra, skiriasi struktūra ir funkcijomis. Reikėtų išskirti daugialąsteliškumas Ir kolonijiškumas. Kolonijiniams organizmams trūksta tikrų diferencijuotų ląstelių, taigi ir kūno dalijimosi į audinius. Šiuolaikinė ląstelių teorija apima šias nuostatas:
1) ląstelė yra visų organizmų sandaros ir vystymosi vienetas;
2) skirtingų laukinės gamtos karalysčių organizmų ląstelės yra panašios savo struktūra, chemine sudėtimi, medžiagų apykaita ir pagrindinėmis gyvybinės veiklos apraiškomis;
3) dėl motininės ląstelės dalijimosi susidaro naujos ląstelės;
4) daugialąsčiame organizme ląstelės formuoja audinius;
5) Organai susideda iš audinių.

Grybų, augalų ir gyvūnų ląstelės turi panašią struktūrą. Ląstelėje yra trys pagrindinės dalys: branduolys, citoplazma ir plazminė membrana. Plazmos membraną sudaro lipidai ir baltymai. Jis užtikrina medžiagų patekimą į ląstelę ir jų išsiskyrimą iš ląstelės. Augalų, grybų ir daugumos bakterijų ląstelėse virš plazminės membranos yra ląstelių membrana. Jis atlieka apsauginę funkciją ir atlieka skeleto vaidmenį. Augalų ląstelės sienelę sudaro celiuliozė, o grybų – į chitiną panaši medžiaga. Gyvūnų ląstelės yra padengtos polisacharidais, kurie užtikrina kontaktą tarp to paties audinio ląstelių.

EGZAMINO BILIETAS -3

1. Reikalavimai biologiniams objektams? Bioobjektas- tai gamintojas, kuris biosintetina norimą produktą, arba katalizatorius, fermentas, katalizuojantis jam būdingą reakciją.

Reikalavimai biologiniams objektams

Biotechnologiniams procesams įgyvendinti svarbūs biologinių objektų parametrai : grynumas, ląstelių dauginimosi greitis ir viruso dalelių dauginimasis, biomolekulių ar biosistemų aktyvumas ir stabilumas.

Reikia turėti omenyje, kad kuriant palankias sąlygas pasirinktam biologiniam biotechnologijų objektui, tokios pat sąlygos gali pasirodyti palankios, pavyzdžiui, mikrobams – teršalams ar teršalams. Užterštos mikrofloros atstovai yra virusai, bakterijos ir grybai, randami augalų ar gyvūnų ląstelių kultūrose. Tokiais atvejais mikrobai-teršalai veikia kaip biotechnologijų gamybos kenkėjai. Naudojant fermentus kaip biokatalizatorius, atsiranda būtinybė apsaugoti juos izoliuotus ar imobilizuotus nuo sunaikinimo banalios saprofitinės (ne patogeninės) mikrofloros, kuri dėl sistemos nesterilumo gali prasiskverbti į biotechnologinį procesą iš išorės.

Biologinių objektų aktyvumas ir stabilumas aktyvioje būsenoje yra vienas iš svarbiausių jų tinkamumo ilgalaikiam naudojimui biotechnologijoje rodiklių.

Taigi, nepriklausomai nuo sisteminės biologinio objekto padėties, praktiškai naudojamos arba natūralios organizuotos dalelės (fagai, virusai) ir ląstelės su natūralia genetine informacija, arba ląstelės su dirbtinai suteikta genetine informacija, tai yra bet kuriuo atveju naudojamos ląstelės. , ar tai mikroorganizmas, augalas, gyvūnas ar žmogus. Pavyzdžiui, galime pavadinti poliomielito viruso gavimo procesą beždžionių inkstų ląstelių kultūroje, kad būtų sukurta vakcina nuo šios pavojingos ligos. Nors mus čia domina viruso kaupimasis, jo dauginimasis vyksta gyvūninio organizmo ląstelėse. Kitas pavyzdys yra fermentai, naudojami imobilizuoti. Fermentų šaltinis taip pat yra izoliuotos ląstelės arba jų specializuotos asociacijos audinių pavidalu, iš kurių išskiriami reikalingi biokatalizatoriai.

Išvardinti genų išteklius?

Biologiniai ištekliai – organizmai, kurie yra arba gali būti žvejybos objektai; visi gyvenamąją aplinką formuojantys biosferos komponentai (gamintojai, vartotojai, skaidytojai). Jie priklauso išsenkančių atsinaujinančių gamtos išteklių kategorijai. Atskirkite augalų išteklius, laukinės gamtos išteklius, medžioklę, ganymą ir kt. Ypač išskiriami genetiniai ištekliai, tai yra paveldima genetinė informacija, esanti gyvų būtybių genetiniame kode.

