Obiectele principale ale biotehnologiei sunt microscopice. Obiecte biologice și metode ale biotehnologiei. Obiecte biotehnologice și nivelurile acestora

Ca obiecte biotehnologiile pot include: celule ale microorganismelor, animale și plante, animale și plante transgenice, precum și sisteme enzimatice multicomponente ale celulelor și enzime individuale.

Baza celei mai moderne producții biotehnologice este sinteza microbiană, adică sinteza diferitelor substanțe biologic active folosind microorganisme. Indiferent de natura obiectului, etapa principală în dezvoltarea oricărui proces biotehnologic este obținerea culturi pure organisme (dacă sunt microbi), celule sau țesuturi (dacă sunt organisme mai complexe - plante sau animale). Multe etape de manipulare ulterioară a acestora din urmă (adică celulele vegetale sau animale) sunt principii și metode utilizate în producția microbiologică. Din punct de vedere metodologic, atât culturile de celule microbiene, cât și culturile de țesuturi vegetale și animale nu sunt practic diferite de culturile microbiene. Lumea m organisme de reproducere extrem de divers. Han. Sunt cunoscute peste 100 de mii de tipuri diferite de ele. Acest procariote(bacterii, actinomicete, rickettsia, cianobacterii) și o parte din e ucariotă(drojdie, ciuperci filamentoase, unele protozoare și alge). Cu o mare varietate de microorganisme, o problemă importantă este alegerea corectă a organismului care este capabil să furnizeze produsul necesar, adică să servească în scopuri industriale. Microorganisme:

1) Industrial : Escherichia coli ( E coli), băţ de fân ( Tu. subtilis) și drojdie de brutărie ( S. cerevisiae). De obicei sunt superproducători. Pentru a obține superproducători, se efectuează lucrări de selecție genetică și abordări de inginerie genetică (introducerea genelor umane în bacterii: gene pentru interferoni, insulină etc.). PS trebuie brevetat.

2) De bază- folosit în număr limitat, clasificat ca GRAS(„în general recunoscut ca sigur” - bacterii Bacillus subtilis, Bacillus amylolique-faciens, alte tipuri de bacili și lactobacili, specii Streptomyces, ciuperci Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, drojdie Saccharomyces și etc. . GRAS- microorganismele sunt nepatogene, netoxice și în general nu formează antibiotice, prin urmare, atunci când se dezvoltă un nou proces biotehnologic, ar trebui să se concentreze asupra acestor microorganisme.

3) Model- bacili (producători de enzime proteolitice).Există cataloage de microorganisme model.

Criteriul principal Atunci când alegeți un obiect biotehnologic, este importantă capacitatea de a sintetiza produsul țintă. microorganismele trebuie (cerințe):

Au o rată de creștere ridicată;

Reciclați substraturile ieftine necesare vieții lor;

Să fie rezistent la microflora străină, adică să aibă o competitivitate ridicată. (cerințe): capacitatea de a crește pe substraturi ieftine, eficiență economică ridicată, formare minimă de subproduse (metaboliți toxici, alergeni)

Toate cele de mai sus asigură o reducere semnificativă a costului de producere a produsului țintă. Următoarele sunt exemple menite să ilustreze ceea ce s-a spus mai sus.

1. Organisme unicelulare caracterizată prin rate mai mari de creștere și procese sintetice,

2. O atenție deosebită se acordă obiectelor dezvoltării biotehnologice microorganisme fotosintetice, folosind energia luminii solare în viața lor.

3. microorganismele termofile, crescând la 60-80 °C. Această proprietate este un obstacol aproape de netrecut în calea dezvoltării microflorei străine.

24. Avantajele microorganismelor față de alte obiecte în rezolvarea problemelor biotehnologice moderne:

· Dimensiuni mici

· Omniprezent

· Diverse tipuri de metabolism

· Fototrofe

· Ocupă un volum mic (1 ml până la 1 miliard de persoane)

· Rată mare de divizare, creștere rapidă

· Capabil să trăiască în diferite condiții.

Organismele fotosintetice sunt promițătoare ca producători de amoniac, hidrogen și proteine.

Microorganismele termofile care cresc la 60-80 de grade reprezintă o protecție fiabilă împotriva contaminării. Enzimele sintetizate de termofile se caracterizează prin rezistență crescută la căldură, dar în același timp sunt inactive la temperaturi normale.

Microorganismele ca obiecte ale biotehnologiei. Clasificare. Caracteristică.

Bacteriile sunt extrem de diverse în ceea ce privește condițiile de viață, adaptabilitatea, tipurile de nutriție și producția de bioenergie, în raport cu macroorganismele - animale și plante. Cele mai vechi forme de bacterii - arheobacterii - sunt capabile să trăiască în condiții extreme (temperaturi și presiuni ridicate, soluții concentrate de sare, soluții acide). Eubacteriile (procariotele tipice sau bacteriile) sunt mai sensibile la condițiile de mediu.

În funcție de tipul de nutriție, bacteriile sunt împărțite în funcție de sursa de energie:

· fototrofe care folosesc energia luminii solare;

· chimioautotrofe, folosind energia de oxidare a substanțelor anorganice (compuși cu sulf, metan, amoniac, nitriți, compuși ai fierului feros etc.);

După tipul de oxidare a substanței:

organotrofe care obțin energie din descompunerea substanțelor organice în minerale; aceste bacterii sunt principalii participanți la ciclul carbonului, bacteriile care folosesc energia de fermentație aparțin aceluiași grup;

Litotrofe (substanțe anorganice);

După tipul de surse de carbon:

Heterotrof - folosiți substanțe organice;

· aftotrofic – folosește gaz;

Pentru a indica tipul de alimentare:

1. natura sursei de energie este foto- sau chimio;

2. Donori de electroni lito- sau organo-;

3. Surse de carbon afto- și hetero-;

Iar termenul se termină cu cuvintele trofeu. 8 tipuri de putere diferite.

Animalele și plantele superioare sunt predispuse la 2 tipuri de nutriție:

1) Chimioorganoheterotrofie (animale)

2) Fotolitoftotrofie (plante)

Microorganismul are toate tipurile de nutriție, putând trece de la unul la altul în funcție de existența lor

Există un tip separat de mâncare:

Bacteriile sunt obiecte convenabile pentru cercetarea genetică. Cea mai studiată și utilizată pe scară largă în cercetarea de inginerie genetică este Escherichia coli (E. coli), care trăiește în intestinul uman.

Organizarea și structura producției biotehnologice. Caracteristici distinctive ale producției biotehnologice față de tipurile tradiționale de tehnologii. Avantajele și dezavantajele producției biotehnologice în comparație cu tehnologiile tradiționale.

Varietatea mare de procese biotehnologice care și-au găsit aplicație industrială duce la necesitatea luării în considerare a problemelor generale, cele mai importante, care apar la crearea oricărei producții biotehnologice. Procesele biotehnologice industriale sunt împărțite în 2 mari grupe: producția de biomasă și producția de produse metabolice. Cu toate acestea, o astfel de clasificare nu reflectă cele mai semnificative aspecte ale proceselor biotehnologice industriale din punct de vedere tehnologic. În acest sens, este necesar să se ia în considerare etapele producției biotehnologice, asemănările și diferențele acestora în funcție de scopul final al procesului biotehnologic.

Există 5 etape ale producției biotehnologice.

Cele două etape inițiale includ pregătirea materiilor prime și a principiilor biologic active. În procesele enzimologice de inginerie, acestea constau de obicei în prepararea unei soluții dintr-un substrat cu proprietăți specificate (pH, temperatură, concentrație) și prepararea unui lot dintr-un anumit tip de preparat enzimatic, enzimatic sau imobilizat. La efectuarea sintezei microbiologice sunt necesare etapele de pregătire a unui mediu nutritiv și de menținere a unei culturi pure, care ar putea fi utilizată constant sau după cum este necesar în proces. Menținerea unei culturi pure a tulpinii producătoare este sarcina principală a oricărei producții microbiologice, deoarece o tulpină foarte activă care nu a suferit modificări nedorite poate servi drept garanție a obținerii produsului țintă cu proprietățile dorite.

A treia etapă este etapa de fermentație, în care are loc formarea produsului țintă. În această etapă are loc transformarea microbiologică a componentelor mediului nutritiv, mai întâi în biomasă, apoi, dacă este necesar, în metabolitul țintă.

La a patra etapă, produsele țintă sunt izolate și purificate din lichidul de cultură. Procesele microbiologice industriale sunt caracterizate de obicei prin formarea de soluții și suspensii foarte diluate care conțin, pe lângă țintă, o cantitate mare de alte substanțe. În acest caz, este necesar să se separe amestecurile de substanțe de natură foarte asemănătoare, care sunt în soluție în concentrații comparabile, sunt foarte labile și sunt ușor supuse distrugerii termice.

