Główne obiekty biotechnologii są mikroskopijne. Obiekty biologiczne i metody biotechnologii. Obiekty biotechnologii i ich poziomy

jak o obiekty biotechnologiami mogą być: komórki mikroorganizmów, zwierząt i roślin, transgeniczne zwierzęta i rośliny, a także wieloskładnikowe układy enzymatyczne komórek i poszczególne enzymy.

Podstawą większości nowoczesnych gałęzi przemysłu biotechnologicznego jest synteza mikrobiologiczna, czyli synteza różnych substancji biologicznie czynnych przy pomocy mikroorganizmów. Niezależnie od charakteru obiektu, podstawowym etapem rozwoju każdego procesu biotechnologicznego jest jego pozyskanie czyste kultury organizmy (jeśli są to drobnoustroje), komórki lub tkanki (jeśli są to bardziej złożone organizmy - rośliny lub zwierzęta). Wiele etapów dalszych manipulacji z tymi ostatnimi (tj. komórkami roślinnymi lub zwierzęcymi) to zasady i metody stosowane w produkcji mikrobiologicznej. Zarówno kultury komórek drobnoustrojów, jak i kultury tkankowe roślin i zwierząt praktycznie nie różnią się metodologicznie od kultur mikroorganizmów. świat M mikroorganizm niezwykle zróżnicowane. Zajazd. Do tej pory znanych jest ponad 100 000 różnych gatunków. Ten prokarioty(bakterie, promieniowce, riketsje, sinice) oraz część e ukariont(drożdże, grzyby nitkowate, niektóre pierwotniaki i algi). Przy szerokiej gamie mikroorganizmów istotnym problemem jest właściwy dobór organizmu, który jest w stanie dostarczyć wymagany produkt, czyli służyć celom przemysłowym. Mikroorganizmy:

1)Przemysłowy : E coli ( E coli), patyk siana ( Ty. subtilis) i drożdże piekarskie ( cerevisiae). Zwykle nadproducenci yavl-Xia. Aby uzyskać superproducentów, przeprowadza się selekcję genetyczną, metody inżynierii genetycznej (wprowadzanie ludzkich genów do bakterii: geny dla interferonów, insuliny itp.). PS powinien być opatentowany.

2) Podstawowy- ograniczone zastosowanie, sklasyfikowane jako GRAS(„powszechnie uznawane za bezpieczne” bakterie) Bacillus subtilis, Bacillus amylolique-faciens, inne gatunki pałeczek i pałeczek kwasu mlekowego, gatunki Streptomyces, grzyby Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, drożdże Saccharomyces i inni . GRAS- mikroorganizmy są niepatogenne, nietoksyczne iw zasadzie nie tworzą antybiotyków, dlatego przy opracowywaniu nowego procesu biotechnologicznego należy skupić się na tych mikroorganizmach.

3) Model- Bacilli (producenci enzymów proteolitycznych) Istnieją katalogi modelowych mikroorganizmów.

Główne kryterium przy wyborze obiektu biotechnologicznego jest umiejętność syntezy docelowego produktu. mikroorganizmy muszą (wymagania):

Mają wysokie tempo wzrostu;

Pozbyć się tanich substratów niezbędnych do ich życia;

Być odpornym na obcą mikroflorę, czyli być wysoce konkurencyjnym. (wymagania): zdolność do wzrostu na tanich podłożach, wysoki współczynnik ekonomiczny, minimalne powstawanie produktów ubocznych (toksycznych metabolitów, alergenów)

Wszystko to zapewnia znaczne obniżenie kosztów wytworzenia docelowego produktu. Poniższe przykłady mają zilustrować to, co zostało powiedziane do tej pory.

1. Jednokomórkowe organizmy charakteryzujące się wyższymi tempami wzrostu i procesów syntezy,

2. Szczególną uwagę jako obiekty rozwoju biotechnologii mikroorganizmy fotosyntetyzujące które w swoim życiu wykorzystują energię światła słonecznego.

3. mikroorganizmy ciepłolubne rośnie w 60-80 ° C. Ta ich właściwość jest prawie nie do pokonania przeszkodą w rozwoju obcej mikroflory.

24. Przewagi mikroorganizmów nad innymi obiektami w rozwiązywaniu współczesnych problemów biotechnologicznych:

mały rozmiar

· Wszechobecny

Różne rodzaje metabolizmu

fototrofy

Zajmują niewielką objętość (w 1 ml do 1 miliarda osobników)

Wysoki wskaźnik podziału, szybki wzrost

· Zdolny do życia w różnych środowiskach.

Organizmy fotosyntetyzujące są obiecujące jako producenci amoniaku, wodoru, białka.

Termofilne mikroorganizmy rosnące w temperaturze 60-80 stopni, to niezawodna ochrona przed zanieczyszczeniem. Enzymy syntetyzowane przez termofile, charakter. zwiększona odporność na ciepło, ale jednocześnie są nieaktywne w zwykłych temperaturach.

Mikroorganizmy jako przedmioty biotechnologii. Klasyfikacja. Charakterystyka.

Bakterie są niezwykle zróżnicowane pod względem warunków siedliskowych, zdolności adaptacyjnych, rodzajów odżywiania i wytwarzania bioenergii, w stosunku do makroorganizmów – zwierząt i roślin. Najstarsze formy bakterii - archebakterie są w stanie żyć w ekstremalnych warunkach (wysokie temperatury i ciśnienia, stężone roztwory soli, roztwory kwaśne). Eubakterie (typowe prokarionty lub bakterie) są bardziej wrażliwe na warunki środowiskowe.

Według rodzaju odżywiania bakterie dzielą się ze względu na źródło energii:

fototrofy wykorzystujące energię światła słonecznego;

· chemoautotrofów, wykorzystujących energię utleniania substancji nieorganicznych (związków siarki, metanu, amoniaku, azotynów, związków żelaza i żelaza itp.);

W zależności od rodzaju utleniania substancji:

organotrofy, które uzyskują energię z rozkładu substancji organicznych na minerały; bakterie te są głównymi uczestnikami obiegu węgla, do tej samej grupy należą bakterie wykorzystujące energię fermentacji;

litotrofy (substancje nieorganiczne);

Według rodzaju źródła węgla:

heterotroficzny - używaj materii organicznej;

aftotroficzny - użyj gazu;

Aby wskazać rodzaj żywności, stosuje się:

1. charakter źródła energii foto- lub chemo-;

2. Donory elektronów lito- lub organo-;

3. Źródła węgla afto- i hetero-;

A termin kończy się słowami trofeum. 8 różnych rodzajów żywności.

Wyższe zwierzęta i rośliny są skłonne do 2 rodzajów odżywiania:

1) Chemoorganoheterotrofia (zwierzęta)

2) Fotolitoaftotrofia (rośliny)

Mikroorganizm ma wszystkie rodzaje pożywienia i może przełączać się z jednego na drugi, w zależności od istnienia

Istnieje odrębny rodzaj żywności:

Bakterie są wygodnym obiektem badań genetycznych. Najlepiej zbadaną i szeroko stosowaną w badaniach inżynierii genetycznej jest Escherichia coli (E. coli), która żyje w jelicie człowieka.

Organizacja i struktura produkcji biotechnologicznych. Cechy wyróżniające produkcję biotechnologiczną od tradycyjnych rodzajów technologii. Wady i zalety produkcji biotechnologicznej w porównaniu z technologiami tradycyjnymi.

Szeroka gama procesów biotechnologicznych, które znalazły zastosowanie przemysłowe, powoduje konieczność rozważenia najczęstszych, najważniejszych problemów, jakie pojawiają się przy tworzeniu jakiejkolwiek produkcji biotechnologicznej. Procesy biotechnologii przemysłowej dzielą się na 2 duże grupy: wytwarzanie biomasy i wytwarzanie produktów przemiany materii. Klasyfikacja ta nie odzwierciedla jednak najbardziej istotnych technologicznie aspektów przemysłowych procesów biotechnologicznych. W związku z tym konieczne jest rozważenie etapów produkcji biotechnologicznej, ich podobieństw i różnic w zależności od ostatecznego celu procesu biotechnologicznego.

Istnieje 5 etapów produkcji biotechnologicznej.

Dwa początkowe etapy obejmują przygotowanie surowca i składnika biologicznie czynnego. W inżynierskich procesach enzymologicznych polegają one zazwyczaj na przygotowaniu roztworu substratu o określonych właściwościach (pH, temperatura, stężenie) oraz przygotowaniu partii preparatu enzymatycznego danego typu, enzymatycznego lub immobilizowanego. Podczas przeprowadzania syntezy mikrobiologicznej niezbędne są etapy przygotowania pożywki i utrzymania czystej kultury, którą można stale lub w razie potrzeby wykorzystywać w procesie. Utrzymanie czystej kultury szczepu producenta jest nadrzędnym zadaniem każdej produkcji mikrobiologicznej, gdyż wysoce aktywny szczep, który nie uległ niepożądanym przemianom, może być gwarantem uzyskania docelowego produktu o pożądanych właściwościach.

Trzecim etapem jest etap fermentacji, w którym następuje powstanie docelowego produktu. Na tym etapie następuje przemiana mikrobiologiczna składników pożywki najpierw w biomasę, a następnie w razie potrzeby w docelowy metabolit.

Na czwartym etapie docelowe produkty są izolowane i oczyszczane z płynu hodowlanego. Przemysłowe procesy mikrobiologiczne charakteryzują się z reguły tworzeniem bardzo rozcieńczonych roztworów i zawiesin zawierających oprócz substancji docelowej dużą ilość innych substancji. W tym przypadku konieczne jest rozdzielenie mieszanin substancji o bardzo podobnym charakterze, które występują w roztworach w porównywalnych stężeniach, są bardzo nietrwałe i łatwo ulegają degradacji termicznej.

Ostatnim etapem produkcji biotechnologicznej jest przygotowanie form towarowych produktów. Wspólną cechą większości produktów syntezy mikrobiologicznej jest ich niedostateczna trwałość podczas przechowywania, ponieważ są one podatne na rozkład i w tej postaci stanowią doskonałe środowisko do rozwoju obcej mikroflory. Zmusza to technologów do podjęcia specjalnych działań w celu poprawy bezpieczeństwa przemysłowych produktów biotechnologicznych. Ponadto leki do celów medycznych wymagają specjalnych rozwiązań na etapie pakowania i plombowania, więc muszą być sterylne.