Biotechnologijų plėtra glaudžiai susijusi su genetinių išteklių naudojimu. Paprastai jie yra unikalus tam tikrų pasaulio regionų turtas, o šimtmečių senumo tradicijos ir nacionalinės žemės ūkio, gyvulininkystės, medicinos ypatybės dažnai grindžiamos jų naudojimu.

Genetiniai ištekliai – faktinės ar potencialios vertės genetinė medžiaga.

Savo ruožtu genetinė medžiaga apibrėžiama kaip bet kokia augalinės, gyvūninės, mikrobinės ar kitos kilmės medžiaga, turinti funkcinių paveldimumo vienetų.

Biologiniai ištekliai – genetiniai ištekliai, organizmai ar jų dalys, populiacijos ar bet kurie kiti biotiniai ekosistemų komponentai, kurie turi faktinės ar potencialios naudos ar vertės žmonijai.

Kokias funkcijas atlieka biologiniai objektai?

Bioobjektai yra pagrindinė biotechnologinio proceso grandis.

Bioobjektas - pagrindinis ir nepakeičiamas biotechnologinės gamybos elementas, kuriantis jos specifiką.

Biologinis objektas gali būti vientisas daugialąstis arba vienaląstis organizmas, išlaikęs gyvybingumą. Tai gali būti izoliuotos daugialąsčio organizmo ląstelės, taip pat iš ląstelių išskirti virusai ir multifermentiniai kompleksai, įtraukti į tam tikrą medžiagų apykaitos procesą. Taip pat atskiras izoliuotas fermentas gali būti bioobjektas.

Bioobjekto funkcija- visiška tikslinio produkto biosintezė, įskaitant eilę iš eilės vykstančių fermentinių reakcijų arba tik vienos fermentinės reakcijos katalizę, kuri yra labai svarbi norint gauti tikslinį produktą.

Įrodyta, kad fermentų panaudojimas gamyboje imobilizuota forma, t.y. susieti su netirpiu nešikliu yra racionaliausia, nes tokiu atveju užtikrinamas daugkartinis jų naudojimas ir pasikartojančių gamybos ciklų standartizavimas.

Bioobjektai apima ir makromolekules, ir mikroorganizmus bei makroorganizmus. Fermentai naudojami kaip makromolekulės. Jų naudojimas yra racionaliausias, nes tokiu atveju užtikrinamas daugkartinis jų naudojimas ir standartinis pasikartojančių išvestinių ciklų pobūdis.

Virusai naudojami kaip biologiniai objektai ruošiant vakcinas. Šiuolaikiniame biotechnologiniame procese dominuojančią vietą užima eukariotų ir prokariotų mikrobinės ląstelės. Jie yra pirminių metabolitų, naudojamų kaip vaistai, gamintojai (bioobjektas, vykdantis visą tikslinio produkto biosintezę).

Aukštesni augalai yra didžiausias vaistų šaltinis. Naudojant augalus kaip biologinius objektus, pagrindinis dėmesys skiriamas augalų audinių auginimui dirbtinėse terpėse.

Biotechnologiniai objektai yra skirtinguose organizavimo lygiuose:

a) tarpląstelinės struktūros (virusai, plazmidės, mitochondrijų ir chloroplastų DNR, branduolio DNR);

b) bakterijos ir cianobakterijos;

d) dumbliai;

e) pirmuonys;

f) augalų ir gyvūnų ląstelių kultūros;

g) augalai – žemesnioji (anabena-azolla) ir aukštesnioji – ančiukas.

DNR tipai ir funkcijos?

Nukleino rūgštys

Be kitų cheminių medžiagų, 1869 m. atskiroje grupėje buvo išskirta DNR. Tačiau DNR struktūrą ir trimatę struktūrą anglų mokslininkas F. Crickas ir amerikietis J. Watsonas iššifravo tik 1953 m. Sukonstravo DNR modelį. . Tai dviguba spiralė, kurios abi sruogos yra susuktos aplink įsivaizduojamą ašį.

DNR susideda iš daugybės dezoksiribonukleotidų vienetų, kurie skirstomi į keturis tipus. Jie sudaro specifines sekas, būdingas kiekvienam konkrečiam gyvam organizmui. Šie deoksiribonukleotidai yra trijų komponentų dariniai, susidedantys iš heterociklinės bazės (purinai – adeninas arba guaninas, arba pirimidinai – timinas arba citozinas), kurios savo ruožtu jungiasi su dezoksiriboze.