Etapa finală a producției biotehnologice este pregătirea formelor comerciale de produse. O proprietate comună a majorității produselor de sinteză microbiologică este lipsa stabilității lor la depozitare, deoarece sunt predispuse la descompunere și, în această formă, oferă un mediu excelent pentru dezvoltarea microflorei străine. Acest lucru îi obligă pe tehnologi să ia măsuri speciale pentru a îmbunătăți siguranța produselor biotehnologice industriale. În plus, medicamentele de uz medical necesită soluții speciale la etapa de ambalare și acoperire, deci trebuie să fie sterile.

Scopul principal al biotehnologiei este utilizarea industrială a proceselor și agenților biologici bazați pe producerea de forme extrem de eficiente de microorganisme, culturi de celule și țesuturi de plante și animale cu proprietăți dorite. Biotehnologia a apărut la intersecția științelor biologice, chimice și tehnice.

Proces biotehnologic - include o serie de etani: prepararea obiectului, cultivarea acestuia, izolarea, purificarea, modificarea și utilizarea produselor.

Procesele biotehnologice se pot baza pe cultivare discontinuă sau continuă.

În multe țări din întreaga lume, biotehnologiei primește o importanță capitală. Acest lucru se datorează faptului că biotehnologia are o serie de avantaje semnificative față de alte tipuri de tehnologie, de exemplu, tehnologia chimică.

1). Aceasta este, în primul rând, o intensitate energetică scăzută. Procesele biotehnologice se desfășoară la presiune normală și la temperaturi de 20-40°C.

2). Producția biotehnologică se bazează adesea pe utilizarea echipamentelor standard de același tip. Același tip de enzime sunt folosite pentru a produce aminoacizi și vitamine; enzime, antibiotice.

3). Procesele biotehnologice sunt ușor de realizat fără deșeuri. Microorganismele asimilează o mare varietate de substraturi, astfel încât deșeurile dintr-o anumită producție pot fi transformate în produse valoroase cu ajutorul microorganismelor în timpul altei producții.

4). Natura fără deșeuri a producției biotehnologice o face cea mai ecologică

5). Cercetarea în domeniul biotehnologiei nu necesită investiții mari de capital și nu necesită echipamente scumpe.

Sarcinile principale ale biotehnologiei moderne includ crearea și dezvoltarea pe scară largă a:

1) noi substanțe biologic active și medicamente pentru medicină (interferoni, insulină, hormoni de creștere, anticorpi);

2) mijloace microbiologice de protejare a plantelor de boli și daune

lei, îngrășăminte bacteriene și regulatoare de creștere a plantelor, noi hibrizi de plante agricole, foarte productivi și rezistenți la factorii de mediu adversi, obținuți prin metode de inginerie genetică și celulară;

3) aditivi valoroși pentru furaje și substanțe biologic active (proteine ​​furajere, aminoacizi, enzime, vitamine, antibiotice pentru furaje) pentru creșterea productivității animalelor;

4) noi tehnologii pentru obținerea de produse valoroase din punct de vedere economic pentru utilizare în industriile alimentare, chimice, microbiologice și alte industrii;

5) tehnologii pentru prelucrarea profundă și eficientă a deșeurilor agricole, industriale și menajere, utilizarea apelor uzate și a emisiilor gaz-aer pentru producerea de biogaz și îngrășăminte de înaltă calitate.

Tehnologia tradițională (convențională) reprezintă evoluții care reflectă nivelul mediu de producție atins de majoritatea producătorilor de produse din industrie. Această tehnologie nu oferă cumpărătorului său avantaje tehnice și economice semnificative și calitatea produsului în comparație cu produse similare de la producători de top și nu se poate conta pe profituri suplimentare (peste medie) în acest caz. Avantajele sale pentru cumpărător sunt costul relativ scăzut și posibilitatea de a achiziționa tehnologie testată în condiții de producție. Tehnologia tradițională este creată, de regulă, ca urmare a învechirii și a difuzării pe scară largă a tehnologiei avansate. O astfel de tehnologie este de obicei vândută la prețuri care compensează vânzătorul pentru costurile de pregătire și de obținere a unui profit mediu.

Avantajele proceselor biotehnologice comparativ cu tehnologia chimică: biotehnologia are următoarele avantaje principale:

· posibilitatea de a obține substanțe naturale specifice și unice, dintre care unele (de exemplu, proteine, ADN) nu pot fi încă obținute prin sinteză chimică;

·desfășurarea proceselor biotehnologice la temperaturi și presiuni relativ scăzute;

microorganismele au rate semnificativ mai mari de creștere și acumulare de masă celulară decât alte organisme

· deșeurile agricole și industriale ieftine pot fi folosite ca materie primă în procesele biotehnologice;

· procesele biotehnologice, comparativ cu cele chimice, sunt de obicei mai ecologice, au deșeuri mai puțin nocive și sunt apropiate de procesele naturale care au loc în natură;

·De regulă, tehnologia și echipamentele în producția biotehnologică sunt mai simple și mai ieftine.

Etapa biotehnologică

Etapa principală este etapa biotehnologică în sine, la care, folosind unul sau altul agent biologic, are loc transformarea materiilor prime într-unul sau altul produs țintă.

De obicei, sarcina principală a etapei biotehnologice este obținerea unei anumite substanțe organice.

Etapa biotehnologică include:

Fermentarea este un proces realizat prin cultivarea microorganismelor.

Biotransformarea este procesul de modificare a structurii chimice a unei substanțe sub influența activității enzimatice a celulelor microorganismelor sau a enzimelor gata preparate.

Biocataliza este transformarea chimică a unei substanțe care are loc folosind biocatalizatori-enzime.

Biooxidarea este consumul de poluanți de către microorganisme sau asocierea de microorganisme în condiții aerobe.

Fermentarea metanului este prelucrarea deșeurilor organice folosind o asociere de microorganisme metanogene în condiții anaerobe.

Biocompostarea este o reducere a conținutului de substanțe organice nocive printr-o asociere de microorganisme în deșeurile solide, cărora li se conferă o structură specială slăbită pentru a asigura accesul la aer și umiditatea uniformă.

Biosorbția este sorbția impurităților nocive din gaze sau lichide de către microorganisme, de obicei atașate de purtători solizi speciali.

Leșierea bacteriană este procesul de transformare a compușilor metalici insolubili în apă într-o stare dizolvată sub influența microorganismelor speciale.

Biodegradarea este distrugerea compușilor nocivi sub influența microorganismelor biodestructoare.

De obicei, o etapă biotehnologică are un flux lichid și unul gazos ca fluxuri de ieșire, uneori doar un flux lichid. Dacă procesul are loc în fază solidă (de exemplu, maturarea brânzei sau biocompostarea deșeurilor), rezultatul este un flux de produs solid prelucrat.

Etape pregătitoare

Etapele pregătitoare servesc la pregătirea și pregătirea tipurilor de materii prime necesare pentru etapa biotehnologică.

Următoarele procese pot fi utilizate în timpul etapei de pregătire.

Sterilizarea mediului - pentru procese biotehnologice aseptice în care pătrunderea microflorei străine este nedorită.

Prepararea și sterilizarea gazelor (de obicei aer) necesare unui proces biotehnologic. Cel mai adesea, pregătirea aerului constă în curățarea acestuia de praf și umiditate, asigurând temperatura necesară și curățarea acestuia de microorganismele prezente în aer, inclusiv de spori.

Pregătirea materialului de semințe. Evident, pentru a desfășura un proces microbiologic sau procesul de cultivare a celulelor vegetale sau animale izolate, este necesar să se pregătească material de semințe - o cantitate mică precultivată dintr-un agent biologic în comparație cu stadiul principal.

Prepararea biocatalizatorului. Pentru procesele de biotransformare sau biocataliză, este necesar să se pregătească mai întâi un biocatalizator - fie o enzimă în formă liberă sau fixă ​​pe un purtător, fie o biomasă de microorganisme crescute anterior până la o stare în care se manifestă activitatea sa enzimatică.

Preprocesarea materiilor prime. Dacă materiile prime intră în producție într-o formă necorespunzătoare utilizării directe în procesul biotehnologic, atunci se efectuează o operațiune de pregătire preliminară a materiilor prime. De exemplu, la producerea alcoolului, grâul este mai întâi zdrobit și apoi supus procesului enzimatic de „zaharificare”, după care mustul zaharificat este transformat în alcool în stadiul biotehnologic prin fermentare.