Głównym celem biotechnologii jest przemysłowe wykorzystanie procesów i środków biologicznych opartych na produkcji wysoce efektywnych form mikroorganizmów, kultur komórkowych oraz tkanek roślin i zwierząt o pożądanych właściwościach. Biotechnologia powstała na styku nauk biologicznych, chemicznych i technicznych.

Proces biotechnologiczny - obejmuje szereg etanów: przygotowanie obiektu, jego hodowlę, izolację, oczyszczanie, modyfikację i wykorzystanie produktów.

Procesy biotechnologiczne mogą opierać się na hodowli okresowej lub ciągłej.

W wielu krajach świata biotechnologii przypisuje się nadrzędne znaczenie. Wynika to z faktu, że biotechnologia ma szereg istotnych zalet w stosunku do innych rodzajów technologii, na przykład chemicznych.

1). Przede wszystkim jest to niski pobór mocy. Procesy biotechnologiczne prowadzone są pod normalnym ciśnieniem iw temperaturze 20-40°C.

2). Produkcja biotechnologiczna często opiera się na wykorzystaniu standardowych urządzeń tego samego typu. Ten sam typ enzymów jest używany do produkcji aminokwasów, witamin; enzymy, antybiotyki.

3). Łatwo jest sprawić, by procesy biotechnologiczne były bezodpadowe. Mikroorganizmy asymilują szeroką gamę substratów, więc odpady z jednej produkcji mogą zostać przekształcone w wartościowe produkty przy pomocy mikroorganizmów podczas innej produkcji.

4). Bezodpadowa produkcja biotechnologiczna czyni je najbardziej przyjaznymi dla środowiska

5). Badania z zakresu biotechnologii nie wymagają dużych nakładów kapitałowych, nie wymagają drogiego sprzętu.

Do priorytetowych zadań współczesnej biotechnologii należy tworzenie i powszechny rozwój:

1) nowe substancje biologicznie czynne i leki dla medycyny (interferony, insulina, hormony wzrostu, przeciwciała);

2) Mikrobiologiczna ochrona roślin przed chorobami i uszkodzeniami

lei, nawozy bakteryjne i regulatory wzrostu roślin, nowe wysoce produktywne i odporne na niekorzystne czynniki środowiskowe hybrydy roślin rolniczych otrzymywane na drodze inżynierii genetycznej i komórkowej;

3) wartościowe dodatki paszowe i substancje biologicznie czynne (białko paszowe, aminokwasy, enzymy, witaminy, antybiotyki paszowe) dla zwiększenia produktywności chowu zwierząt;

4) nowe technologie pozyskiwania cennych ekonomicznie produktów do wykorzystania w przemyśle spożywczym, chemicznym, mikrobiologicznym i innych;

5) technologie głębokiego i wydajnego przetwarzania odpadów rolniczych, przemysłowych i bytowych, wykorzystania ścieków i emisji gazów do produkcji biogazu i nawozów wysokiej jakości.

Tradycyjna (konwencjonalna) technologia to rozwój, który odzwierciedla średni poziom produkcji osiągany przez większość producentów produktów w branży. Taka technologia nie zapewnia nabywcy znaczących korzyści technicznych i ekonomicznych oraz jakości produktu w porównaniu z podobnymi produktami czołowych producentów, aw tym przypadku nie trzeba liczyć na dodatkowy (ponadprzeciętny) zysk. Jego zaletami dla nabywcy są relatywnie niski koszt i możliwość pozyskania sprawdzonej w praktyce technologii. Tradycyjna technologia powstaje z reguły w wyniku starzenia się i powszechnego rozpowszechniania technologii postępowej. Sprzedaż takiej technologii odbywa się zazwyczaj po cenach rekompensujących sprzedającemu koszty jej przygotowania i uzyskania średniego zysku.

Zalety procesów biotechnologicznych w porównaniu z technologią chemiczną Biotechnologia ma następujące główne zalety:

możliwość uzyskania specyficznych i unikalnych substancji naturalnych, z których niektórych (np. białek, DNA) nie można jeszcze uzyskać na drodze syntezy chemicznej;

·prowadzenie procesów biotechnologicznych w stosunkowo niskich temperaturach i ciśnieniach;

Mikroorganizmy mają znacznie wyższe tempo wzrostu i akumulacji masy komórkowej niż inne organizmy

· tanie odpady z rolnictwa i przemysłu mogą być wykorzystane jako surowiec w procesach biotechnologicznych;

procesy biotechnologiczne są z reguły bardziej przyjazne dla środowiska niż chemiczne, mają mniej szkodliwych odpadów i są zbliżone do naturalnych procesów zachodzących w przyrodzie;

· z reguły technologia i sprzęt w produkcji biotechnologicznej są prostsze i tańsze.

Etap biotechnologiczny

Głównym etapem jest rzeczywisty etap biotechnologiczny, na którym za pomocą jednego lub drugiego czynnika biologicznego surowiec jest przekształcany w jeden lub inny produkt docelowy.

Zwykle głównym zadaniem etapu biotechnologicznego jest uzyskanie określonej substancji organicznej.

Etap biotechnologiczny obejmuje:

Fermentacja to proces prowadzony przez hodowlę mikroorganizmów.

Biotransformacja to proces zmiany struktury chemicznej substancji pod wpływem aktywności enzymatycznej komórek mikroorganizmów lub gotowych enzymów.

Biokataliza - przemiany chemiczne substancji przebiegające z udziałem biokatalizatorów-enzymów.

Bioutlenianie to konsumpcja zanieczyszczeń przez mikroorganizmy lub łączenie mikroorganizmów w warunkach tlenowych.

Fermentacja metanowa to przetwarzanie odpadów organicznych z wykorzystaniem łączenia mikroorganizmów metanogennych w warunkach beztlenowych.

Biokompostowanie to redukcja zawartości szkodliwych substancji organicznych poprzez asocjację mikroorganizmów w odpadach stałych, którym nadawana jest specjalna spulchniona struktura zapewniająca dostęp powietrza i równomierną wilgotność.

Biosorpcja - sorpcja szkodliwych zanieczyszczeń z gazów lub cieczy przez mikroorganizmy, zwykle utrwalone na specjalnych stałych nośnikach.

Wymywanie bakteryjne to proces przenoszenia nierozpuszczalnych w wodzie związków metali do stanu rozpuszczonego pod działaniem specjalnych mikroorganizmów.

Biodegradacja - niszczenie szkodliwych związków pod wpływem mikroorganizmów-biodestruktorów.

Zazwyczaj etap biotechnologiczny ma jeden strumień cieczy i jeden strumień gazu jako strumienie wyjściowe, czasami tylko jeden strumień cieczy. W przypadku, gdy proces odbywa się w fazie stałej (np. dojrzewanie sera lub biokompostowanie odpadów), produktem wyjściowym jest strumień przetworzonego produktu stałego.

Etapy przygotowawcze

Etapy przygotowawcze służą do przygotowania i przygotowania niezbędnych rodzajów surowców do etapu biotechnologicznego.

W fazie przygotowania można zastosować następujące procesy.

Sterylizacja środowiska - dla aseptycznych procesów biotechnologicznych, gdzie wnikanie obcej mikroflory jest niepożądane.

Przygotowanie i sterylizacja gazów (najczęściej powietrza) niezbędnych do przebiegu procesu biotechnologicznego. Najczęściej przygotowanie powietrza polega na oczyszczeniu go z kurzu i wilgoci, zapewnieniu wymaganej temperatury oraz oczyszczeniu z obecnych w powietrzu mikroorganizmów, w tym zarodników.

Przygotowanie nasion. Oczywiste jest, że w celu przeprowadzenia procesu mikrobiologicznego lub procesu hodowli izolowanych komórek roślinnych lub zwierzęcych konieczne jest również przygotowanie inokulum - wcześniej wyhodowanej niewielkiej ilości czynnika biologicznego w porównaniu do etapu głównego.

Preparat biokatalizatora. Do procesów biotransformacji lub biokatalizy konieczne jest wstępne przygotowanie biokatalizatora – enzymu w postaci wolnej lub utrwalonej na nośniku albo biomasy mikroorganizmów uprzednio wyhodowanych do stanu, w którym przejawia się jego aktywność enzymatyczna.

Wstępna obróbka surowców. Jeżeli surowiec trafia do produkcji w postaci nieprzydatnej do bezpośredniego wykorzystania w procesie biotechnologicznym, wówczas przeprowadzana jest operacja wstępnego przygotowania surowca. Na przykład podczas produkcji alkoholu pszenica jest najpierw miażdżona, a następnie poddawana procesowi enzymatycznego „scukrzania”, po czym scukrzoną brzeczkę przekształca się w alkohol na etapie biotechnologii w drodze fermentacji.

Czyszczenie produktu

Zadaniem tego etapu jest usunięcie zanieczyszczeń, aby produkt był jak najczystszy.

Chromatografia jest procesem podobnym do adsorpcji.

Dializa to proces, w którym substancje o małej masie cząsteczkowej mogą przechodzić przez półprzepuszczalną przegrodę, podczas gdy substancje o dużej masie cząsteczkowej pozostają.

Krystalizacja. Proces ten opiera się na różnej rozpuszczalności substancji w różnych temperaturach.

Stężenie produktu

Kolejnym zadaniem jest zapewnienie jej koncentracji.

Na etapie zatężania stosuje się procesy takie jak odparowywanie, suszenie, wytrącanie, krystalizację z filtracją powstałych kryształów, ultrafiltrację i hiperfiltrację lub nanofiltrację, zapewniając niejako „wyciśnięcie” rozpuszczalnika z roztworu.

Oczyszczanie ścieków i emisji

Oczyszczanie tych ścieków i emisji jest szczególnym zadaniem, które musi zostać rozwiązane w naszych niesprzyjających dla środowiska czasach. Zasadniczo oczyszczanie ścieków jest odrębną produkcją biotechnologiczną, która posiada własne etapy przygotowawcze, etap biotechnologiczny, etap osadzania biomasy osadu czynnego oraz etap doczyszczania ścieków i przetwarzania osadów.

Rodzaje obiektów biologicznych stosowanych w biotechnologii, ich klasyfikacja i charakterystyka. Obiekty biologiczne pochodzenia zwierzęcego. Obiekty biologiczne pochodzenia roślinnego.

Przedmiotem biotechnologii są: zorganizowane cząsteczki zewnątrzkomórkowe (wirusy), komórki bakterii, grzybów, pierwotniaków, tkanki grzybów, roślin, zwierząt i ludzi, enzymy i składniki enzymów, cząsteczki biogennych kwasów nukleinowych, lektyny, cytokininy, metabolity pierwotne i wtórne.