Prokariotinėse ląstelėse yra viena chromosoma, kuri apima dvigubą DNR grandinę. Eukariotinės ląstelės turi keletą DNR molekulių, kurios yra susijusios su baltymais ir yra organizuotos branduolyje. Branduolys yra apsuptas dviejų membranų sistema.

DNR funkcija susideda iš to, kad joje saugoma genetinė informacija, kuri naudojama koduoti visų kiekvieno organizmo tipo baltymų ir visų tipų RNR struktūrą, reguliuoja ląstelių ir audinių komponentų biosintezę ir užtikrina kiekvieno organizmo individualumą. Kai kurie virusai taip pat naudoja DNR kaip savo genetinę medžiagą. Viruso DNR yra mažesnė nei bakterijų DNR.

DNR struktūra. DNR sąlygiškai galima atskirti pirminę, antrinę ir tretinę struktūras.

Pirminė DNR struktūra- tai dezoksiribonukleotidų liekanų kiekis, kokybė ir išsidėstymo polinukleotidų grandinėse tvarka.

Antrinė DNR struktūra- vaizduoja polinukleotidų grandinių organizavimą DNR molekulėje. DNR molekulė susideda iš dviejų polinukleotidų grandinių, nukreiptų viena priešais kitą ir dešinėje aplink spiralės ašį, kad sudarytų dvigubos spiralės tipą. Jo skersmuo yra 1,8–2,0 nm, o tapatumo laikotarpis yra 3,4 nm.

Angliavandenių-fosfatų grupės spiralėje yra išorėje (cukraus-fosfato bazė), o azoto bazės yra viduje. Dviejų grandinių azotinės bazės yra sujungtos vandeniliniais ryšiais pagal komplementarumo principą: adeninas sudaro dvigubą jungtį su timinu, o guaninas savo ruožtu sudaro tris ryšius su citozinu. Dviguba spiralė yra būdinga daugumai DNR molekulių. Kai kuriuose virusuose yra viengrandžių DNR, taip pat žiedinių DNR formų – plazmidžių.

Tretinė DNR struktūra- tai DNR molekulės spiralinių ir superspiralinių formų susidarymas erdvėje. Tretinė DNR struktūra (prokariotai ir eukariotai) skiriasi kai kuriomis savybėmis, kurios yra susijusios su ląstelių struktūra ir funkcija. Tretinė eukariotinės DNR struktūra susidaro dėl daugybinio molekulės superspiralijos ir realizuojama DNR kompleksų su baltymais pavidalu.

EGZAMINO BILIETAS Nr.5_____

Biologinių objektų klasifikacija

makromolekulių

Visų klasių fermentai (dažnai hidrolazės ir transferazės); įskaitant imobilizuota forma (susijusi su laikikliu), suteikianti daugkartinį naudojimą ir pasikartojančių gamybos ciklų standartizavimą;

DNR ir RNR - izoliuota forma, kaip svetimų ląstelių dalis.

Mikroorganizmai

Virusai (susilpninto patogeniškumo naudojami vakcinoms gaminti);

Prokariotinės ir eukariotinės ląstelės gamina pirminius metabolitus: aminorūgštis, azotines bazes, kofermentus, mono- ir disacharidus, pakaitinei terapijai skirtus fermentus ir kt.); -antrinių metabolitų gamintojai: antibiotikai, alkaloidai, steroidiniai hormonai ir kt.;

Normoflora – tam tikrų rūšių mikroorganizmų, naudojamų disbakteriozės profilaktikai ir gydymui, biomasė;

Infekcinių ligų sukėlėjai – antigenų šaltiniai vakcinų gamybai;

Transgeninės m / o arba ląstelės - rūšiai specifinių baltymų hormonų gamintojai, nespecifinio imuniteto baltyminiai veiksniai ir kt.

Makroorganizmai

Aukštesni augalai yra žaliava biologiškai aktyvioms medžiagoms gauti;

Gyvūnai – žinduoliai, paukščiai, ropliai, varliagyviai, nariuotakojai, žuvys, moliuskai, žmonės;

transgeniniai organizmai.

RNR tipai ir funkcijos?

Vienas svarbiausių dvidešimtojo amžiaus antrosios pusės atradimų buvo nukleino rūgštys RNR ir DNR, kurių dėka žmogus priartėjo prie gamtos paslapčių atskleidimo.