Curățarea produsului

Sarcina acestei etape este de a elimina impuritățile și de a face produsul cât mai pur posibil.

Cromatografia este un proces similar cu adsorbția.

Dializa este un proces în care substanțele cu greutate moleculară mică pot trece printr-un sept semi-permeabil, în timp ce substanțele cu greutate moleculară mare rămân.

Cristalizare. Acest proces se bazează pe solubilitatea diferită a substanțelor la diferite temperaturi.

Concentrarea produsului

Sarcina ulterioară este de a asigura concentrarea acestuia.

În stadiul de concentrare se folosesc procese precum evaporarea, uscarea, precipitarea, cristalizarea cu filtrarea cristalelor rezultate, ultrafiltrarea și hiperfiltrarea sau nanofiltrarea, care asigură un fel de „stors” a solventului din soluție.

Tratarea efluenților și a emisiilor

Epurarea acestor ape uzate și emisii este o sarcină specială care trebuie rezolvată în vremurile noastre nefavorabile din punct de vedere ecologic. În esență, tratarea apelor uzate este o producție biotehnologică separată, care are propriile etape pregătitoare, o etapă biotehnologică, o etapă de sedimentare a biomasei de nămol activ și o etapă de tratare suplimentară a apelor uzate și procesare a nămolului.

Tipuri de obiecte biologice utilizate în biotehnologie, clasificarea și caracteristicile acestora. Obiecte biologice de origine animală. Obiecte biologice de origine vegetală.

Obiectele biotehnologiei includ: particule extracelulare organizate (viruși), celule de bacterii, ciuperci, protozoare, țesuturi de ciuperci, plante, animale și oameni, enzime și componente enzimatice, molecule de acid nucleic biogene, lectine, citokinine, metaboliți primari și secundari.

În prezent, majoritatea obiectelor biologice ale biotehnologiei sunt reprezentate de reprezentanți ai 3 superregate:

1) Acoryotac – acoriote sau anucleate;

2) Procariotac – procariote sau prenucleare;

3) Eucariotac - eucariote sau nucleare.

Ele sunt reprezentate de 5 regate: acariotele includ virusuri (particule organizate necelulare); Procariotele includ bacterii (unitate morfologică elementară); Eucariotele includ ciuperci, plante și animale. Tipul de codificare a informațiilor genetice ADN (pentru virusuri ADN sau ARN).

Bactria are o organizare celulară, dar materialul nuclear nu este separat de citoplasmă prin nicio membrană și nu este asociat cu nicio proteină. Majoritatea bacteriilor sunt unicelulare; dimensiunea lor nu depășește 10 micrometri. Toate bacteriile sunt împărțite în arhiobacterii și eubacterii.

Ciupercile (Mycota) sunt obiecte biotehnologice importante și producători ai unui număr de compuși și aditivi alimentari importanți: antibiotice, hormoni vegetali, coloranți, proteine ​​din ciuperci, diverse tipuri de brânzeturi. Micromicetele nu formează corpul fructifer, în timp ce macromicetele formează. Au caracteristici ale animalelor și plantelor.

Plante (Plante). Sunt cunoscute aproximativ 300 de mii de specii de plante. Acestea sunt plante organice diferențiate, ale căror părți constitutive sunt țesuturi (merimestente, tegumentare, conductoare, mecanice, bazale și secretoare). Numai țesuturile mimetice sunt capabile de diviziune. Orice tip de plantă, în anumite condiții, poate produce o masă celulară neorganizată de celule în diviziune - calus. Cele mai importante obiecte biologice sunt protoplastele celulelor vegetale. Le lipsește un perete celular. Folosit în inginerie celulară. Algele marine sunt adesea folosite. Din acestea se obțin agar-agar și alginați (polizaharide utilizate pentru prepararea mediilor microbiologice).

Animale (Animale). În biotehnologie, obiectele biologice, cum ar fi celulele diferitelor animale, sunt utilizate pe scară largă. Pe lângă celulele animalelor superioare, sunt folosite și celulele animalelor protozoare. Celulele de la animale superioare sunt folosite pentru a obține ADN recombinat și pentru a efectua studii toxicologice.

Obiectul principal al procesului biotehnologic este celula. Produsul țintă este sintetizat în el. În esență, o celulă este o plantă chimică în miniatură în care sute de compuși complecși sunt sintetizați în fiecare minut.

Baza producției biotehnologice moderne este sinteza diferitelor substanțe folosind celule microbiene. Celulele plantelor și animalelor superioare nu și-au găsit încă o utilizare pe scară largă, din cauza cerințelor ridicate asupra condițiilor de cultivare.

Etapa inițială a dezvoltării biotehnologice primeste culturi pure de celule și țesuturi. Manipulările ulterioare cu aceste culturi sunt caracterizate de uniformitatea abordărilor bazate pe metode microbiologice clasice. În acest caz, culturile de celule și țesuturi ale plantelor și animalelor superioare sunt asemănate cu culturile de microorganisme.

Eucariote și procariote. Majoritatea microorganismelor sunt creaturi unicelulare. O celulă microbiană este separată de mediul extern printr-un perete celular și uneori doar printr-o membrană citoplasmatică și conține diferite structuri subcelulare. Există două tipuri principale de structură celulară, care diferă unele de altele printr-o serie de caracteristici fundamentale. Acestea sunt celule eucariote și procariote. Microorganismele care au un nucleu adevărat se numesc eucariote (eu - din greacă - adevărat, karyo - nucleu). Microorganismele cu un aparat nuclear primitiv sunt clasificate ca procariote (prenucleare).

Dintre microorganisme la procariote includ bacterii, actinomicete și alge albastre-verzi (cianobacterii), la eucariote- alte alge (verzi, maronii, roșii), micomicete (mucegaiuri slime), ciuperci inferioare - micromicete (inclusiv drojdie), protozoare (flagelate, ciliate etc.).

Proprietatea lor comună este dimensiunea lor mică; sunt vizibile doar la microscop. În prezent, sunt cunoscute peste 100 de mii de specii de diferite microorganisme.

Procariotele nu suferă procesele de mitoză și meioză. Se reproduc mai des prin simpla diviziune celulara.

Într-o celulă eucariotă există un nucleu separat de citoplasma înconjurătoare printr-o membrană nucleară cu două straturi cu pori. Nucleul conține 1-2 nucleoli - centri pentru sinteza ARN-ului ribozomal și cromozomii - principalii purtători de informații ereditare, constând din ADN și proteine. În timpul diviziunii, cromozomii sunt distribuiți între celulele fiice ca urmare a proceselor complexe - mitoză și meioză. Citoplasma eucariotelor conține mitocondrii, iar în organismele fotosintetice, cloroplasta. Membrana citoplasmatică care înconjoară celula trece în interiorul citoplasmei în reticulul endoplasmatic; există și un organel membranar - aparatul Golgi.

Celulele procariote mai simplu. Nu au o graniță clară între nucleu și citoplasmă și nu există membrană nucleară. ADN-ul din aceste celule nu formează structuri similare cu cromozomii eucarioți. Procariotele nu suferă procesele de mitoză și meioză. Majoritatea procariotelor nu formează organele intracelulare delimitate de membrane; nu există mitocondrii sau cloroplaste.

Selectarea formelor de microorganisme cu proprietăți specificate

Selectarea formelor de microorganisme cu proprietăți dorite necesare cultivării include mai multe etape.

2.1. Izolarea microorganismelor. Se prelevează probe din habitatele microorganismelor (sol, reziduuri vegetale etc.). În legătură cu microorganismele oxidante de hidrocarburi, un astfel de loc poate fi solul din apropierea benzinăriilor, drojdia de vin se găsește din abundență pe struguri, microorganismele anaerobe care descompun celuloza și metanul trăiesc în cantități mari în rumenul rumegătoarelor.

2.2. Obținerea de culturi de îmbogățire. Probele sunt introduse în medii nutritive lichide cu o compoziție specială, creând condiții favorabile pentru dezvoltarea producătorului (temperatura, pH, surse de energie, carbon,
azot etc.). Pentru acumularea producătorului de colesterol oxidază, mediile cu colesterol sunt folosite ca unică sursă de carbon; microorganisme hidrocarburante - medii cu parafine; producători de enzime proteolitice sau lipolitice – medii care conţin proteine ​​sau lipide.

2.3. Izolarea culturilor pure. Probele din culturile de îmbogățire sunt inoculate pe medii nutritive solide. Celulele individuale ale microorganismelor pe medii nutritive solide se formează izolate
colonii sau clone, la reînsămânțare, se obțin culturi pure, formate din celule de un tip de producător.