Obecnie większość biologicznych obiektów biotechnologii jest reprezentowana przez przedstawicieli 3 superkrólestw:

1) Acoryotac - acorioty lub niejądrowe;

2) Procaryotac - prokarioty lub przedjądrowe;

3) Eucaryotac - eukarionty lub jądro.

Są reprezentowane przez 5 królestw: wirusy (niekomórkowe zorganizowane cząstki) są klasyfikowane jako akarionty; bakterie zalicza się do prokariontów (elementarna jednostka morfologiczna); eukarionty obejmują grzyby, rośliny i zwierzęta. Rodzaj DNA kodującego informację genetyczną (dla wirusów DNA lub RNA).

Baktrie mają organizację komórkową, ale materiał jądra nie jest oddzielony od cytoplazmy żadnymi błonami i nie jest związany z żadnymi białkami. Zasadniczo bakterie są jednokomórkowe, ich wielkość nie przekracza 10 mikrometrów. Wszystkie bakterie dzielą się na archobakterie i eubakterie.

Grzyby (Mycota) są ważnymi obiektami biotechnologicznymi i producentami wielu ważnych związków w produktach spożywczych i dodatkach: antybiotyków, hormonów roślinnych, barwników, białka grzybów, różnych rodzajów serów. Mikromycety nie tworzą owocnika, a tworzą się makromycety. Noszą ślady zwierząt i roślin.

Rośliny (Planty). Znanych jest około 300 tysięcy gatunków roślin. Są to zróżnicowane rośliny organiczne, których częściami składowymi są tkanki (merigestentne, powłokowe, przewodzące, mechaniczne, zasadowe i wydzielnicze). Tylko tkanki mirimestanckie są zdolne do podziału. Każdy rodzaj rośliny w określonych warunkach może wytworzyć niezorganizowaną masę komórkową dzielących się komórek - kalus. Najważniejszymi obiektami biologicznymi są protoplasty komórek roślinnych. Brakuje im ściany komórkowej. Stosowany w inżynierii komórkowej. Często używa się wodorostów. Otrzymuje się z nich agar-agar i alginiany (polisacharydy stosowane do przygotowania pożywek mikrobiologicznych).

Zwierzęta (Animalia). W biotechnologii szeroko stosowane są takie obiekty biologiczne, jak komórki różnych zwierząt. Oprócz komórek wyższych zwierząt stosuje się komórki pierwotniaków. Komórki zwierząt wyższych wykorzystywane są do pozyskiwania rekombinowanego DNA oraz do prowadzenia badań toksykologicznych.

Głównym obiektem procesu biotechnologicznego jest komórka. Syntetyzuje docelowy produkt. W rzeczywistości komórka jest miniaturową fabryką chemiczną, w której co minutę syntetyzowane są setki złożonych związków.

Podstawą współczesnej produkcji biotechnologicznej jest synteza różnych substancji przy pomocy komórek mikroorganizmów. Komórki roślin wyższych i zwierząt nie znalazły jeszcze szerokiego zastosowania ze względu na wysokie wymagania co do warunków uprawy.

Początkowy etap rozwoju biotechnologii jest coraz czyste kultury komórek i tkanek. Dalsze manipulacje tymi kulturami charakteryzują się jednolitością podejść opartych na klasycznych metodach mikrobiologicznych. Jednocześnie kultury komórek i tkanek roślin wyższych i zwierząt porównywane są do kultur mikroorganizmów.

Eukarionty i prokarioty. Większość mikroorganizmów to organizmy jednokomórkowe. Komórka drobnoustroju jest oddzielona od środowiska zewnętrznego ścianą komórkową, a czasami tylko błoną cytoplazmatyczną i zawiera różne struktury subkomórkowe. Istnieją dwa główne typy budowy komórek, które różnią się między sobą szeregiem podstawowych cech. Są to komórki eukariotyczne i prokariotyczne. Mikroorganizmy z prawdziwym jądrem nazywane są eukariontami (eu - z greckiego - prawda, kario - jądro). Mikroorganizmy z prymitywnym aparatem jądrowym są klasyfikowane jako prokarioty (przedjądrowe).

Wśród mikroorganizmów do prokariontów obejmują bakterie, promieniowce i niebiesko-zielone algi (cyjanobakterie), do eukariontów- inne algi (zielone, brunatne, czerwone), mycomycetes (pleśnie śluzowe), grzyby niższe - micromycetes (w tym drożdże), pierwotniaki (wiciowce, orzęski itp.).

Ich wspólną cechą jest niewielki rozmiar, są widoczne tylko przez mikroskop. Obecnie znanych jest ponad 100 tysięcy gatunków różnych mikroorganizmów.

Prokarioty nie przechodzą procesów mitozy i mejozy. Rozmnażają się częściej przez prosty podział komórek.

w komórce eukariotycznej znajduje się jądro oddzielone od otaczającej go cytoplazmy dwuwarstwową błoną jądrową z porami. W jądrze znajduje się 1-2 jąderka - centra syntezy rybosomalnego RNA i chromosomów - głównych nośników informacji dziedzicznej, składających się z DNA i białka. Podczas podziału chromosomy są rozprowadzane między komórkami potomnymi w wyniku złożonych procesów - mitozy i mejozy. Cytoplazma eukariontów zawiera mitochondria, aw organizmach fotosyntetyzujących chloroplasty. Błona cytoplazmatyczna otaczająca komórkę przechodzi wewnątrz cytoplazmy do retikulum endoplazmatycznego; istnieje również organelle błonowe - aparat Golgiego.

komórki prokariotyczne ułożone prościej. Nie mają wyraźnej granicy między jądrem a cytoplazmą, nie ma błony jądrowej. DNA w tych komórkach nie tworzy struktur podobnych do chromosomów eukariotycznych. Prokarioty nie przechodzą procesów mitozy i mejozy. Większość prokariontów nie tworzy organelli wewnątrzkomórkowych ograniczonych błonami; nie ma mitochondriów i chloroplastów.

Dobór form mikroorganizmów o pożądanych właściwościach

Dobór form mikroorganizmów o pożądanych właściwościach niezbędnych do hodowli obejmuje kilka etapów.

2.1. Izolacja mikroorganizmów. Próbki pobierane są z siedlisk mikroorganizmów (gleba, pozostałości roślinne itp.). Jeśli chodzi o mikroorganizmy utleniające węglowodory, takim miejscem może być gleba w pobliżu stacji benzynowych, drożdże winiarskie obficie występują na winogronach, mikroorganizmy beztlenowe rozkładające celulozę i metanotwórcze żyją w dużych ilościach w żwaczu przeżuwaczy.

2.2. Pozyskiwanie kultur przechowalniczych. Próbki wprowadzane są do płynnych pożywek o specjalnym składzie, stwarzających dogodne warunki do rozwoju producenta (temperatura, pH, źródła energii, węgiel,
azot itp.). Do akumulacji producenta oksydazy cholesterolowej stosuje się pożywki z cholesterolem jako jedynym źródłem węgla; mikroorganizmy utleniające węglowodory - środowiska z parafinami; producenci enzymów proteolitycznych lub lipolitycznych - pożywki zawierające białka lub lipidy.

2.3. Izolacja czystych kultur. Próbki z kultur wzbogacających inokuluje się na gęstej pożywce. Pojedyncze komórki mikroorganizmów na gęstej pożywce tworzą izolowane
kolonie lub klony, po ponownym zaszczepieniu uzyskuje się czyste kultury, składające się z komórek jednego rodzaju producenta.

Innym sposobem selekcji mikroorganizmów są istniejące kolekcje. Na przykład producentami antybiotyków są często promieniowce, etanol - drożdże.

Klon- hodowla pojedynczych komórek czysta kultura- grupa osobników tego samego typu mikroorganizmów szczepy- kultury wyizolowane z różnych środowisk naturalnych lub z tego samego środowiska w różnym czasie.

2.4. Określenie zdolności do syntezy docelowego produktu - główne kryterium wyboru producentów. Mikroorganizmy muszą spełniać następujące wymagania:

1) mają wysoką dynamikę wzrostu;

2) używać tanich podłoży na całe życie;

3) być odporne na zakażenie obcą mikroflorą.

Organizmy jednokomórkowe charakteryzują się wyższym tempem procesów syntezy niż wyższe rośliny i zwierzęta. Tak więc krowa ważąca 500 kg w ciągu jednego dnia syntetyzuje około 0,5 kg białka. Tę samą ilość białka w ciągu jednego dnia można uzyskać z 5 g drożdży. Interesujące są mikroorganizmy fotosyntetyzujące, które wykorzystują energię świetlną i są zdolne do asymilacji azotu atmosferycznego. Mikroorganizmy termofilne są korzystne. Ich zastosowanie zmniejsza dodatkowe koszty sterylizacji urządzeń przemysłowych. Tempo wzrostu i metabolizm tych organizmów jest 1,5-2 razy wyższe niż u mezofilów. Enzymy, które syntetyzują, są odporne na ciepło, kwasy i rozpuszczalniki organiczne.

Metody biotechnologii

W biotechnologii istnieją 2 metody: 1) Selekcja; 2) Inżynieria genetyczna. Metody selekcji służą do uzyskania produktów o wysokiej aktywności. Za pomocą selekcji uzyskano przemysłowe szczepy mikroorganizmów, których aktywność syntetyczna przewyższa aktywność szczepów pierwotnych dziesiątki i setki razy.

Wybór

Wybór - ukierunkowana selekcja mutantów (organizmów, których dziedziczność uległa gwałtownej zmianie). Ogólnym sposobem selekcji jest przejście od prostej selekcji producentów do świadomego konstruowania ich genomów. Na każdym etapie z populacji mikroorganizmów wybierane są klony o najwyższej skuteczności. W ten sposób przez długi czas selekcjonowano szczepy piwa, wina, piekarskie, drożdże octowe, bakterie kwasu propionowego itp. Stosowana jest selekcja stopniowa: na każdym etapie z populacji mikroorganizmów wybierane są najbardziej efektywne klony . Ograniczenie metody selekcji opartej na mutacjach spontanicznych wiąże się z ich niską częstością, co znacznie komplikuje intensyfikację procesu. Zmiany w strukturze DNA są rzadkie. Aby nastąpiła mutacja, gen musi się podwoić średnio 10 6 -10 8 razy. Przykładem selekcji najbardziej produktywnych mutantów podczas hodowli w trybie ciągłym jest selekcja drożdży na podstawie odporności na etanol, produkt odpadowy drożdży. Indukowana mutageneza prowadzi do znacznego przyspieszenia selekcji - gwałtownego wzrostu częstości mutacji w obiekcie biologicznym ze sztucznym uszkodzeniem genomu. Promieniowanie ultrafioletowe, rentgenowskie czy y, niektóre związki chemiczne powodujące zmiany w pierwotnej strukturze DNA mają działanie mutagenne. Do najbardziej znanych i stosowanych mutagenów należą kwas azotawy, środki alkilujące itp.