Nukleino rūgštys yra organiniai junginiai, pasižymintys didelės molekulinės masės savybėmis. Jie apima vandenilį, anglį, azotą ir fosforą.

Tai viena polinukleotidų grandinė (išskyrus virusus), kuri yra daug trumpesnė nei DNR. Vienas RNR monomeras yra šių medžiagų likučiai: azoto bazės; penkių anglies monosacharidas; fosforo rūgštys. RNR turi pirimidino (uracilo ir citozino) ir purino (adenino, guanino) bazes. Ribozė yra RNR nukleotido monosacharidas.

RNR ląstelę pirmasis atrado vokiečių biochemikas R. Altmanas, tyrinėdamas mielių ląsteles. Dvidešimtojo amžiaus viduryje buvo įrodytas DNR vaidmuo genetikoje. Tik tada buvo aprašyti RNR tipai ir funkcijos.

Priklausomai nuo RNR tipo, skiriasi ir jos funkcijos. Yra keletas tipų:

1) Messenger RNR (i-RNR).Šis biopolimeras kartais vadinamas pasiuntinio RNR (mRNR). Šio tipo RNR yra tiek ląstelės branduolyje, tiek citoplazmoje. Pagrindinis tikslas – informacijos apie baltymo struktūrą perkėlimas iš dezoksiribonukleino rūgšties į ribosomas, kuriose surenkama baltymo molekulė. Santykinai maža RNR molekulių populiacija, mažiau nei 1% visų molekulių.

2) Ribosominė RNR (r-RNR). Labiausiai paplitęs RNR tipas (apie 90% visų tokio tipo molekulių ląstelėje). R-RNR yra ribosomose ir yra baltymų molekulių sintezės šablonas. Jis turi didžiausius matmenis, palyginti su kitų tipų RNR. Molekulinė masė gali siekti 1,5 milijono daltonų ar daugiau.

3) Pernešimo RNR (t-RNR). Jis daugiausia yra ląstelės citoplazmoje. Pagrindinis tikslas yra aminorūgščių transportavimas (pernešimas) į baltymų sintezės vietą (į ribosomas). Pernešimo RNR sudaro iki 10% visų ląstelėje esančių RNR molekulių. Jis yra mažiausio dydžio, palyginti su kitomis RNR molekulėmis (iki 100 nukleotidų).

4) Mažoji (mažoji) RNR. Tai RNR molekulės, dažniausiai mažos molekulinės masės, esančios įvairiose ląstelės dalyse (membranoje, citoplazmoje, organelėse, branduolyje ir kt.). Jų vaidmuo nėra visiškai suprantamas. Įrodyta, kad jie gali padėti bręsti ribosomų RNR, dalyvauti baltymų pernešime per ląstelės membraną, skatinti DNR molekulių dauginimąsi ir kt.

5) Ribozimai. Neseniai nustatytas RNR tipas, kuris kaip fermentas (katalizatorius) aktyviai dalyvauja ląstelės fermentiniuose procesuose.

6) Virusinė RNR. Bet kuriame viruse gali būti tik vienos rūšies nukleino rūgšties: DNR arba RNR. Atitinkamai, virusai, kurių sudėtyje yra RNR molekulės, vadinami turinčiais RNR. Šio tipo virusui patekus į ląstelę, gali vykti atvirkštinės transkripcijos (naujos DNR susidarymo RNR pagrindu) procesas, o naujai susidariusi viruso DNR integruojama į ląstelės genomą ir užtikrina patogeno egzistavimą bei dauginimąsi. Antrasis scenarijaus variantas yra papildomos RNR susidarymas ant gaunamos virusinės RNR matricos. Šiuo atveju naujų viruso baltymų susidarymas, gyvybinė viruso veikla ir dauginimasis vyksta nedalyvaujant dezoksiribonukleino rūgščiai, tik remiantis viruso RNR užfiksuota genetine informacija.

Genų tipai ir funkcijos?