O altă modalitate de a selecta microorganismele este din colecțiile existente. De exemplu, producătorii de antibiotice sunt adesea actinomicete și etanol - drojdie.

Clonează- cultura obtinuta dintr-o celula, cultură pură- o colecție de indivizi dintr-un tip de microorganisme, tulpini- culturi izolate din medii naturale diferite sau din același mediu în momente diferite.

2.4. Determinarea capacității de a sintetiza produsul țintă - principalul criteriu la selectarea producătorilor. Microorganismele trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

1) au o rată de creștere ridicată;

2) folosiți substraturi ieftine pe viață;

3) să fie rezistent la infecția cu microflora străină.

Organismele unicelulare se caracterizează prin rate mai mari de procese sintetice decât plantele și animalele superioare. Astfel, o vacă cu greutatea de 500 kg sintetizează aproximativ 0,5 kg de proteine ​​într-o zi. Aceeași cantitate de proteine ​​poate fi obținută într-o zi folosind 5 g de drojdie. De interes sunt microorganismele fotosintetice care folosesc energia luminoasă și sunt capabile să asimileze azotul atmosferic. Microorganismele termofile sunt benefice. Utilizarea lor reduce costurile suplimentare pentru sterilizarea echipamentelor industriale. Rata de creștere și metabolismul acestor organisme este de 1,5-2 ori mai mare decât cea a mezofililor. Enzimele pe care le sintetizează sunt rezistente la căldură, acizi și solvenți organici.

Metode biotehnologice

În biotehnologie există 2 metode: 1) Selectare; 2) Inginerie genetică. Metodele de selecție sunt folosite pentru a obține produse foarte active. Prin selecție s-au obținut tulpini industriale de microorganisme a căror activitate sintetică depășește de zeci și sute de ori activitatea tulpinilor originale.

Selecţie

Selectie - selecția dirijată a mutanților (organisme a căror ereditate a suferit modificări bruște). Calea generală de selecție este trecerea de la simpla selecție a producătorilor la proiectarea conștientă a genomului lor. În fiecare etapă, clonele cele mai eficiente sunt selectate din populația de microorganisme. În acest fel, pe o perioadă lungă de timp, s-au selectat tulpini de drojdie de bere, vin, panificație, drojdie de acid acetic, bacterii de acid propionic etc.. Se utilizează selecția treptată: la fiecare etapă se selectează clonele cele mai eficiente dintre populația de microorganisme. Limitările metodei de selecție bazate pe mutații spontane sunt asociate cu frecvența lor scăzută, ceea ce complică semnificativ intensificarea procesului. Modificările în structura ADN-ului sunt rare. O genă trebuie să se dubleze în medie de 106 -108 ori pentru ca o mutație să apară. Un exemplu de selecție a celor mai productivi mutanți în timpul cultivării într-un mod continuu este selecția drojdiei pe baza rezistenței la etanol, un produs rezidual al drojdiei. Mutageneza indusă duce la o accelerare semnificativă a selecției - o creștere bruscă a frecvenței mutațiilor unui obiect biologic din cauza deteriorării artificiale a genomului. Radiațiile ultraviolete, cu raze X sau y și unii compuși chimici care provoacă modificări în structura primară a ADN-ului au un efect mutagen. Unii dintre cei mai cunoscuți și utilizați mutageni includ acidul azot, agenții de alchilare etc.

Efectuați o verificare totală (screening) clonele rezultate. După ce au selectat cele mai productive clone, ei repetă tratamentul cu același sau alt mutagen, selectează din nou opțiunea cea mai productivă etc., adică. Vorbim despre selecția treptată în funcție de caracteristica de interes.

Intensitatea muncii este principalul dezavantaj al metodei de mutageneză indusă și selecția ulterioară în trepte. Dezavantajul metodei este și lipsa de informații despre natura mutațiilor; cercetătorul selectează în funcție de rezultatul final.

Inginerie genetică

Ingineria genetică este modificarea țintită a obiectelor biologice ca urmare a introducerii unor programe genetice create artificial. Niveluri de inginerie genetică:

1)genetic– manipularea directă a ADN-ului recombinant, inclusiv a genelor individuale;

2)cromozomiale– manipularea grupurilor de gene sau a cromozomilor individuali;

3)genomic(celular) – transferul întregului sau al majorității materialului genetic de la o celulă la alta (ingineria celulară). În înțelegerea modernă, ingineria genetică include tehnologia ADN-ului recombinant.

Munca în domeniul ingineriei genetice include 4 etape: 1) obţinerea genei dorite; 2) inserarea lui într-un vector capabil de replicare; 3) introducerea unei gene în organism folosind un vector; 4) nutriția și selecția celulelor care au dobândit gena dorită.

Ingineria genetică a plantelor superioare se realizează la nivel celular, tisular și organism.

Baza ingineriei celulare este hibridizarea celulelor somatice - fuziunea celulelor nereproductive pentru a forma un singur întreg. Fuziunea celulelor poate fi completă sau cu introducerea părților lor individuale (mitocondrii, cloroplaste etc.).

Hibridizarea somatică permite încrucișarea organismelor îndepărtate genetic. Înainte de fuziune, celulele vegetale, fungice și bacteriene sunt eliberate de peretele celular și se obțin protoplaste. Apoi membranele citoplasmatice exterioare sunt depolarizate cu un câmp electric sau magnetic alternant, folosind cationi Ca +. Peretele celular este supus hidrolizei enzimatice.

Întrebări de autotest

1. Care este obiectul biotehnologiei?

2. Ce tipuri de structură celulară există?

3. Care sunt etapele creșterii culturii?

4. Ce este selecția și ingineria genetică?

4 Veragă principală a procesului biotehnologic este un obiect biologic capabil să efectueze o anumită modificare a materiei prime și să formeze unul sau altul produs necesar. Astfel de obiecte biotehnologice pot include celule ale microorganismelor, animale și plante, animale și plante transgenice, ciuperci, precum și sisteme enzimatice multicomponente ale celulelor și enzime individuale. Baza celei mai moderne producții biotehnologice este sinteza microbiană, adică sinteza diferitelor substanțe biologic active cu ajutorul microorganismelor. Din păcate, obiectele de origine vegetală și animală, din mai multe motive, nu și-au găsit încă o utilizare atât de răspândită. Prin urmare, în viitor este recomandabil să se ia în considerare microorganismele drept principalele obiecte ale biotehnologiei.

1 Microorganismele sunt principalele obiecte ale biotehnologiei În prezent, sunt cunoscute peste 100 de mii de tipuri diferite de microorganisme. Acestea sunt în primul rând bacterii, actinomicete și cianobacterii. Cu o varietate atât de mare de microorganisme, o problemă foarte importantă și adesea dificilă este alegerea corectă exact a organismului care este capabil să furnizeze produsul necesar, de exemplu. servesc scopurilor industriale. 5

Multe procese biotehnologice folosesc un număr limitat de microorganisme care sunt clasificate ca GRAS (recunoscute în general ca sigure). Astfel de microorganisme includ bacteriile Basillus subtilis, Basillus amyloliquefaciens, alte tipuri de bacili și lactobacili și speciile de Streptomyces. Acestea includ și speciile de ciuperci Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, drojdia Saccharomyces etc. Microorganismele GRAS sunt non-patogene, non-toxice și, în general, nu formează antibiotice, prin urmare, atunci când se dezvoltă un nou proces biotehnologic, ar trebui să se concentreze asupra acestora. microorganismele ca obiecte de bază ale biotehnologiei. 6

Industria de microbiologie folosește în prezent mii de tulpini de microorganisme care au fost inițial izolate din surse naturale pe baza proprietăților lor benefice și apoi îmbunătățite prin diverse metode. În legătură cu extinderea producției și a gamei de produse, în industria microbiologică sunt implicați din ce în ce mai mulți reprezentanți ai lumii microbilor. De remarcat că, în viitorul previzibil, niciunul dintre ele nu va fi studiat în aceeași măsură ca E. coli și Bac. subtilis. Motivul pentru aceasta este intensitatea enormă a muncii și costul ridicat al acestui tip de cercetare. 7

În consecință, se pune problema dezvoltării unei strategii și a unor tactici de cercetare care să permită, cu o cantitate rezonabilă de muncă, să se extragă din potențialul noilor microorganisme tot ceea ce este mai valoros atunci când se creează tulpini producători importante din punct de vedere industrial adecvate utilizării în procesele biotehnologice. Abordarea clasică este de a izola microorganismul dorit de condițiile naturale. Din habitatele naturale ale presupusului producător se prelevează probe de material (se prelevează probe de material) și se inoculează într-un mediu selectiv care asigură dezvoltarea preferențială a microorganismului de interes, i.e. primesc așa-numitele culturi de îmbogățire. 8