Przeprowadź dokładną kontrolę (ekranizacja) uzyskane klony. Po wybraniu najbardziej produktywnych klonów powtarza się traktowanie tym samym lub innym mutagenem, ponownie wybiera się najbardziej produktywny wariant itd., tj. mówimy o selekcji stopniowej na podstawie zainteresowania.

Pracochłonność jest główną wadą metody indukowanej mutagenezy i późniejszej stopniowej selekcji. Wadą metody jest również brak informacji o charakterze mutacji, którą badacz wybiera w zależności od końcowego wyniku.

Inżynieria genetyczna

Inżynieria genetyczna to ukierunkowana modyfikacja obiektów biologicznych w wyniku wprowadzenia sztucznie stworzonych programów genetycznych. Poziomy inżynierii genetycznej:

1)genetyczny– bezpośrednia manipulacja rekombinowanym DNA, w tym pojedynczymi genami;

2)chromosomalny– manipulowanie grupami genów lub pojedynczymi chromosomami;

3)genomowy(komórkowy) - przeniesienie całości lub większości materiału genetycznego z jednej komórki do drugiej (inżynieria komórkowa). We współczesnym znaczeniu inżynieria genetyczna obejmuje technologię rekombinacji DNA.

Praca w dziedzinie inżynierii genetycznej obejmuje 4 etapy: 1) uzyskanie pożądanego genu; 2) osadzenie go w wektorze zdolnym do replikacji; 3) wprowadzenie do organizmu genu za pomocą wektora; 4) odżywianie i selekcja komórek, które nabyły pożądany gen.

Inżynieria genetyczna roślin wyższych prowadzona jest na poziomie komórkowym, tkankowym i organizmów.

Podstawą inżynierii komórkowej jest hybrydyzacja komórek somatycznych - fuzja komórek niepłciowych w jedną całość. Fuzja komórek może być całkowita lub z wprowadzeniem ich poszczególnych części (mitochondria, chloroplasty itp.).

Hybrydyzacja somatyczna umożliwia krzyżowanie organizmów odległych genetycznie. Komórki roślin, grzybów i bakterii są uwalniane ze ściany komórkowej przed fuzją i uzyskaniem protoplasty. Następnie zewnętrzne błony cytoplazmatyczne są depolaryzowane przez zmienne pole elektryczne lub magnetyczne, wykorzystywane są kationy Ca+. Ściana komórkowa poddawana jest hydrolizie enzymatycznej.

Pytania do samokontroli

1. Co jest przedmiotem biotechnologii?

2. Jakie są rodzaje struktury komórkowej?

3. Jakie są etapy rozwoju kultury?

4. Czym jest selekcja i inżynieria genetyczna?

4 Głównym ogniwem procesu biotechnologicznego jest obiekt biologiczny zdolny do przeprowadzenia pewnej modyfikacji surowca i utworzenia takiego lub innego niezbędnego produktu. Takimi przedmiotami biotechnologii mogą być komórki mikroorganizmów, zwierząt i roślin, transgeniczne zwierzęta i rośliny, grzyby, a także wieloskładnikowe układy enzymatyczne komórek i poszczególne enzymy. Podstawą większości nowoczesnych gałęzi przemysłu biotechnologicznego jest synteza mikrobiologiczna, czyli synteza różnych substancji biologicznie czynnych przy pomocy mikroorganizmów. Niestety przedmioty pochodzenia roślinnego i zwierzęcego z wielu powodów nie znalazły jeszcze tak szerokiego zastosowania. Dlatego w przyszłości zasadne jest uznanie mikroorganizmów za główny przedmiot biotechnologii.

1 Mikroorganizmy - główny przedmiot biotechnologii Obecnie znanych jest ponad 100 tysięcy różnych rodzajów mikroorganizmów. Są to przede wszystkim bakterie, promieniowce, sinice. Przy tak szerokiej gamie mikroorganizmów bardzo ważnym, a często złożonym problemem jest właściwy dobór dokładnie takiego organizmu, który jest w stanie dostarczyć pożądanego produktu, tj. służyć celom przemysłowym. 5

Wiele procesów biotechnologicznych wykorzystuje ograniczoną liczbę mikroorganizmów, które są klasyfikowane jako GRAS („ogólnie uznawane za bezpieczne”). Takie mikroorganizmy obejmują bakterie Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, inne rodzaje pałeczek i pałeczek kwasu mlekowego, gatunki Streptomyces. Obejmuje to również gatunki grzybów Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, drożdże Saccharomyces itp. Mikroorganizmy GRAS są niepatogenne, nietoksyczne i generalnie nie tworzą antybiotyków, dlatego przy opracowywaniu nowego procesu biotechnologicznego należy skupić się na te mikroorganizmy jako podstawowe obiekty biotechnologii. 6

Przemysł mikrobiologiczny wykorzystuje obecnie tysiące szczepów drobnoustrojów, które zostały początkowo wyizolowane ze źródeł naturalnych w oparciu o ich korzystne właściwości, a następnie ulepszone różnymi metodami. W związku z poszerzaniem produkcji i asortymentu produktów coraz więcej przedstawicieli świata drobnoustrojów angażuje się w branżę mikrobiologiczną. Należy zauważyć, że w dającej się przewidzieć przyszłości żaden z nich nie będzie badany w takim stopniu jak E. coli i Bac. subtilis. Powodem tego jest ogromna pracochłonność i wysokie koszty tego typu badań. 7

W związku z tym pojawia się problem opracowania strategii i taktyki badawczej, które umożliwiłyby, przy rozsądnym nakładzie pracy, wydobycie z potencjału nowych mikroorganizmów wszystkiego, co najcenniejsze w tworzeniu ważnych przemysłowo szczepów produkcyjnych nadających się do wykorzystania w biotechnologii. procesy. Klasyczne podejście polega na wyizolowaniu pożądanego mikroorganizmu z warunków naturalnych. Próbki materiału są pobierane z naturalnych siedlisk proponowanego producenta (pobierane są próbki materiału) i zaszczepiane na selektywnej pożywce, która zapewnia dominujący rozwój interesującego mikroorganizmu, tj. uzyskuje się tak zwane kultury przechowalnicze. 8

Następnym krokiem jest wyizolowanie czystej kultury z dalszymi badaniami wyizolowanego mikroorganizmu i, jeśli to konieczne, przybliżonym określeniem jego zdolności produkcyjnej. Istnieje jeszcze inny sposób selekcji mikroorganizmów producenckich – jest to wybór pożądanego gatunku z dostępnych kolekcji dobrze przebadanych i dokładnie scharakteryzowanych mikroorganizmów. Eliminuje to oczywiście konieczność wykonywania szeregu pracochłonnych operacji. 9

Głównym kryterium wyboru obiektu biotechnologicznego jest zdolność do syntezy docelowego produktu. Jednak oprócz tego sama technologia procesu może zawierać dodatkowe wymagania, które czasami są bardzo, bardzo ważne, żeby nie powiedzieć decydujące. Ogólnie rzecz biorąc, mikroorganizmy muszą wykazywać wysokie tempo wzrostu, wykorzystywać tanie substraty niezbędne do ich żywotnej aktywności, być rezydentami obcej mikroflory, czyli być wysoce konkurencyjnymi. Wszystko to zapewnia znaczne obniżenie kosztów wytworzenia docelowego produktu. 10

Oto kilka przykładów świadczących o roli mikroorganizmów jako przedmiotu biotechnologii: 1. Organizmy jednokomórkowe z reguły charakteryzują się wyższym tempem wzrostu i procesów syntezy niż organizmy wyższe. Jednak nie dotyczy to wszystkich mikroorganizmów. Niektóre z nich rosną niezwykle wolno, ale budzą pewne zainteresowanie, ponieważ są w stanie wytworzyć różne bardzo cenne substancje. jedenaście

2. Szczególną uwagę, jako obiekt rozwoju biotechnologii, reprezentują mikroorganizmy fotosyntetyzujące, wykorzystujące w swoim życiu energię światła słonecznego. Część z nich (cyjanobakterie i fotosyntetyzujące eukarionty) wykorzystuje CO2 jako źródło węgla, a niektórzy przedstawiciele sinic oprócz wszystkich wyżej wymienionych mają zdolność asymilacji azotu atmosferycznego (czyli są wyjątkowo mało wymagające dla składników odżywczych). Mikroorganizmy fotosyntetyzujące są obiecującymi producentami amoniaku, wodoru, białka i szeregu związków organicznych. Jednak ze względu na ograniczoną podstawową wiedzę o ich organizacji genetycznej i mechanizmach życia biologii molekularnej nie należy spodziewać się postępu w ich wykorzystaniu w najbliższej przyszłości. 12

3. Zwrócono uwagę na takie obiekty biotechnologii jak mikroorganizmy termofilne rosnące w °C. Ta ich właściwość jest prawie nie do pokonania przeszkodą dla rozwoju obcej mikroflory podczas stosunkowo niesterylnej uprawy, tj. to niezawodna ochrona przed zanieczyszczeniami. Wśród termofilów znaleziono producentów alkoholi, aminokwasów, enzymów i wodoru cząsteczkowego. Ponadto ich tempo wzrostu i aktywność metaboliczna są 1,5-2 razy wyższe niż u mezofilów. Enzymy syntetyzowane przez termofile charakteryzują się zwiększoną odpornością na ciepło, niektóre utleniacze, detergenty, rozpuszczalniki organiczne i inne niekorzystne czynniki. Jednocześnie nie są bardzo aktywne w normalnych temperaturach. 13

Tym samym proteazy jednego z przedstawicieli mikroorganizmów termofilnych w temperaturze 20°C są 100 razy mniej aktywne niż w temperaturze 75°C. Ta ostatnia jest bardzo ważną właściwością dla niektórych produkcji przemysłowych. Na przykład enzym Tag-polimeraza z termofilnej bakterii Thermus aquaticus znalazł szerokie zastosowanie w inżynierii genetycznej. Wspomnieliśmy już o innej bardzo istotnej właściwości tych organizmów, a mianowicie, że kiedy są hodowane, temperatura środowiska, w którym przebywają, znacznie przekracza temperaturę otoczenia. Ta duża różnica temperatur zapewnia szybką i wydajną wymianę ciepła, co pozwala na stosowanie reaktorów biologicznych bez nieporęcznych urządzeń chłodzących. A ten ostatni z kolei ułatwia mieszanie, napowietrzanie, odpienianie, co razem znacząco obniża koszt procesu. 14