Genas, genų klasifikacija ir organizavimas
Genetika tiria paveldimumo ir kintamumo modelius, kurie yra universalūs visiems gyviems organizmams.
Elementarieji diskretieji paveldimumo vienetai yra genai. Genų dauginimasis ir veikimas yra tiesiogiai susiję su matricos procesais. Šiuo metu genas laikomas paveldimos medžiagos veikimo vienetu. Cheminis geno pagrindas yra DNR molekulė.
Yra keletas požiūrių į genų klasifikavimą, kurių kiekvienas atspindi jų veikimo ypatumus ontogenezės procese. Genai, kaip paveldimos medžiagos funkcijos vienetai, skirstomi į struktūrinius, reguliuojančius ir moduliuojančius genus.
Struktūriniuose genuose yra informacija apie baltymo (polipeptidų) ir ribonukleino rūgščių (ribosomų ir transportavimo) struktūrą, o genetinė informacija realizuojama transkripcijos ir transliacijos arba tik transkripcijos procese.Žmogaus organizme yra apie 30 000 struktūrinių genų, tačiau tik a. dalis jų išreikšta.
Ląstelių gyvybinę veiklą užtikrina nedidelis veikiančių genų rinkinys, tarp jų yra „buitiniai“ genai - GOF (bendrųjų ląstelių funkcijų genai) ir „prabangos“ genai - GSP (specializuotų funkcijų genai). GOF numato universalių ląstelių funkcijų įgyvendinimą, kurios būtinos visų ląstelių veiklai (histono genai, r-RNR ir t-RNR genai ir kt.). GSP: 1- selektyviai ekspresuojami specializuotose ląstelėse, nustatant jų fenotipą (globinų, imunoglobulinų genai ir kt.); 2 – veikia tam tikromis aplinkos sąlygomis ir atstovauja „adaptyviojo atsako“ genams. Priklausymą GOF arba GSP lemia iniciatoriaus struktūra.
Reguliaciniai genai (genas – laktozės operono reguliatorius, TFM genas ir kt.) koordinuoja struktūrinių genų veiklą ląstelės lygmenyje, taip pat genų derepresiją ir represiją organizmo lygmeniu. Kartu su reguliaciniais genais yra reguliavimo sekos (promotorius, operatorius, terminatorius, stiprikliai, duslintuvai, elementas prieš promotorių), kurių funkcija atsiskleidžia sąveikaujant su specifiniais baltymais.
Moduliatorių genai sustiprina arba susilpnina struktūrinių genų veikimą, keičia jų funkcinį aktyvumą.
Struktūriniai genai prokariotuose ir eukariotuose organizuojami skirtingai.
Prokariotuose struktūriniai genai yra organizuoti kaip nepriklausomi genai, transkripcijos vienetai ir operonai.
Nepriklausomi genai susideda iš ištisinės kodonų sekos, jie yra nuolat ekspresuojami ir nėra reguliuojami transkripcijos lygiu (laktozės operono reguliatoriaus genas). Transkripcijos vienetai yra skirtingų genų grupės, kurios yra funkciškai susietos ir transkribuojamos vienu metu, o tai vėliau suteikia tiek pat susintetintų produktų. Paprastai tai yra baltymų arba nukleorūgščių genai (E. coli, viename iš transkriptų yra du t-RNR genai, trys r-RNR genai).
Operonas yra struktūrinių genų grupė, sekanti vienas po kito, kontroliuojama operatoriui – tam tikra DNR dalis.
Struktūriniai genai turi bendrą promotorių, operatorių ir terminatorių, dalyvauja tame pačiame metabolizmo cikle ir yra reguliuojami koordinuotai.
Eukariotuose struktūriniai genai, kurių funkcija yra susijusi su reguliuojančiais, yra organizuoti kaip nepriklausomi genai, pasikartojantys genai ir genų klasteriai.
Nepriklausomi genai, kaip taisyklė, išsidėstę individualiai, jų transkripcija nesusijusi su kitų genų transkripcija. Kai kurių iš jų veiklą reguliuoja hormonai.
Pasikartojantys genai yra chromosomoje vieno geno pasikartojimų (kopijų) pavidalu – genai histonams, tRNR, rRNR. Histonų genų pasikartojimo priežastį lemia poreikis susintetinti daug histonų, kurie yra pagrindiniai branduolio struktūriniai baltymai (bendra histonų masė lygi DNR masei).
Genų klasteris yra skirtingų genų grupė su susijusiomis funkcijomis, lokalizuota tam tikruose chromosomų regionuose. Klasteriui priklauso aktyviai funkcionuojantys genai ir pseudogenai (Pseudogenų nukleotidų sekos panašios į funkciškai aktyvių genų sekas, tačiau pseudogenai nėra išreikšti ir nesudaro baltymo. Klasteriai dažnai yra genų šeima, kilusi iš kokio nors protėvio geno.
Klasikinis pavyzdys yra globino genai A ir B klasteriuose. Hemoglobiną atstovauja hemas ir baltymas tetrameras-globinas. Globino tetrameras susideda iš dviejų identiškų grandinių ir dviejų identiškų grandinių. Kiekvienos globino grandinės aminorūgščių seka koduoja savo geną, kuris yra atitinkamai A arba B klasterio dalis. Žmonėms A klasteris yra 16 chromosomoje, o B klasteris yra 11 chromosomoje (20 pav.). B klasteris užima 50 tūkstančių bp DNR segmentą ir apima penkis funkciškai aktyvius genus ir vieną pseudogeną: geną (epsiloną); du genai (gama); pseudogenas (beta); genas (delta) ir genas (beta).
A klasteris yra kompaktiškesnis ir užima daugiau nei 28 tūkst. bazinių porų DNR ruožą ir apima aktyvų geną (zeta), pseudogeną (zeta), pseudogeną (alfa) ir genus (alfa) du ir (alfa). ) vienas, koduojantis identiškus baltymus. Globino genai yra mozaikinės vidinės struktūros.
Pasikartojantys genai ir globino genų grupės priklauso daugiagenų šeimai