Următorul pas este izolarea unei culturi pure cu studiul suplimentar al microorganismului izolat și, dacă este necesar, o determinare aproximativă a capacității sale de producție. Există o altă modalitate de a selecta microorganismele producătoare - aceasta este de a selecta speciile dorite din colecțiile disponibile de microorganisme bine studiate și bine caracterizate. Acest lucru, desigur, elimină nevoia de a efectua o serie de operațiuni care necesită forță de muncă. 9

Principalul criteriu la alegerea unui obiect biotehnologic este capacitatea de a sintetiza produsul țintă. Cu toate acestea, pe lângă aceasta, tehnologia procesului în sine poate conține cerințe suplimentare, care uneori sunt foarte, foarte importante, ca să nu spunem decisive. În general, microorganismele trebuie să aibă o rată de creștere ridicată, să utilizeze substraturi ieftine necesare vieții lor și să fie rezidente în microflora străină, adică să aibă o competitivitate ridicată. Toate cele de mai sus asigură o reducere semnificativă a costului de producere a produsului țintă. 10

Să dăm câteva exemple care dovedesc rolul microorganismelor ca obiecte ale biotehnologiei: 1. Organismele unicelulare, de regulă, se caracterizează prin rate mai mari de creștere și procese sintetice decât organismele superioare. Cu toate acestea, acest lucru nu este caracteristic tuturor microorganismelor. Unele dintre ele cresc extrem de lent, dar prezintă un interes deosebit deoarece sunt capabile să producă diverse substanțe foarte valoroase. unsprezece

2. De un interes deosebit ca obiecte ale dezvoltării biotehnologice sunt microorganismele fotosintetice care utilizează energia luminii solare în activitățile lor de viață. Unele dintre ele (cianobacteriile și eucariotele fotosintetice) utilizează CO 2 ca sursă de carbon, iar unii reprezentanți ai cianobacteriilor, pe lângă toate cele de mai sus, au capacitatea de a asimila azotul atmosferic (adică sunt extrem de nepretențioși la nutrienți). Microorganismele fotosintetice sunt promițătoare ca producători de amoniac, hidrogen, proteine ​​și o serie de compuși organici. Cu toate acestea, progresele în utilizarea lor, din cauza cunoștințelor fundamentale limitate despre organizarea lor genetică și mecanismele biologice moleculare ale vieții, aparent nu ar trebui așteptate în viitorul apropiat. 12

3. Se acordă o oarecare atenție unor obiecte biotehnologice precum microorganismele termofile care cresc la °C. Această proprietate este un obstacol aproape de netrecut în calea dezvoltării microflorei străine în timpul cultivării relativ nesterile, de exemplu. oferă protecție fiabilă împotriva contaminării. Printre termofili s-au găsit producători de alcooli, aminoacizi, enzime și hidrogen molecular. În plus, rata lor de creștere și activitatea metabolică sunt de 1,5-2 ori mai mari decât cea a mezofililor. Enzimele sintetizate de termofile se caracterizează prin rezistență crescută la căldură, unii agenți oxidanți, detergenți, solvenți organici și alți factori nefavorabili. În același timp, sunt puțin activi la temperaturi obișnuite. 13

Astfel, proteazele unuia dintre reprezentanții microorganismelor termofile sunt de 100 de ori mai puțin active la 20 °C decât la 75 °C. Aceasta din urmă este o proprietate foarte importantă pentru unele producții industriale. De exemplu, enzima Tag polimeraza din bacteria termofilă Thermus aquaticus și-a găsit o largă aplicație în inginerie genetică. S-a menționat anterior despre o altă proprietate foarte semnificativă a acestor organisme și anume că atunci când sunt cultivate, temperatura mediului în care locuiesc depășește semnificativ temperatura ambiantă. Această diferență mare de temperatură asigură un schimb de căldură rapid și eficient, permițând utilizarea reactoarelor biologice fără dispozitive de răcire voluminoase. Și acesta din urmă, la rândul său, facilitează amestecarea, aerarea și eliminarea spumei, ceea ce împreună reduce semnificativ costul procesului. 14

2 Izolarea și selecția microorganismelor O componentă integrală în procesul de creare a celor mai valoroși și activi producători, de ex. Atunci când se selectează obiecte în biotehnologie, selecția lor este importantă. Principala modalitate de selecție este proiectarea conștientă a genomurilor în fiecare etapă de selecție a producătorului dorit. Această situație nu a putut fi întotdeauna realizată din cauza lipsei unor metode eficiente de modificare a genomilor organismelor selectate. În dezvoltarea tehnologiilor microbiene, au jucat un rol important metodele bazate pe selecția variantelor modificate care apar spontan, caracterizate prin caracteristicile utile dorite. 15

Cu astfel de metode, se utilizează de obicei selecția în trepte: în fiecare etapă de selecție, cele mai active variante (mutanți spontani) sunt selectate din populația de microorganisme, din care tulpini noi, mai eficiente sunt selectate în etapa următoare și așa mai departe. În ciuda limitărilor evidente ale acestei metode, care constă în frecvența scăzută de apariție a mutanților, este prea devreme să considerăm că capacitățile sale sunt complet epuizate. 16

Procesul de selecție a celor mai eficienți producători este accelerat semnificativ atunci când se utilizează metoda mutagenezei induse. Ca efecte mutagene sunt utilizate radiațiile UV, razelor X și gamma, anumite substanțe chimice etc.. Cu toate acestea, această tehnică nu este lipsită de dezavantaje, principalul dintre acestea fiind intensitatea muncii și lipsa de informații despre natura modificărilor, deoarece experimentatorul selectează în funcție de rezultatul final. 17

De exemplu, rezistența organismului la ionii de metale grele poate fi asociată cu suprimarea sistemului pentru absorbția acestor cationi de către celula bacteriană, activarea procesului de îndepărtare a cationilor din celulă sau restructurarea sistemului (sistemelor) care este supus efectului inhibitor al cationului din celulă. În mod firesc, cunoașterea mecanismelor de creștere a durabilității va face posibilă efectuarea unei influențe țintite pentru a obține rezultatul final într-un timp mai scurt, precum și selectarea opțiunilor care se potrivesc mai bine condițiilor specifice de producție. Utilizarea abordărilor enumerate în combinație cu tehnicile clasice de selecție este esența selecției moderne a microorganismelor producătoare. 18

De exemplu, rezistența organismului la ionii de metale grele poate fi asociată cu suprimarea sistemului pentru absorbția acestor cationi de către celula bacteriană, activarea procesului de îndepărtare a cationilor din celulă sau restructurarea sistemului (sistemelor) care este supus efectului inhibitor al cationului din celulă. În mod firesc, cunoașterea mecanismelor de creștere a durabilității va face posibilă efectuarea unei influențe țintite pentru a obține rezultatul final într-un timp mai scurt, precum și selectarea opțiunilor care se potrivesc mai bine condițiilor specifice de producție. Utilizarea abordărilor enumerate în combinație cu tehnicile clasice de selecție este esența selecției moderne a microorganismelor producătoare. 19

BILET DE EXAMEN Nr.1

Obiecte biotehnologice și nivelurile acestora

Biotehnologie înseamnă orice tip de tehnologie care implică utilizarea sistemelor biologice, a organismelor vii sau a derivaților acestora pentru a realiza sau modifica produse sau procese pentru o anumită utilizare Resursele biotehnologice sunt resurse biologice utilizate în procesele biotehnologice.

Obiectele pentru producție trebuie să îndeplinească anumite cerințe: - capacitatea de a crește pe medii nutritive ieftine; - ritm ridicat de creștere și formare a produsului țintă; - formare minimă de subproduse; - stabilitate a producătorului și în raport cu proprietățile de producție; - inofensivă a producătorului și a produsului țintă pentru om și mediu.O proprietate importantă a unui obiect biologic este rezistența la infecție, care este importantă pentru menținerea sterilității și a rezistenței la fagi. Funcțiile unui obiect biologic sunt biosinteza completă a produsului țintă, incluzând o serie de reacții enzimatice secvențiale sau cataliza unei singure reacții enzimatice, care este de o importanță cheie pentru obținerea produsului țintă.