2 Izolacja i selekcja mikroorganizmów Nieodłącznym elementem procesu tworzenia najbardziej wartościowych i aktywnych producentów, tj. przy selekcji obiektów w biotechnologii jest ich selekcja. Głównym sposobem selekcji jest świadoma konstrukcja genomów na każdym etapie selekcji pożądanego producenta. Sytuacja ta nie zawsze mogła być zrealizowana ze względu na brak skutecznych metod zmiany genomów organizmów selekcyjnych. Ważną rolę w rozwoju technologii mikrobiologicznych odegrały metody oparte na selekcji samoistnie występujących zmienionych wariantów charakteryzujących się pożądanymi cechami użytkowymi. 15

Przy takich metodach zwykle stosuje się selekcję etapową: na każdym etapie selekcji z populacji mikroorganizmów wybiera się najaktywniejsze warianty (mutanty samoistne), z których w kolejnym etapie wybiera się nowe, bardziej efektywne szczepy i tak dalej. Pomimo oczywistego ograniczenia tej metody, jakim jest niska częstość występowania mutantów, jest jeszcze za wcześnie, aby uznać jej możliwości za całkowicie wyczerpane. 16

Proces selekcji najskuteczniejszych producentów ulega znacznemu przyspieszeniu przy zastosowaniu metody mutagenezy indukowanej. Jako działanie mutagenne wykorzystuje się promieniowanie UV, rentgenowskie, gamma, niektóre chemikalia itp. Jednak technika ta nie jest pozbawiona wad, z których główną jest pracochłonność i brak informacji o charakterze zmian, ponieważ eksperymentator wybiera zgodnie z końcowym wynikiem. 17

Na przykład odporność organizmu na jony metali ciężkich może być związana z zahamowaniem pobierania tych kationów przez komórki bakteryjne, aktywacją procesu usuwania kationów z komórki lub przegrupowaniem układu(ów), który podlega działaniu hamującemu kationu w komórce. Oczywiście znajomość mechanizmów zwiększania stabilności pozwoli na ukierunkowane działania w celu uzyskania efektu końcowego w krótszym czasie, a także na wybór opcji lepiej dopasowanych do konkretnych warunków produkcji. Zastosowanie tych podejść w połączeniu z metodami hodowli klasycznej jest istotą współczesnej hodowli mikroorganizmów-producentów. 18

Na przykład odporność organizmu na jony metali ciężkich może być związana z zahamowaniem pobierania tych kationów przez komórki bakteryjne, aktywacją procesu usuwania kationów z komórki lub przegrupowaniem układu(ów), który podlega działaniu hamującemu kationu w komórce. Oczywiście znajomość mechanizmów zwiększania stabilności pozwoli na ukierunkowane działania w celu uzyskania efektu końcowego w krótszym czasie, a także na wybór opcji lepiej dopasowanych do konkretnych warunków produkcji. Zastosowanie tych podejść w połączeniu z metodami hodowli klasycznej jest istotą współczesnej hodowli mikroorganizmów-producentów. 19

BILET NA EGZAMIN NR 1

Obiekty biotechnologii i ich poziomy

Biotechnologia oznacza każdy rodzaj technologii polegający na wykorzystaniu systemów biologicznych, organizmów żywych lub ich pochodnych do wytwarzania lub modyfikowania produktów lub procesów w celu ich specyficznego zastosowania Zasoby biotechnologiczne to zasoby biologiczne wykorzystywane w procesach biotechnologicznych.

Obiekty do produkcji muszą spełniać określone wymagania: - zdolność do wzrostu na tanich pożywkach; - wysokie tempo wzrostu i tworzenia produktu docelowego; - minimalne powstawanie produktów ubocznych; - stabilność producenta i stosunek właściwości produkcyjnych; - nieszkodliwość producenta i docelowego produktu dla ludzi i środowiska Ważną właściwością obiektu biologicznego jest odporność na infekcje, która jest ważna dla zachowania sterylności i fagoodporności. Funkcje bioobiektu polegają na pełnej biosyntezie docelowego produktu, obejmującej szereg następujących po sobie reakcji enzymatycznych lub katalizie tylko jednej reakcji enzymatycznej, co ma kluczowe znaczenie dla uzyskania docelowego produktu.

Przedmioty biotechnologii są bardzo różnorodne, a ich zakres rozciąga się od zorganizowanych części (wirusów) do człowieka.Bioobiekt, który dokonuje pełnej biosyntezy docelowego produktu, nazywany jest producentem.

b) bakterie i sinice;

d) algi;

e) pierwotniaki;

g) rośliny - niższe (anabena-azolla) i wyższe - rzęsa wodna.

W tym przypadku obiektami biologicznymi mogą być cząsteczki (enzymy, immunomodulatory, nukleozydy, oligo- i polipeptydy itp.), zorganizowane części (wirusy, fagi), osobniki jednokomórkowe (bakterie, drożdże) i wielokomórkowe (pleśniowe grzyby wyższe, tkanki roślinne, kultury jednowarstwowe), komórki ssaków), całe organizmy roślinne i zwierzęce. Ale nawet wtedy, gdy biocząsteczka jest wykorzystywana jako przedmiot biotechnologii, jej początkowa biosynteza jest w większości przypadków przeprowadzana przez odpowiednie komórki. Można więc argumentować, że przedmiotem biotechnologii są albo drobnoustroje, albo organizmy roślinne i zwierzęce.

Jakie są zdolności komórek organizmów?

Komórka jest elementarnym systemem biologicznym zdolnym do samoodnawiania, samoreprodukcji i rozwoju. Struktury komórkowe leżą u podstaw budowy roślin i zwierząt. Bez względu na to, jak różnorodna może się wydawać struktura organizmów, opiera się ona na podobnych strukturach - komórkach.
Komórka ma wszystkie właściwości żywego organizmu:
przeprowadza wymianę materii i energii;
rośnie;
odtwarza i dziedziczy jego cechy;
reaguje na zewnętrzne sygnały (bodźce);
w stanie się poruszać.
Jest to najniższy poziom organizacji, posiadający wszystkie te właściwości, najmniejsza strukturalna i funkcjonalna jednostka życia. Może również żyć oddzielnie: izolowane komórki organizmów wielokomórkowych nadal żyją i rozmnażają się w pożywce.

Funkcje w komórce są rozdzielone między różne organelle, takie jak jądro komórkowe, mitochondria itp. Wszystkie żywe organizmy, jak zwierzęta wielokomórkowe, rośliny i grzyby, składają się z wielu komórek lub, podobnie jak wiele pierwotniaków i bakterii, są jednokomórkowe organizmy. Jednokomórkowe organizmy- pozasystematyczna kategoria żywych organizmów, których ciało składa się z jednej (w przeciwieństwie do wielokomórkowej) komórki ( jednokomórkowość). Może obejmować zarówno prokarionty, jak i eukarionty. Uważa się, że pierwsze żywe organizmy na Ziemi były jednokomórkowe. Najstarsze z nich to bakterie i archeony. organizm wielokomórkowy- niesystematyczna kategoria organizmów żywych, których ciało składa się z wielu komórek, z których większość (z wyjątkiem komórek macierzystych, na przykład komórek kambium u roślin) jest zróżnicowana, to znaczy różnią się budową i funkcjami. należy odróżnić wielokomórkowość I kolonialność. Organizmom kolonialnym brakuje prawdziwie zróżnicowanych komórek, stąd podział organizmu na tkanki. Współczesna teoria komórek obejmuje następujące postanowienia:
1) komórka jest jednostką budowy i rozwoju wszystkich organizmów;
2) komórki organizmów z różnych królestw dzikiej przyrody mają podobną strukturę, skład chemiczny, metabolizm i główne przejawy życiowej aktywności;
3) powstają nowe komórki w wyniku podziału komórki macierzystej;
4) w organizmie wielokomórkowym komórki tworzą tkanki;
5) Narządy składają się z tkanek.

Komórki grzybów, roślin i zwierząt mają podobną budowę. Komórka składa się z trzech głównych części: jądra, cytoplazmy i błony komórkowej. Błona plazmatyczna składa się z lipidów i białek. Zapewnia wejście substancji do komórki i ich uwolnienie z komórki. W komórkach roślin, grzybów i większości bakterii nad błoną plazmatyczną znajduje się błona komórkowa. Pełni funkcję ochronną i pełni rolę szkieletu. W roślinach ściana komórkowa składa się z celulozy, podczas gdy w grzybach składa się z substancji podobnej do chityny. Komórki zwierzęce pokryte są polisacharydami, które zapewniają kontakt między komórkami tej samej tkanki.

BILET NA EGZAMIN -3

1. Wymagania dla obiektów biologicznych? Bioobiekt- jest to producent, który biosyntetyzuje pożądany produkt lub katalizator, enzym, który katalizuje jego nieodłączną reakcję.

Wymagania dla obiektów biologicznych

Dla realizacji procesów biotechnologicznych istotne są parametry obiektów biologicznych : czystość, tempo namnażania się komórek i reprodukcji cząstek wirusowych, aktywność i stabilność biomolekuł lub biosystemów.

Należy mieć na uwadze, że stwarzając sprzyjające warunki dla wybranego obiektu biologicznego biotechnologii, te same warunki mogą okazać się korzystne np. dla drobnoustrojów – zanieczyszczeń lub zanieczyszczeń. Przedstawicielami zanieczyszczającej mikroflory są wirusy, bakterie i grzyby występujące w kulturach komórek roślinnych lub zwierzęcych. W takich przypadkach mikroby-zanieczyszczenia działają jak szkodniki produkcji w biotechnologii. W przypadku stosowania enzymów jako biokatalizatorów konieczne staje się ich zabezpieczenie w stanie wyizolowanym lub unieruchomionym przed zniszczeniem przez banalną saprofityczną (niepatogenną) mikroflorę, która ze względu na niesterylność układu może przenikać do procesu biotechnologicznego z zewnątrz.

Aktywność i stabilność w stanie aktywnym obiektów biologicznych jest jednym z najważniejszych wskaźników ich przydatności do długotrwałego stosowania w biotechnologii.