EGZAMINO BILIETAS Nr.7_____

Baltymų gamintojai

Mikrobinės biomasės gamyba yra didžiausia mikrobiologinė produkcija. Mikrobų biomasė gali būti geras baltymų papildas naminiams gyvūnėliams, paukščiams ir žuvims. Mikrobinės biomasės gamyba ypač svarbi šalims, kuriose sojos pupelės neauginamos dideliais mastais (sojų rupiniai naudojami kaip tradicinis baltymų priedas pašarams).

Renkantis mikroorganizmą, atsižvelgiama į specifinį augimo greitį ir biomasės derlių ant tam tikro substrato, stabilumą auginimo linijoje metu ir ląstelių dydį. Mielių ląstelės yra didesnės už bakterijas ir lengviau atskiriamos nuo skysčio centrifuguojant. Galima auginti mielių poliploidinius mutantus su didelėmis ląstelėmis. Šiuo metu žinomos tik dvi mikroorganizmų grupės, turinčios didelio masto pramoninei gamybai būtinų savybių: Candida genties mielės ant n-alkanų (normalūs angliavandeniliai) ir bakterijos Methylophillus methylotrophus ant metanolio.

Mikroorganizmai gali būti auginami ir kitose maistinėse terpėse: ant dujų, naftos, anglių, chemijos, maisto, vyno ir degtinės bei medienos apdirbimo pramonės atliekų. Ekonominiai jų naudojimo pranašumai yra akivaizdūs. Taigi, kilogramas mikroorganizmais apdoroto aliejaus duoda kilogramą baltymų, o, tarkime, kilogramas cukraus – tik 500 gramų baltymų. Mielių baltymų aminorūgščių sudėtis praktiškai nesiskiria nuo tos, kuri gaunama iš mikroorganizmų, auginamų įprastose angliavandenių terpėse. Biologiniai preparatų iš mielių, užaugintų ant angliavandenilių, tyrimai, atlikti tiek mūsų šalyje, tiek užsienyje, atskleidė visišką žalingo poveikio tirtų gyvūnų organizmui nebuvimą. Eksperimentai buvo atlikti su daugybe dešimčių tūkstančių laboratorinių ir ūkinių gyvūnų kartų. Neapdorotose mielėse yra nespecifinių lipidų ir aminorūgščių, biogeninių aminų, polisacharidų ir nukleino rūgščių, o jų poveikis organizmui dar menkai suprantamas. Todėl baltymą iš mielių siūloma išskirti chemiškai grynu pavidalu. Jo išsiskyrimas iš nukleorūgščių taip pat jau tapo nesudėtingas.

Šiuolaikiniuose biotechnologiniuose procesuose, pagrįstuose mikroorganizmų panaudojimu, baltymų gamintojai yra mielės, kiti grybai, bakterijos ir mikroskopiniai dumbliai.