Obiectele biotehnologiei sunt foarte diverse și gama lor se extinde de la părți organizate (virusuri) la oameni.Un obiect biologic care realizează biosinteza completă a produsului țintă se numește producător.Un obiect biologic, care este o enzimă individuală utilizată de un biotehnolog. , se numește biocatalizator industrial.

b) bacterii și cianobacterii;

d) alge;

e) protozoare;

g) plante – inferioare (anabena-azolla) și superioare – linte de rață.

În acest caz, obiectele biologice pot fi molecule (enzime, imunomodulatori, nucleozide, oligo- și polipeptide etc.), părți organizate (viruși, fagi), unicelulare (bacterii, drojdii) și indivizi multicelulari (ciuperci superioare filamentoase, țesuturi vegetale, culturi cu un singur strat de celule de mamifere), organisme întregi de plante și animale. Dar chiar și atunci când o biomoleculă este folosită ca obiect al biotehnologiei, biosinteza sa inițială este efectuată în majoritatea cazurilor de celulele corespunzătoare. În consecință, se poate susține că obiectele biotehnologiei aparțin fie microbilor, fie organismelor vegetale și animale.

Ce abilități au celulele organismelor?

O celulă este un sistem biologic elementar capabil de auto-reînnoire, auto-reproducere și dezvoltare. Structurile celulare stau la baza structurii plantelor și animalelor. Indiferent cât de diversă ar părea structura organismelor, aceasta se bazează pe structuri similare - celule.
Celula are toate proprietățile unui sistem viu:
schimbă materie și energie;
dezvoltă;
reproduce și transmite prin moștenire caracteristicile sale;
reacționează la semnale externe (stimuli);
capabil să se miște.
Este cel mai de jos nivel de organizare, posedând toate aceste proprietăți, cea mai mică unitate structurală și funcțională a viețuitoarelor. De asemenea, poate trăi separat: celulele izolate ale organismelor multicelulare continuă să trăiască și să se înmulțească într-un mediu nutritiv.

Funcțiile dintr-o celulă sunt distribuite între diferite organite, cum ar fi nucleul celulei, mitocondriile etc. Toate organismele vii sunt fie, la fel ca animalele pluricelulare, plantele și ciupercile, compuse din mai multe celule, fie, ca multe protozoare și bacterii, sunt unice. organisme celulare. Organisme unicelulare- o categorie nesistematică de organisme vii al căror corp este format dintr-o singură (spre deosebire de celulă multicelulară) ( unicelularitate). Poate include atât procariote, cât și eucariote. Se crede că primele organisme vii de pe Pământ au fost unicelulare. Cele mai vechi dintre ele sunt considerate bacterii și arhee. Organism pluricelular- o categorie extra-sistematică de organisme vii, al cărei corp este format din multe celule, dintre care majoritatea (cu excepția celulelor stem, de exemplu, celulele cambium din plante) sunt diferențiate, adică diferă ca structură și funcții. Ar trebui să se distingă multicelularitateȘi colonialitate. Organismelor coloniale le lipsesc celulele adevărate diferențiate și, în consecință, diviziunea corpului în țesuturi. Teoria celulară modernă include următoarele prevederi:
1) celulă - unitatea de structură și dezvoltare a tuturor organismelor;
2) celulele organismelor din diferite regate ale naturii vii sunt similare ca structură, compoziție chimică, metabolism și manifestări de bază ale activității vieții;
3) se formează celule noi ca rezultat al diviziunii celulei mamă;
4) într-un organism multicelular, celulele formează țesuturi;
5) organele sunt formate din tesuturi.

Celulele ciupercilor, plantelor și animalelor au o structură similară. O celulă are trei părți principale: nucleul, citoplasma și membrana plasmatică. Membrana plasmatică este compusă din lipide și proteine. Asigură intrarea substanțelor în celulă și eliberarea lor din celulă. În celulele plantelor, ciupercilor și majorității bacteriilor există o membrană celulară deasupra membranei plasmatice. Îndeplinește o funcție de protecție și joacă rolul unui schelet. La plante, peretele celular este format din celuloză, iar la ciuperci, este format dintr-o substanță asemănătoare chitinei. Celulele animale sunt acoperite cu polizaharide care asigură contacte între celulele aceluiași țesut.

BILET DE EXAMEN -3

1. Cerințe pentru obiectele biologice? Bioobiect este un producător care biosintetizează produsul dorit sau un catalizator, o enzimă care catalizează reacția sa inerentă.

Cerințe pentru obiectele biologice

Pentru implementarea proceselor biotehnologice, parametri importanți ai obiectelor biologice sunt : puritatea, rata de proliferare celulară și reproducere a particulelor virale, activitatea și stabilitatea biomoleculelor sau biosistemelor.

Trebuie avut în vedere că atunci când se creează condiții favorabile pentru un obiect biologic selectat al biotehnologiei, aceleași condiții se pot dovedi a fi favorabile, de exemplu, pentru microbi - contaminanți sau poluanți. Reprezentanții microflorei contaminante sunt virușii, bacteriile și ciupercile găsite în culturile de celule vegetale sau animale. În aceste cazuri, microbii contaminanți acționează ca dăunători ai producției de biotehnologie. Atunci când se utilizează enzime ca biocatalizatori, este nevoie să le protejăm în stare izolată sau imobilizată de distrugerea de către microflora saprofită (nepatogenă) banală, care poate pătrunde în procesul biotehnologic din exterior din cauza sterilității sistemului.

Activitatea și stabilitatea în stare activă a obiectelor biologice sunt unul dintre cei mai importanți indicatori ai adecvării acestora pentru utilizarea pe termen lung în biotehnologie.

Astfel, indiferent de poziția sistematică a obiectului biologic, în practică se folosesc fie particule naturale organizate (fagi, viruși) și celule cu informații genetice naturale, fie celule cu informații genetice specificate artificial, adică în orice caz folosesc celule, fie că este vorba despre un microorganism, o plantă, un animal sau o persoană. De exemplu, putem aminti procesul de obținere a virusului poliomielitei dintr-o cultură de celule de rinichi de maimuță pentru a crea un vaccin împotriva acestei boli periculoase. Deși ne interesează aici acumularea virusului, reproducerea acestuia are loc în celulele corpului animal. Un alt exemplu este cu enzimele care vor fi utilizate în stare imobilizată. Sursa enzimelor o constituie și celulele izolate sau asociațiile lor specializate sub formă de țesuturi, din care sunt izolați biocatalizatorii necesari.

Enumerați resursele genetice?

Resurse biologice - organisme care sunt sau pot fi obiecte de pescuit; toate componentele biosferei care formează mediul de viață (producători, consumatori, descompozitori). Ele aparțin categoriei resurselor naturale regenerabile epuizabile. Există resurse vegetale, resurse animale, vânătoare, pășunat etc. Se pune un accent deosebit pe resursele genetice, adică pe informațiile genetice ereditare conținute în codul genetic al ființelor vii.

Dezvoltarea biotehnologiei este strâns legată de utilizarea resurselor genetice. Ele, de regulă, sunt o proprietate unică a regiunilor individuale ale lumii, iar tradițiile vechi de secole și caracteristicile naționale ale agriculturii, creșterii animalelor și medicinei se bazează adesea pe utilizarea lor.

Resursele genetice sunt materiale genetice cu valoare reală sau potențială.

La rândul său, materialul genetic este definit ca orice material de origine vegetală, animală, microbiană sau de altă origine care conține unități funcționale de ereditate.

Resursele biologice sunt resurse genetice, organisme sau părți ale acestora, populații sau orice alte componente biotice ale ecosistemelor care au utilitate sau valoare actuală sau potențială pentru umanitate.

Care sunt funcțiile obiectelor biologice?

Veriga principală în procesul biotehnologic este obiectele biologice.

Bioobiect - un element central și obligatoriu al producției biotehnologice, creându-i specificitatea.

Un obiect biologic poate fi un organism integral multicelular sau unicelular care și-a păstrat viabilitatea. Ele pot fi celule izolate ale unui organism multicelular, precum și viruși și complexe multienzimatice izolate din celule care sunt incluse într-un anumit proces metabolic. De asemenea, un obiect biologic poate fi o enzimă individuală izolată.

Funcția unui obiect biologic- biosinteza completă a produsului țintă, incluzând o serie de reacții enzimatice secvențiale sau cataliza unei singure reacții enzimatice, care este de o importanță cheie pentru obținerea produsului țintă.

S-a dovedit că utilizarea enzimelor în producție într-o formă imobilizată, de ex. asociat cu un purtător insolubil este cel mai rațional, deoarece în acest caz se asigură repetarea utilizării lor și standardizarea ciclurilor de producție repetate.