Tak więc, niezależnie od systematycznej pozycji obiektu biologicznego, w praktyce stosuje się albo naturalnie zorganizowane cząstki (fagi, wirusy) i komórki z naturalną informacją genetyczną, albo komórki ze sztucznie podaną informacją genetyczną, to znaczy w każdym przypadku komórki , czy to mikroorganizm, roślina, zwierzę czy osoba. Na przykład proces pozyskiwania wirusa polio możemy nazwać kulturą komórek nerki małpy, aby stworzyć szczepionkę przeciwko tej groźnej chorobie. Chociaż interesuje nas tutaj kumulacja wirusa, to jego rozmnażanie odbywa się w komórkach organizmu zwierzęcego. Innym przykładem są enzymy, które mają być stosowane w stanie unieruchomionym. Źródłem enzymów są również izolowane komórki lub ich wyspecjalizowane zespoły w postaci tkanek, z których izolowane są niezbędne biokatalizatory.

Wymienić zasoby genów?

Zasoby biologiczne – organizmy, które są lub mogą być przedmiotem połowów; wszystkie składniki biosfery tworzące środowisko życia (producenci, konsumenci, rozkładacze). Należą do kategorii wyczerpywalnych odnawialnych zasobów naturalnych. Rozróżnij zasoby roślinne, zasoby dzikiej przyrody, łowiectwo, wypas itp. Szczególnie wyróżnia się zasoby genetyczne, czyli dziedziczną informację genetyczną zawartą w kodzie genetycznym istot żywych.

Rozwój biotechnologii jest ściśle związany z wykorzystaniem zasobów genetycznych. Z reguły są one unikalną własnością niektórych regionów świata, a wielowiekowe tradycje i cechy narodowe rolnictwa, hodowli zwierząt i medycyny często opierają się na ich wykorzystaniu.

Zasoby genetyczne – materiał genetyczny o rzeczywistej lub potencjalnej wartości.

Z kolei materiałem genetycznym jest każdy materiał pochodzenia roślinnego, zwierzęcego, mikrobiologicznego lub innego, zawierający funkcjonalne jednostki dziedziczności.

Zasoby biologiczne - zasoby genetyczne, organizmy lub ich części, populacje lub inne biotyczne składniki ekosystemów, które mają rzeczywistą lub potencjalną użyteczność lub wartość dla ludzkości.

Jakie są funkcje obiektów biologicznych?

Bioobiekty są głównym ogniwem procesu biotechnologicznego.

Bioobiekt - centralnym i niezbędnym elementem produkcji biotechnologicznej, który tworzy jej specyfikę.

Obiekt biologiczny może być integralnym organizmem wielokomórkowym lub jednokomórkowym, który zachował swoją żywotność. Mogą to być wyizolowane komórki organizmu wielokomórkowego, a także wirusy i kompleksy multienzymatyczne wyizolowane z komórek, biorące udział w określonym procesie metabolicznym. Również pojedynczy wyizolowany enzym może być bioobiektem.

Funkcja bioobiektu- pełna biosynteza docelowego produktu, obejmująca szereg następujących po sobie reakcji enzymatycznych lub kataliza tylko jednej reakcji enzymatycznej, która ma kluczowe znaczenie dla uzyskania docelowego produktu.

Udowodniono, że zastosowanie enzymów w produkcji w postaci unieruchomionej, tj. skojarzone z nierozpuszczalnym nośnikiem jest najbardziej racjonalne, gdyż w tym przypadku zapewnione jest ich wielokrotne wykorzystanie oraz standaryzacja powtarzalnych cykli produkcyjnych.

Bioobiekty obejmują zarówno makrocząsteczki, jak i mikro- i makroorganizmy. Enzymy są używane jako makrocząsteczki. Ich wykorzystanie jest najbardziej racjonalne, gdyż w tym przypadku zapewniona jest ich wielokrotność oraz standardowy charakter powtarzających się cykli pochodnych.

Wirusy są wykorzystywane jako obiekty biologiczne do przygotowywania szczepionek. Dominującą pozycję we współczesnym procesie biotechnologicznym zajmują komórki drobnoustrojów eukariontów i prokariotów. Są producentami (bioobiektem, który przeprowadza pełną biosyntezę docelowego produktu) metabolitów pierwotnych wykorzystywanych jako leki.

Rośliny wyższe są najobszerniejszym źródłem leków. W przypadku wykorzystywania roślin jako obiektów biologicznych, główny nacisk kładzie się na hodowlę tkanek roślinnych w sztucznych pożywkach.

Obiekty biotechnologiczne znajdują się na różnych poziomach organizacji:

a) struktury subkomórkowe (wirusy, plazmidy, DNA mitochondrialne i chloroplastowe, DNA jądrowe);

b) bakterie i sinice;

d) algi;

e) pierwotniaki;

f) hodowle komórek roślinnych i zwierzęcych;

g) rośliny - niższe (anabena-azolla) i wyższe - rzęsa wodna.

Rodzaje i funkcje DNA?

Kwasy nukleinowe

Wśród innych substancji chemicznych DNA wyodrębniono w osobnej grupie w 1869 r. Jednak strukturę i trójwymiarową strukturę DNA rozszyfrowali angielski naukowiec F. Crick i Amerykanin J. Watson dopiero w 1953 r. Zbudowali oni model DNA . Jest to podwójna helisa, której oba pasma są skręcone wokół wyimaginowanej osi.

DNA składa się z wielu jednostek dezoksyrybonukleotydów, które dzielą się na cztery typy. Tworzą specyficzne sekwencje charakterystyczne dla każdego konkretnego żywego organizmu. Te dezoksyrybonukleotydy są formacjami trójskładnikowymi, które składają się z zasady heterocyklicznej (puryny - adenina lub guanina lub pirymidyny - tymina lub cytozyna), które z kolei łączą się z dezoksyrybozą.

Komórki prokariotyczne zawierają jeden chromosom, który zawiera podwójną nić DNA. Komórki eukariotyczne zawierają kilka cząsteczek DNA, które są związane z białkami i są zorganizowane w jądrze. Jądro otoczone jest układem dwubłonowym.

Funkcja DNA polega na tym, że przechowuje informację genetyczną, która służy do kodowania struktury wszystkich białek i wszystkich typów RNA każdego typu organizmu, reguluje komórkową i tkankową biosyntezę składników oraz zapewnia indywidualność każdego organizmu. Niektóre wirusy również wykorzystują DNA jako materiał genetyczny. Wirusowe DNA jest mniejsze niż bakteryjne.

Struktura DNA. W DNA warunkowo można rozróżnić struktury pierwszorzędowe, drugorzędowe i trzeciorzędowe.

Pierwotna struktura DNA- jest to ilość, jakość i kolejność ułożenia reszt dezoksyrybonukleotydowych w łańcuchach polinukleotydowych.

Struktura drugorzędowa DNA- reprezentuje organizację łańcuchów polinukleotydowych w cząsteczce DNA. Cząsteczka DNA składa się z dwóch łańcuchów polinukleotydowych skierowanych przeciwnie do siebie i prawoskrętnych wokół osi helisy, tworząc typ podwójnej helisy. Jego średnica wynosi 1,8-2,0 nm, a okres identyczności 3,4 nm.

Grupy węglowodanowo-fosforanowe w helisie znajdują się na zewnątrz (zasada cukrowo-fosforanowa), a zasady azotowe wewnątrz. Zasady azotowe obu łańcuchów są połączone wiązaniami wodorowymi zgodnie z zasadą komplementarności: adenina tworzy podwójne wiązanie z tyminą, a guanina z kolei tworzy trzy wiązania z cytozyną. Podwójna helisa jest strukturą charakterystyczną dla większości cząsteczek DNA. Niektóre wirusy zawierają jednoniciowy DNA, a także koliste formy DNA - plazmidy.

Trzeciorzędowa struktura DNA- jest to formowanie się w przestrzeni spiralnych i superskręconych form cząsteczki DNA. Trzeciorzędowa struktura DNA (prokarionty i eukarionty) różni się pewnymi cechami, które są związane ze strukturą i funkcją komórek. Trzeciorzędowa struktura eukariotycznego DNA powstaje w wyniku wielokrotnego superskręcenia cząsteczki i jest realizowana w postaci kompleksów DNA z białkami.

BILET NA EGZAMIN NR 5_____

Klasyfikacja obiektów biologicznych

makrocząsteczki

Enzymy wszystkich klas (często hydrolazy i transferazy); w tym w postaci unieruchomionej (związanej z nośnikiem) zapewniającej wielokrotne wykorzystanie i standaryzację powtarzalnych cykli produkcyjnych;

DNA i RNA - w postaci izolowanej, jako część komórek obcych.

Mikroorganizmy

Wirusy (o osłabionej patogenności są wykorzystywane do produkcji szczepionek);

Komórki prokariotyczne i eukariotyczne są producentami podstawowych metabolitów: aminokwasów, zasad azotowych, koenzymów, mono- i disacharydów, enzymów do terapii zastępczej itp.); -producenci metabolitów wtórnych: antybiotyków, alkaloidów, hormonów steroidowych itp.;

Normoflora - biomasa niektórych rodzajów mikroorganizmów stosowana w profilaktyce i leczeniu dysbakteriozy;

Patogeny chorób zakaźnych - źródła antygenów do produkcji szczepionek;

Transgeniczne m / o lub komórki - producenci specyficznych dla gatunku hormonów białkowych dla ludzi, czynników białkowych o niespecyficznej odporności itp.

Makroorganizmy

Rośliny wyższe są surowcami do otrzymywania substancji biologicznie czynnych;

Zwierzęta - ssaki, ptaki, gady, płazy, stawonogi, ryby, mięczaki, ludzie;

organizmy transgeniczne.

Rodzaje i funkcje RNA?

Jednym z najważniejszych odkryć drugiej połowy XX wieku były kwasy nukleinowe RNA i DNA, dzięki którym człowiek zbliżył się do rozwikłania tajemnic przyrody.

Kwasy nukleinowe są związkami organicznymi o właściwościach o dużej masie cząsteczkowej. Należą do nich wodór, węgiel, azot i fosfor.

Jest to pojedynczy łańcuch polinukleotydowy (z wyjątkiem wirusów), który jest znacznie krótszy niż łańcuch DNA. Jeden monomer RNA to reszty następujących substancji: zasad azotowych; pięciowęglowy monosacharyd; kwasy fosforowe. RNA mają zasady pirymidynowe (uracyl i cytozyna) i purynowe (adenina, guanina). Ryboza jest monosacharydem nukleotydu RNA.