Technologiniu požiūriu geriausios iš jų yra mielės. Jų pranašumas visų pirma slypi „gamyboje“: mieles lengva auginti gamybos sąlygomis. Jie pasižymi dideliu augimo greičiu, atsparumu svetimai mikroflorai, geba įsisavinti bet kokius maisto šaltinius, lengvai atsiskiria, neteršia oro sporomis. Mielių ląstelėse yra iki 25% sausosios medžiagos. Vertingiausias mielių biomasės komponentas yra baltymai, kurie aminorūgščių sudėtimi yra pranašesni už javų grūdų baltymus ir tik šiek tiek prastesni už pieno ir žuvų miltų baltymus. Biologinę mielių baltymų vertę lemia didelis kiekis nepakeičiamų aminorūgščių. Vitaminų kiekiu mielės yra pranašesnės už visus baltyminius pašarus, įskaitant žuvų miltus. Be to, mielių ląstelėse yra mikroelementų ir nemažai riebalų, kuriuose vyrauja nesočiosios riebalų rūgštys. Šeriant karves pašarinėmis mielėmis, padidėja primilžis ir pieno riebumas, pagerėja kailinių gyvūnų kailio kokybė. Taip pat įdomios mielės, turinčios hidrolizinių fermentų ir galinčios augti ant polisacharidų be išankstinės jų hidrolizės. Naudojant tokias mieles bus išvengta brangiai kainuojančio polisacharidų turinčių atliekų hidrolizės etapo. Yra žinoma, kad daugiau nei 100 mielių rūšių gerai auga ant krakmolo, kaip vienintelio anglies šaltinio. Iš jų ypač išsiskiria dvi rūšys, kurios sudaro ir gliukoamilazes, ir β-amilazes, auga ant krakmolo, turinčio didelį ekonominį koeficientą ir gali ne tik pasisavinti, bet ir fermentuoti krakmolą: Schwanniomyces occidentalis ir Saccharomycopsis fibuliger. Abi rūšys yra perspektyvios baltymų ir amilolitinių fermentų gamintojos krakmolo turinčiose atliekose. Taip pat ieškoma tokių mielių, kurios galėtų skaidyti vietinę celiuliozę. Celiuliazių rasta keliose rūšyse, pavyzdžiui, Trichosporon pullulans, tačiau šių fermentų aktyvumas mažas ir apie pramoninį tokių mielių panaudojimą kalbėti nereikia. Kluyveromyces genties mielės gerai auga ant inulino – pagrindinės topinambų gumbų atsarginės medžiagos – svarbios pašarinės kultūros, iš kurios taip pat galima gauti mielių baltymų.

Fermentų klasifikacija

Fermentų klasifikacija pagrįsta jų veikimo mechanizmu ir apima 6 klases.

Fermentai, kaip biokatalizatoriai, turi daug unikalių savybių, tokių kaip didelis katalizinis aktyvumas ir veikimo selektyvumas. Kai kuriais atvejais fermentai turi absoliutų specifiškumą, katalizuoja tik vienos medžiagos transformaciją. Kiekvienas fermentas turi savo pH optimalumą, kuriame jo katalizinis aktyvumas yra didžiausias. Staigiai pasikeitus pH, fermentai inaktyvuojami dėl negrįžtamo denatūravimo. Reakcijos pagreitis didėjant temperatūrai taip pat ribojamas tam tikromis ribomis, nes jau esant 40–50 ° C temperatūrai daugelis fermentų denatūruojami. Į šias fermentų savybes reikia atsižvelgti kuriant naujo vaisto technologiją.

Kadangi fermentai yra baltyminės medžiagos, jų kiekio mišinyje su kitais baltymais nustatyti beveik neįmanoma. Fermento buvimą preparate galima nustatyti tik pagal fermento katalizuojamos reakcijos eigą. Šiuo atveju fermento kiekį galima kiekybiškai įvertinti nustatant arba susidariusių reakcijos produktų kiekį, arba sunaudoto substrato kiekį. Fermento aktyvumo vienetas yra tas kiekis, kuris tam tikromis standartinėmis sąlygomis katalizuoja vieno mikromolio substrato virsmą per 1 minutę – standartinis aktyvumo vienetas.

Didžioji dalis pramoniniu būdu gaunamų fermentų yra hidrolazės. Tai visų pirma amiloliziniai fermentai: α-amilazė, β-amilazė, gliukoamilazė. Pagrindinė jų funkcija yra krakmolo ir glikogeno hidrolizė. Krakmolas hidrolizuojamas į dekstrinus, o po to į gliukozę. Šie fermentai naudojami alkoholio pramonėje, kepykloje.

Proteolitiniai fermentai sudaro peptidų hidrolazių klasę. Jų veikimas yra pagreitinti peptidinių jungčių hidrolizę baltymuose ir peptiduose. Svarbus jų bruožas yra selektyvus poveikio peptidinėms jungtims baltymo molekulėje pobūdis. Pavyzdžiui, pepsinas veikia tik ryšį su aromatinėmis aminorūgštimis, tripsinas – ryšį tarp arginino ir lizino. Pramonėje proteolitiniai fermentai klasifikuojami pagal jų gebėjimą būti aktyvūs tam tikrame pH diapazone:

pH 1,5 - 3,7 - rūgštinės proteazės;

pH 6,5 - 7,5 - proteazės;

· pH > 8,0 – šarminės proteazės.