Obiectele biologice includ atât macromolecule, cât și micro și macroorganisme. Enzimele sunt folosite ca macromolecule. Utilizarea lor este cea mai rațională, deoarece în acest caz se asigură recurența utilizării lor și standardizarea ciclurilor de derivate repetate.

Virușii sunt folosiți ca obiecte biologice pentru prepararea vaccinurilor. Poziția dominantă în procesul biotehnologic modern este ocupată de celulele microbiene ale eucariotelor și procariotelor. Sunt producători (un obiect biologic care realizează biosinteza completă a produsului țintă) de metaboliți primari utilizați ca medicamente.

Plantele superioare sunt cea mai extinsă sursă de medicamente. Atunci când se utilizează plantele ca obiecte biologice, atenția principală se concentrează pe problemele cultivării țesuturilor vegetale în medii artificiale.

Obiectele biotehnologice sunt situate la diferite niveluri de organizare:

a) structuri subcelulare (virusuri, plasmide, ADN mitocondrial și cloroplastic, ADN nuclear);

b) bacterii și cianobacterii;

d) alge;

e) protozoare;

f) culturi de celule vegetale și animale;

g) plante - inferioare (anabena-azolla) și superioare - linte de rață.

Tipuri și funcții ale ADN-ului?

Acizi nucleici

Printre alte substanțe chimice, ADN-ul a fost izolat într-un grup separat în 1869. Cu toate acestea, structura și structura tridimensională a ADN-ului au fost descifrate de omul de știință englez F. Crick și americanul J. Watson abia în 1953. Au construit un model de ADN. Este un dublu helix, ambele fire sunt răsucite în jurul unei axe imaginare.

ADN-ul este format din multe unități dezoxiribonucleotide, care sunt împărțite în patru tipuri. Ele formează secvențe specifice caracteristice fiecărui organism viu specific. Aceste dezoxiribonucleotide sunt formațiuni cu trei componente care constau dintr-o bază heterociclică (purine - adenină sau guanină, sau pirimidine - timină sau citozină), care la rândul lor sunt combinate cu deoxiriboză.

Celulele procariote conțin un cromozom, care include o dublă catenă de ADN. Celulele eucariote conțin mai multe molecule de ADN care sunt asociate cu proteine ​​și organizate în nucleu. Nucleul este înconjurat de un sistem de membrană dublă.

Funcția ADN-ului este că stochează informații genetice care sunt folosite pentru a codifica structura tuturor proteinelor și a tuturor tipurilor de ARN ale fiecărui tip de organism, reglează biosinteza celulară și tisulară a componentelor și asigură individualitatea fiecărui organism. Unii virusuri folosesc și ADN-ul ca material genetic. ADN-ul viral este mai mic ca ADN-ul bacterian.

Structura ADN-ului. ADN-ul poate fi împărțit în structuri primare, secundare și terțiare.

Structura primară a ADN-ului- aceasta este cantitatea, calitatea și ordinea de aranjare a resturilor dezoxiribonucleotidice în lanțurile polinucleotidice.

Structura secundară a ADN-ului- reprezintă organizarea lanţurilor polinucleotidice într-o moleculă de ADN. O moleculă de ADN este alcătuită din două lanțuri de polinucleotide direcționate unul față de celălalt și răsucite cu mâna dreaptă în jurul unei axe elicoidale pentru a forma o dublă helix. Diametrul său este de 1,8-2,0 nm cu o perioadă de identitate de 3,4 nm.

Grupele carbohidrat-fosfat din helix sunt situate la exterior (baza zahar-fosfat), iar bazele azotate sunt la interior. Bazele azotate ale celor două lanțuri sunt legate între ele prin legături de hidrogen conform principiului complementarității: adenina formează o legătură dublă cu timina, iar guanina, la rândul ei, formează trei legături cu citozina. O spirală dublă este o structură caracteristică pentru majoritatea moleculelor de ADN. Unii virusuri conțin ADN monocatenar, precum și forme circulare de ADN - plasmide.

Structura terțiară a ADN-ului- aceasta este formarea în spațiu a formelor elicoidale și suprahelical ale moleculei de ADN. Structura terțiară a ADN-ului (procariote și eucariote) diferă prin unele caracteristici care sunt asociate cu structura și funcția celulelor. Structura terțiară a ADN-ului eucariot se formează datorită supraînvăluirii multiple a moleculei și se realizează sub formă de complexe ADN cu proteine.

BILET DE EXAMEN Nr. 5_____

Clasificarea obiectelor biologice

Macromolecule

Enzime de toate clasele (de obicei hidrolaze și transferaze); incl. în formă imobilizată (asociată cu un purtător) asigurând reutilizarea și standardizarea ciclurilor de producție repetate;

ADN și ARN - în formă izolată, ca parte a celulelor străine.

Microorganisme

Virușii (cu patogenitate slăbită sunt utilizați pentru obținerea vaccinurilor);

Celulele procariote și eucariote sunt producători de metaboliți primari: aminoacizi, baze azotate, coenzime, mono- și dizaharide, enzime pentru terapia de substituție etc.); -producători de metaboliți secundari: antibiotice, alcaloizi, hormoni steroizi etc.;

Normoflora - biomasă a anumitor tipuri de microorganisme utilizate pentru prevenirea și tratamentul disbacteriozei;

Agenții de boli infecțioase sunt surse de antigene pentru producția de vaccin;

Celulele transgenice m/o sunt producătoare de hormoni proteici specifici speciei pentru oameni, factori proteici ai imunității nespecifice etc.

Macroorganisme

Plantele superioare sunt materii prime pentru producerea de substanțe biologic active;

Animale - mamifere, păsări, reptile, amfibieni, artropode, pești, moluște, oameni;

Organisme transgenice.

Tipuri și funcții ale ARN-ului?

Una dintre cele mai importante descoperiri din a doua jumătate a secolului al XX-lea au fost acizii nucleici ARN și ADN, datorită cărora omul s-a apropiat de dezvăluirea secretelor naturii.

Acizi nucleici- Aceștia sunt compuși organici cu proprietăți moleculare înalte. Conțin hidrogen, carbon, azot și fosfor.

Este un singur lanț polinucleotidic (cu excepția virușilor), care este mult mai scurt decât ADN-ul. Un monomer ARN este reziduurile următoarelor substanțe: baze azotate; monozaharidă cu cinci atomi de carbon; acizi fosforici. ARN-ul are baze pirimidinice (uracil și citozină) și purinice (adenină, guanină). Riboza este o nucleotidă monozaharidă a ARN.

ARN-ul celular a fost descoperit pentru prima dată de biochimistul german R. Altmann în timp ce studia celulele de drojdie. La mijlocul secolului al XX-lea, rolul ADN-ului în genetică a fost dovedit. Abia atunci au fost descrise tipurile de ARN și funcțiile.

În funcție de tipul de ARN, funcțiile acestuia diferă și ele. Există mai multe tipuri:

1) ARN mesager (i-ARN). Acest biopolimer este uneori numit ARN mesager (ARNm). Acest tip de ARN este localizat atât în ​​nucleu, cât și în citoplasma celulei. Scopul principal este de a transfera informații despre structura proteinei de la acidul dezoxiribonucleic la ribozomi, unde este asamblată molecula de proteină. O populație relativ mică de molecule de ARN, reprezentând mai puțin de 1% din toate moleculele.

2) ARN ribozomal (r-ARN). Cel mai comun tip de ARN (aproximativ 90% din toate moleculele de acest tip din celulă). R-ARN este localizat în ribozomi și este un șablon pentru sinteza moleculelor de proteine. Are cea mai mare dimensiune în comparație cu alte tipuri de ARN. Greutatea moleculară poate ajunge la 1,5 milioane de Daltoni sau mai mult.

3) ARN de transfer (ARNt). Situat în principal în citoplasma celulei. Scopul principal este transportul (transferul) aminoacizilor la locul sintezei proteinelor (în ribozomi). ARN de transfer reprezintă până la 10% din toate moleculele de ARN situate în celulă. Are cea mai mică dimensiune în comparație cu alte molecule de ARN (până la 100 de nucleotide).

4) ARN-uri minore (mici). Acestea sunt molecule de ARN, cel mai adesea cu o greutate moleculară mică, situate în diferite părți ale celulei (membrană, citoplasmă, organite, nucleu etc.). Rolul lor nu este pe deplin înțeles. S-a dovedit că pot ajuta la maturarea ARN-ului ribozomal, pot participa la transferul de proteine ​​prin membrana celulară, pot promova reduplicarea moleculelor de ADN etc.

5) Ribozime. Un tip de ARN recent identificat, care participă activ în procesele enzimatice celulare ca enzimă (catalizator).