Komórka RNA została po raz pierwszy odkryta przez niemieckiego biochemika R. Altmana podczas badania komórek drożdży. W połowie XX wieku udowodniono rolę DNA w genetyce. Dopiero wtedy opisano typy i funkcje RNA.

W zależności od typu RNA różnią się również jego funkcje. Istnieje kilka typów:

1) Informacyjny RNA (i-RNA). Ten biopolimer jest czasami określany jako informacyjny RNA (mRNA). Ten typ RNA znajduje się zarówno w jądrze, jak iw cytoplazmie komórki. Głównym celem jest przekazanie informacji o budowie białka z kwasu dezoksyrybonukleinowego do rybosomów, w których składa się cząsteczka białka. Stosunkowo mała populacja cząsteczek RNA, mniej niż 1% wszystkich cząsteczek.

2) Rybosomalny RNA (r-RNA). Najpopularniejszy typ RNA (około 90% wszystkich cząsteczek tego typu w komórce). R-RNA znajduje się w rybosomach i jest matrycą do syntezy cząsteczek białka. Ma największe wymiary w porównaniu z innymi typami RNA. Masa cząsteczkowa może osiągnąć 1,5 miliona Daltonów lub więcej.

3) Transfer RNA (t-RNA). Znajduje się głównie w cytoplazmie komórki. Głównym celem jest realizacja transportu (przeniesienia) aminokwasów do miejsca syntezy białek (do rybosomów). Transfer RNA stanowi do 10% wszystkich cząsteczek RNA znajdujących się w komórce. Ma najmniejszy rozmiar w porównaniu z innymi cząsteczkami RNA (do 100 nukleotydów).

4) Drobny (mały) RNA. Są to cząsteczki RNA, najczęściej o małej masie cząsteczkowej, zlokalizowane w różnych częściach komórki (błona, cytoplazma, organelle, jądro itp.). Ich rola nie jest do końca poznana. Udowodniono, że mogą pomagać w dojrzewaniu rybosomalnego RNA, uczestniczyć w przenoszeniu białek przez błonę komórkową, sprzyjać reduplikacji cząsteczek DNA itp.

5) Rybozymy. Niedawno zidentyfikowany typ RNA, który bierze aktywny udział w procesach enzymatycznych komórki jako enzym (katalizator).

6) Wirusowe RNA. Każdy wirus może zawierać tylko jeden rodzaj kwasu nukleinowego: DNA lub RNA. W związku z tym wirusy, które mają w swoim składzie cząsteczkę RNA, nazywane są zawierającymi RNA. Gdy wirus tego typu dostanie się do komórki, może nastąpić proces odwrotnej transkrypcji (tworzenie nowego DNA na bazie RNA), a nowo powstałe wirusowe DNA zostaje zintegrowane z genomem komórki i zapewnia istnienie i reprodukcję patogenu. Drugim wariantem scenariusza jest tworzenie się komplementarnego RNA na matrycy napływającego wirusowego RNA. W tym przypadku tworzenie nowych białek wirusowych, żywotna aktywność i rozmnażanie wirusa odbywa się bez udziału kwasu dezoksyrybonukleinowego, tylko na podstawie informacji genetycznej zapisanej w wirusowym RNA.

Rodzaje i funkcje genów?

Gen, klasyfikacja i organizacja genów
Genetyka bada wzorce dziedziczności i zmienności, które są uniwersalne dla wszystkich żywych organizmów.
Elementarnymi dyskretnymi jednostkami dziedziczności są geny. Rozmnażanie i działanie genów jest bezpośrednio związane z procesami macierzowymi. Obecnie gen jest uważany za jednostkę funkcjonowania materiału dziedzicznego. Podstawą chemiczną genu jest cząsteczka DNA.
Istnieje kilka podejść do klasyfikacji genów, z których każde odzwierciedla cechy ich funkcjonowania w procesie ontogenezy. Geny, jako jednostki funkcji materiału dziedzicznego, dzielą się na geny strukturalne, regulacyjne i modulatorowe.
Geny strukturalne zawierają informacje o budowie białka (polipeptydy) i kwasy rybonukleinowe (rybosomalne i transportowe), natomiast informacja genetyczna jest realizowana w procesie transkrypcji i translacji lub tylko transkrypcji.U ludzi istnieje około 30 000 genów strukturalnych, ale tylko część z nich jest wyrażona.
Aktywność życiową komórek zapewnia niewielki zestaw funkcjonujących genów, wśród nich są geny „domowe” - GOF (geny ogólnych funkcji komórkowych) i geny „luksusowe” - GSP (geny wyspecjalizowanych funkcji). GOF zapewniają realizację uniwersalnych funkcji komórkowych, które są niezbędne do aktywności wszystkich komórek (geny histonowe, geny r-RNA i t-RNA itp.). GSP: 1- ulegają selektywnej ekspresji w wyspecjalizowanych komórkach, determinując ich fenotyp (geny globin, immunoglobulin itp.); 2 - funkcjonują w określonych warunkach środowiskowych i reprezentują geny „odpowiedzi adaptacyjnej”. Przynależność do GOF lub GSP zależy od struktury inicjatora.
Geny regulatorowe (gen regulatorowy operonu laktozowego, gen TFM itp.) koordynują aktywność genów strukturalnych na poziomie komórki oraz derepresję i represję genów na poziomie organizmu. Obok genów regulatorowych istnieją sekwencje regulatorowe (promotor, operator, terminator, wzmacniacze, wyciszacze, element przed promotorem), których funkcja ujawnia się w interakcji z określonymi białkami.
Geny modulujące wzmacniają lub osłabiają działanie genów strukturalnych, zmieniając ich aktywność funkcjonalną.
Geny strukturalne są inaczej zorganizowane u prokariotów i eukariontów.
U prokariotów geny strukturalne są zorganizowane jako niezależne geny, jednostki transkrypcyjne i operony.
Niezależne geny składają się z ciągłej sekwencji kodonów, ulegają ciągłej ekspresji i nie są regulowane na poziomie transkrypcji (gen regulatora operonu laktozy). Jednostki transkrypcyjne to grupy różnych genów, które są funkcjonalnie połączone i transkrybowane jednocześnie, co następnie zapewnia taką samą ilość zsyntetyzowanych produktów. Zwykle są to geny dla białek lub kwasów nukleinowych (u E. coli jeden z transkryptonów zawiera dwa geny t-RNA, trzy geny r-RNA).
Operon to grupa następujących po sobie genów strukturalnych pod kontrolą operatora - pewnego odcinka DNA.
Geny strukturalne mają wspólny promotor, operator i terminator, biorą udział w tym samym cyklu metabolicznym i są regulowane w skoordynowany sposób.
U eukariontów geny strukturalne, których funkcja jest związana z genami regulatorowymi, są zorganizowane jako geny niezależne, geny powtarzalne i skupiska genów.
Niezależne geny z reguły są zlokalizowane indywidualnie, ich transkrypcja nie jest związana z transkrypcją innych genów. Aktywność niektórych z nich jest regulowana przez hormony.
Geny powtarzalne są obecne w chromosomie w postaci powtórzeń (kopii) jednego genu - genów dla histonów, tRNA, rRNA. Powodem powtarzania się genów histonowych jest potrzeba syntezy dużej liczby histonów, które są głównymi białkami strukturalnymi jądra (całkowita masa histonów jest równa masie DNA).
Klaster genów to grupa różnych genów o powiązanych funkcjach, zlokalizowana w określonych regionach chromosomów. Klaster obejmuje aktywnie funkcjonujące geny i pseudogeny (sekwencje nukleotydowe pseudogenów są podobne do sekwencji funkcjonalnie aktywnych genów, ale pseudogeny nie ulegają ekspresji i nie tworzą białka. Klastry to często rodzina genów wywodząca się z jakiegoś genu przodka.
Klasycznym przykładem są geny globiny w klastrach A i B. Hemoglobina jest reprezentowana przez hem i białko tetramer-globina. Tetramer globiny składa się z dwóch identycznych łańcuchów i dwóch identycznych łańcuchów. Sekwencja aminokwasowa każdego łańcucha globiny jest kodowana przez jego własny gen, który jest odpowiednio częścią klastra A lub B. U ludzi klaster A znajduje się na chromosomie 16, a klaster B na chromosomie 11 (ryc. 20). Klaster B zajmuje segment DNA o wielkości 50 tysięcy pz i zawiera pięć funkcjonalnie aktywnych genów i jeden pseudogen: gen (epsilon); dwa geny (gamma); pseudogen (beta); gen (delta) i gen (beta).
Klaster A jest bardziej zwarty i zajmuje odcinek DNA o wielkości ponad 28 tysięcy par zasad i obejmuje aktywny gen (zeta), pseudogen (zeta), pseudogen (alfa) oraz geny (alfa) dwa i (alfa) ) jeden, kodujący identyczne białka. Geny globiny są mozaiką w strukturze wewnętrznej.
Powtarzające się geny i skupiska genów globiny należą do rodziny wielogenowej

BILET NA BADANIE NR 7_____

Producenci białek

Produkcja biomasy mikrobiologicznej jest największą produkcją mikrobiologiczną. Biomasa mikrobiologiczna może być dobrym uzupełnieniem białka dla zwierząt domowych, ptaków i ryb. Produkcja biomasy mikrobiologicznej jest szczególnie ważna dla krajów, które nie uprawiają soi na dużą skalę (śruta sojowa jest stosowana jako tradycyjny dodatek białkowy do pasz).

Przy wyborze mikroorganizmu brane są pod uwagę specyficzne tempo wzrostu i plon biomasy na danym podłożu, stabilność podczas hodowli w linii oraz wielkość komórek. Komórki drożdży są większe niż bakterie i łatwiej je oddzielić od cieczy przez wirowanie. Można hodować poliploidalne mutanty drożdży z dużymi komórkami. Obecnie znane są tylko dwie grupy mikroorganizmów, które mają właściwości niezbędne do produkcji przemysłowej na dużą skalę: drożdże z rodzaju Candida na n-alkanach (normalne węglowodory) i bakterie Methylophillus methylotrophus na metanolu.