Proteazės plačiai naudojamos įvairiose pramonės šakose:

mėsa - mėsai suminkštinti;

oda - odelių minkštinimas;

· plėvelės gamyba – želatininio sluoksnio ištirpinimas plėvelių regeneracijos metu;

parfumerija – priedai dantų pastose, kremuose, losjonuose;

· ploviklių – priedų, skirtų baltyminei taršai šalinti, gamyba;

medicina – gydant uždegiminius procesus, trombozę ir kt.

Pektoliziniai fermentai mažina molekulinę masę ir pektino medžiagų klampumą. Pektinazės skirstomos į dvi grupes – hidrolazes ir transeliminazes. Hidralazės atskiria metilo likučius arba nutraukia glikozidinius ryšius. Transeliminazės pagreitina nehidrolizinį pektino medžiagų skilimą, susidarant dviguboms jungtims. Jie naudojami tekstilės pramonėje (linų mirkymas prieš perdirbimą), vyno gamyboje – vynų skaidrinimui, taip pat vaisių sulčių konservavimui.

EGZAMINO BILIETAS 8

1 Kokie yra dažniausiai pasitaikantys cianobakterijų atstovai? Melsvadumbliai, arba melsvadumbliai (lot. Cyanobacteria) – plati stambių gramneigiamų bakterijų grupė, kurios skiriamasis bruožas – gebėjimas fotosintezuoti. Cianobakterijos yra sudėtingiausi ir diferencijuočiausi prokariotai. Cianobakterijos paplitusios jūrose ir gėlo vandens telkiniuose, dirvožemio dangoje, gali dalyvauti simbiozėse (kerpėse). Retos rūšys yra toksiškos ir oportunistiškos žmonėms. Mėlynadumbliai yra pagrindiniai elementai, sukeliantys vandens „žydėjimą“, dėl kurio miršta masiškai žuvys, apsinuodijami gyvūnai ir žmonės. Kai kurioms rūšims būdingas retas savybių derinys: gebėjimas fotosintezuoti ir tuo pačiu fiksuoti azotą iš atmosferos oro.

Cianobakterijos yra vienaląsčiai organizmai, gali sudaryti kolonijas, žinomos siūlinės formos. Dauginimasis vyksta dvejetainiu dalijimusi, galimas daugybinis dalijimasis. Gyvenimo ciklas palankiomis sąlygomis yra 6-12 valandų.

Cianobakterijos yra plačiai paplitusios įvairiose ekologinėse nišose visame pasaulyje, todėl jos vadinamos kosmopolitiniais organizmais. Toks platus paplitimas siejamas su cianobakterijų biologinėmis savybėmis – specifiniu metabolizmu, dideliu atsparumu tokių aplinkos parametrų pokyčiams kaip temperatūra, drėgmė, apšvietimas, druskingumas, ultravioletinių ir radiacinių spindulių poveikis ir kt. Melsvabakterijos gyvena tundroje, sniege ir lede, dykumose, karštuose šaltiniuose, kurių temperatūra siekia iki 80C, druskinguose ežeruose ir dirvožemyje.

EGZAMINO BILIETAS №9

EGZAMINO BILIETAS Nr. 10

EGZAMINO BILIETAS Nr.11

EGZAMINO BILIETAS Nr.12

1. Kaip vadinamos naudingosios bakterijos? Pateikite tokių bakterijų pavyzdžių?

Naudingos bakterijos vadinamos eubakterijomis. Acto rūgšties bakterijos, atstovaujamos Gluconobacter ir Acetobacter genčių, yra gramneigiamos bakterijos, kurios etanolį paverčia acto rūgštimi, o acto rūgštį – anglies dioksidu ir vandeniu. Bacillus gentis priklauso gramteigiamoms bakterijoms, kurios gali formuoti endosporas ir turi peritrichozę. B.subtilis yra griežtas aerobas, o B.thuringiensis gali gyventi ir anaerobinėmis sąlygomis. Anaerobines, sporas formuojančias bakterijas atstovauja Clostridium gentis. C.acetobutylicum fermentuoja cukrų į acetoną, etanolį, izopropanolį ir n-butanolį (acetobutanolio fermentacija), kitos rūšys taip pat gali fermentuoti krakmolą, pektiną ir įvairius azoto junginius.