Mikroorganizmy mogą być również hodowane na innych pożywkach: na gazach, oleju, odpadach z węgla, przemyśle chemicznym, spożywczym, winnym i wódkowym, drzewnym. Korzyści ekonomiczne ich stosowania są oczywiste. Tak więc kilogram oleju przetworzonego przez mikroorganizmy daje kilogram białka, a, powiedzmy, kilogram cukru - tylko 500 gramów białka. Skład aminokwasowy białka drożdży praktycznie nie różni się od tego otrzymanego z mikroorganizmów hodowanych na konwencjonalnych pożywkach węglowodanowych. Badania biologiczne preparatów z drożdży wyhodowanych na węglowodorach, które przeprowadzono zarówno w kraju, jak i za granicą, wykazały całkowity brak jakiegokolwiek szkodliwego wpływu na organizm badanych zwierząt. Eksperymenty przeprowadzono na wielu pokoleniach dziesiątek tysięcy zwierząt laboratoryjnych i hodowlanych. Nieprzetworzone drożdże zawierają niespecyficzne lipidy i aminokwasy, aminy biogenne, polisacharydy i kwasy nukleinowe, a ich wpływ na organizm jest wciąż słabo poznany. Dlatego proponuje się wyizolowanie białka z drożdży w chemicznie czystej postaci. Uwalnianie go z kwasów nukleinowych również stało się już nieskomplikowane.

W nowoczesnych procesach biotechnologicznych opartych na wykorzystaniu mikroorganizmów producentami białek są drożdże, inne grzyby, bakterie i mikroskopijne algi.

Z technologicznego punktu widzenia najlepsze z nich to drożdże. Ich zaletą jest przede wszystkim „przetwarzalność”: drożdże są łatwe w uprawie w warunkach produkcyjnych. Charakteryzują się dużą szybkością wzrostu, odpornością na obcą mikroflorę, są w stanie wchłonąć wszelkie źródła pożywienia, łatwo się rozdzielają i nie zanieczyszczają powietrza zarodnikami. Komórki drożdży zawierają do 25% suchej masy. Najcenniejszym składnikiem biomasy drożdży jest białko, które pod względem składu aminokwasowego przewyższa białko ziarna zbóż i tylko nieznacznie ustępuje białku mleka i mączki rybnej. O wartości biologicznej białka drożdży decyduje obecność znacznej ilości niezbędnych aminokwasów. Pod względem zawartości witamin drożdże przewyższają wszystkie pasze białkowe, w tym mączkę rybną. Ponadto komórki drożdży zawierają pierwiastki śladowe oraz znaczną ilość tłuszczu, w którym dominują nienasycone kwasy tłuszczowe. Podczas karmienia krów drożdżami paszowymi zwiększa się wydajność mleczna i zawartość tłuszczu w mleku, a u zwierząt futerkowych poprawia się jakość okrywy włosowej. Interesujące są również drożdże, które posiadają enzymy hydrolityczne i są w stanie rosnąć na polisacharydach bez ich wstępnej hydrolizy. Zastosowanie takich drożdży pozwoli uniknąć kosztownego etapu hydrolizy odpadów zawierających polisacharydy. Wiadomo, że ponad 100 gatunków drożdży dobrze rośnie na skrobi jako jedynym źródle węgla. Wśród nich szczególnie wyróżniają się dwa gatunki, które tworzą zarówno glukoamylazy, jak i β-amylazy, rosną na skrobi z wysokim współczynnikiem ekonomicznym i potrafią nie tylko przyswajać, ale także fermentować skrobię: Schwanniomyces occidentalis i Saccharomycopsis fibuliger. Oba gatunki są obiecującymi producentami białek i enzymów amylolitycznych na odpadach zawierających skrobię. Prowadzone są również poszukiwania takich drożdży, które mogłyby rozkładać natywną celulozę. Celulazy stwierdzono u kilku gatunków, na przykład w Trichosporon pullulans, ale aktywność tych enzymów jest niska i nie ma potrzeby mówić o przemysłowym zastosowaniu takich drożdży. Drożdże z rodzaju Kluyveromyces dobrze rosną na inulinie, głównej substancji rezerwowej w bulwach topinamburu, ważnej roślinie pastewnej, z której można również uzyskać białko drożdżowe.

Klasyfikacja enzymów

Klasyfikacja enzymów opiera się na mechanizmie ich działania i obejmuje 6 klas.

Enzymy jako biokatalizatory posiadają szereg unikalnych właściwości, takich jak wysoka aktywność katalityczna i selektywność działania. W niektórych przypadkach enzymy mają absolutną specyficzność, katalizując przemianę tylko jednej substancji. Każdy enzym ma swoje własne optimum pH, przy którym jego aktywność katalityczna jest maksymalna. Przy gwałtownej zmianie pH enzymy są dezaktywowane z powodu nieodwracalnej denaturacji. Przyspieszenie reakcji wraz ze wzrostem temperatury jest również ograniczone pewnymi granicami, ponieważ już w temperaturze 40-50 ° C wiele enzymów ulega denaturacji. Te właściwości enzymów muszą być brane pod uwagę przy opracowywaniu technologii nowego leku.

Ponieważ enzymy są substancjami o charakterze białkowym, prawie niemożliwe jest określenie ich ilości w mieszaninie z innymi białkami. Obecność enzymu w preparacie można stwierdzić jedynie na podstawie przebiegu reakcji katalizowanej przez ten enzym. W takim przypadku zawartość enzymu można określić ilościowo, określając albo ilość utworzonych produktów reakcji, albo ilość zużytego substratu. Za jednostkę aktywności enzymu przyjmuje się taką ilość, która katalizuje konwersję jednego mikromola substratu w ciągu 1 minuty w danych standardowych warunkach - standardową jednostkę aktywności.

Główną część enzymów otrzymywanych przemysłowo stanowią hydrolazy. Należą do nich przede wszystkim enzymy amylolityczne: α-amylaza, β-amylaza, glukoamylaza. Ich główną funkcją jest hydroliza skrobi i glikogenu. Skrobia jest hydrolizowana do dekstryn, a następnie do glukozy. Enzymy te są wykorzystywane w przemyśle alkoholowym, piekarniczym.

Enzymy proteolityczne tworzą klasę hydrolaz peptydowych. Ich działanie polega na przyspieszeniu hydrolizy wiązań peptydowych w białkach i peptydach. Ich ważną cechą jest selektywny charakter działania na wiązania peptydowe w cząsteczce białka. Na przykład pepsyna działa tylko na wiązanie z aminokwasami aromatycznymi, trypsyna na wiązanie między argininą i lizyną. W przemyśle enzymy proteolityczne są klasyfikowane według ich zdolności do aktywności w określonym zakresie pH:

pH 1,5 - 3,7 - kwaśne proteazy;

pH 6,5 - 7,5 - proteazy;

· pH > 8,0 - proteazy alkaliczne.

Proteazy są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu:

mięso - do zmiękczenia mięsa;

skóra - zmiękczanie skórek;

· produkcja folii - rozpuszczanie warstwy galaretowatej podczas regeneracji folii;

perfumeria - dodatki do past do zębów, kremów, balsamów;

· produkcja detergentów - dodatków do usuwania zanieczyszczeń o charakterze białkowym;

medycyna - w leczeniu procesów zapalnych, zakrzepicy itp.

Enzymy pektolityczne zmniejszają masę cząsteczkową i zmniejszają lepkość substancji pektynowych. Pektynazy dzielą się na dwie grupy - hydrolazy i transeliminazy. Hydralazy odszczepiają reszty metylowe lub rozrywają wiązania glikozydowe. Transeliminazy przyspieszają niehydrolityczne rozszczepianie substancji pektynowych z tworzeniem podwójnych wiązań. Znajdują zastosowanie w przemyśle włókienniczym (moczenie lnu przed obróbką), w winiarstwie – klarowanie win, a także w konserwowaniu soków owocowych.

BILET NA EGZAMIN 8

1 Jacy są najczęstsi przedstawiciele sinic? Cyjanobakterie, czyli niebieskozielone algi (łac. sinice) to rozległa grupa dużych bakterii Gram-ujemnych, których cechą wyróżniającą jest zdolność do fotosyntezy. Cyjanobakterie są najbardziej złożonymi i zróżnicowanymi prokariotami. Cyjanobakterie są powszechne w morzach i zbiornikach słodkowodnych, pokrywie glebowej, mogą uczestniczyć w symbiozach (porosty). Rzadkie gatunki są toksyczne i oportunistyczne dla ludzi. Niebiesko-zielone algi to główne elementy powodujące „kwitnienie” wody, co prowadzi do masowej śmierci ryb, zatruć zwierząt i ludzi. Niektóre gatunki charakteryzują się rzadkim połączeniem właściwości: zdolnością do fotosyntezy i jednoczesnego wiązania azotu z powietrza atmosferycznego.

Cyjanobakterie są organizmami jednokomórkowymi, mogą tworzyć kolonie, znane są formy nitkowate. Powielanie odbywa się przez rozszczepienie binarne, możliwe jest wielokrotne rozszczepienie. Cykl życia w sprzyjających warunkach wynosi 6-12 godzin.

Cyjanobakterie są szeroko rozpowszechnione w wielu różnych niszach ekologicznych na całym świecie, przez co nazywane są organizmami kosmopolitycznymi. Tak szerokie rozpowszechnienie związane jest z właściwościami biologicznymi sinic – specyficznym metabolizmem, dużą odpornością na zmiany takich parametrów środowiskowych jak temperatura, wilgotność, oświetlenie, zasolenie, ekspozycja na ultrafiolet i promieniowanie itp. Cyjanobakterie żyją w tundrze, w śniegu i lodzie, na pustyniach, w gorących źródłach o temperaturze do 80°C, w słonych jeziorach iw glebie.

BILET NA BADANIE NR 9

BILET NA BADANIE NR 10

BILET BADANIA NR 11

BILET Egzaminacyjny nr 12

1. Jak nazywają się pożyteczne bakterie? Podaj przykłady takich bakterii?

Pożyteczne bakterie nazywane są eubakteriami. Bakterie kwasu octowego, reprezentowane przez rodzaje Gluconobacter i Acetobacter, to bakterie Gram-ujemne, które przekształcają etanol w kwas octowy, a kwas octowy w dwutlenek węgla i wodę. Rodzaj Bacillus należy do bakterii Gram-dodatnich, które są zdolne do tworzenia przetrwalników i posiadają wici okołoświąteczne. B.subtilis jest bezwzględnym tlenowcem, podczas gdy B.thuringiensis może również żyć w warunkach beztlenowych. Bakterie beztlenowe, tworzące spory, są reprezentowane przez rodzaj Clostridium. C.acetobutylicum fermentuje cukry do acetonu, etanolu, izopropanolu i n-butanolu (fermentacja acetobutanolem), inne gatunki mogą również fermentować skrobię, pektynę i różne związki azotu.