6) ARN viral. Orice virus poate conține un singur tip de acid nucleic: fie ADN, fie ARN. În consecință, virușii care conțin o moleculă de ARN se numesc viruși care conțin ARN. Atunci când un virus de acest tip intră într-o celulă, se poate produce procesul de reverstranscripție (formarea de ADN nou pe bază de ARN), iar ADN-ul nou format al virusului este integrat în genomul celulei și asigură existența și reproducerea. a agentului patogen. Al doilea scenariu este formarea de ARN complementar pe matricea ARN-ului viral de intrare. În acest caz, formarea de noi proteine ​​virale, activitatea vitală și reproducerea virusului are loc fără participarea acidului dezoxiribonucleic numai pe baza informațiilor genetice înregistrate pe ARN viral.

Tipuri și funcții ale genelor?

Gene, clasificarea și organizarea genelor
Genetica studiază legile eredității și variabilității care sunt universale pentru toate organismele vii.
Unitățile discrete elementare ale eredității sunt genele. Reproducerea și acțiunea genelor este direct legată de procesele matriceale. În prezent, gena este considerată ca o unitate de funcționare a materialului ereditar. Baza chimică a unei gene este molecula de ADN.
Există mai multe abordări ale clasificării genelor, fiecare dintre acestea reflectând caracteristicile funcționării lor în timpul ontogenezei. Genele, ca unități de funcție ale materialului ereditar, sunt împărțite în gene structurale, regulatoare și modulatoare.
Genele structurale conțin informații despre structura proteinelor (polipeptide) și a acizilor ribonucleici (ribozomal și transport), în timp ce informația genetică se realizează în procesul de transcripție și traducere sau numai transcripție.La om, există aproximativ 30.000 de gene structurale, dar doar unele dintre ele sunt exprimate.
Activitatea vitală a celulelor este asigurată de un set mic de gene funcționale, printre care se numără gene „de menaj” - GOP (gene ale funcțiilor celulare generale) și gene „de lux” - GSP (gene ale funcțiilor specializate). HOP-urile asigură implementarea funcțiilor celulare universale care sunt necesare pentru activitatea tuturor celulelor (genele histonelor, genele r-ARN și t-ARN etc.). GSP: 1- sunt exprimate selectiv în celule specializate, determinându-se fenotipul lor (gene ale globinelor, imunoglobulinelor etc.); 2 - funcționează în anumite condiții de mediu și reprezintă gene de „răspuns adaptiv”. Apartenența la GOF sau SHG este determinată de structura inițiatorului.
Genele reglatoare (gena regulatoare a operonului lactozei, gena TFM etc.) coordonează activitatea genelor structurale la nivel celular, precum și dereprimarea și reprimarea genelor la nivel de organism. Alături de genele reglatoare, există secvențe de reglare (promotor, operator, terminator, amplificatori, amortizoare, element înaintea promotorului), a căror funcție este dezvăluită în interacțiunea cu proteine ​​specifice.
Genele modulatoare sporesc sau slăbesc acțiunea genelor structurale, modificându-le activitatea funcțională.
Genele structurale sunt organizate diferit în procariote și eucariote.
La procariote, genele structurale sunt organizate în gene independente, unități de transcripție și operoni.
Genele independente constau dintr-o secvență continuă de codoni, ei sunt exprimați în mod constant și nu sunt reglați la nivel transcripțional (reglatorul genic al operonului de lactoză). Unitățile de transcripție sunt grupuri de gene diferite care sunt înrudite funcțional și sunt transcrise simultan, ceea ce asigură ulterior același număr de produse sintetizate. De obicei, acestea sunt gene pentru proteine ​​sau acizi nucleici (în E. coli, unul dintre transcriptoni conține două gene t-ARN și trei gene r-ARN).
Un operon este un grup de gene structurale, care se succed unele pe altele, sub controlul unui operator - o anumită secțiune de ADN.
Genele structurale au un promotor, un operator și un terminator comun, participă la același ciclu metabolic și sunt reglate coordonat
La eucariote, genele structurale, a căror funcție este legată de cele de reglare, sunt organizate sub formă de gene independente, gene repetate și grupuri de gene.
Genele independente, de regulă, sunt localizate individual; transcripția lor nu este asociată cu transcrierea altor gene. Activitatea unora dintre ele este reglată de hormoni.
Genele care se repetă sunt prezente pe cromozom sub formă de repetări (copii) unei gene - gene histonice, ARNt, ARNr. Motivul repetării genelor histonelor este determinat de necesitatea de a sintetiza un număr mare de histone, care sunt principalele proteine ​​structurale ale nucleului (masa totală a histonelor este egală cu masa ADN-ului).
Un grup de gene este un grup de gene diferite cu funcții înrudite, localizate în anumite regiuni ale cromozomilor. Clusterul include gene și pseudogene care funcționează activ (Secvențele de nucleotide ale pseudogenelor sunt similare cu secvențele genelor active funcțional, dar pseudogenele nu sunt exprimate și nu formează o proteină. Clusterele sunt adesea o familie de gene care descend dintr-o genă strămoș).
Un exemplu clasic sunt genele globinei din clusterele A și B. Hemoglobina este reprezentată de hem și proteina tetramer-globină. Tetramerul globinei este format din două lanțuri identice și două lanțuri identice. Secvența de aminoacizi a fiecărui lanț de globină este codificată de propria sa genă, care face parte din clusterul A sau, respectiv, B. La om, grupul A este situat pe cromozomul 16, iar grupul B este situat pe cromozomul 11 ​​(Fig. 20). Clusterul B ocupă o secțiune de ADN care măsoară 50 de mii de perechi de baze și include cinci gene active funcțional și o pseudogenă: gena (epsilon); două gene (gama); pseudogenă (beta); genă (delta) și genă (beta).
Clusterul A este situat mai compact și ocupă o regiune ADN cu o dimensiune mai mare de 28 de mii de perechi de baze și include gena activă (zeta), pseudogena (zeta), pseudogena (alfa) și genele (alfa) două și (alfa) una, care codifică proteine ​​identice. Genele globinei sunt mozaic în structură internă.
Genele repetate și grupurile de gene globinei aparțin familiilor multigene

BILET DE EXAMEN Nr. 7_____

Producători de proteine

Producția de biomasă microbiană este cea mai mare producție microbiologică. Biomasa microbiană poate fi un supliment proteic bun pentru animalele de companie, păsări și pești. Producția de biomasă microbiană este deosebit de importantă pentru țările care nu cultivă soia pe scară largă (făina de soia este folosită ca aditiv proteic tradițional pentru furaje).

Atunci când se alege un microorganism, se iau în considerare rata de creștere specifică și randamentul de biomasă pe un substrat dat, stabilitatea în timpul cultivării în flux și dimensiunea celulei. Celulele de drojdie sunt mai mari decât bacteriile și sunt mai ușor separate de lichid prin centrifugare. Pot fi cultivate mutanți de drojdie poliploide cu celule mari. În prezent, se cunosc doar două grupe de microorganisme care au proprietățile necesare producției industriale pe scară largă: drojdia din genul Candida pe n-alcani (hidrocarburi normale) și bacteria Methylophillus methylotrophus pe metanol.

Microorganismele pot fi cultivate și pe alte medii nutritive: gaze, petrol, deșeuri din industria cărbunelui, chimică, alimentară, vin și vodcă și prelucrarea lemnului. Avantajele economice ale utilizării lor sunt evidente. Deci, un kilogram de ulei procesat de microorganisme oferă un kilogram de proteine ​​și, să zicem, un kilogram de zahăr - doar 500 de grame de proteine. Compoziția de aminoacizi a proteinei de drojdie nu este practic diferită de cea obținută din microorganismele crescute pe medii convenționale de carbohidrați. Testele biologice ale preparatelor din drojdie cultivată pe hidrocarburi, care au fost efectuate atât în ​​țara noastră, cât și în străinătate, au relevat absența completă a oricăror efecte nocive asupra organismului animalelor de testat. Experimentele au fost efectuate pe multe generații de zeci de mii de animale de laborator și de fermă. În forma sa neprocesată, drojdia conține lipide și aminoacizi nespecifici, amine biogene, polizaharide și acizi nucleici, iar efectul lor asupra organismului este încă puțin înțeles. Prin urmare, se propune izolarea proteinelor din drojdie într-o formă pură din punct de vedere chimic. Eliberarea acestuia de acizi nucleici a devenit, de asemenea, simplă.

În procesele biotehnologice moderne bazate pe utilizarea microorganismelor, producătorii de proteine ​​sunt drojdiile, alte ciuperci, bacteriile și algele microscopice.

Din punct de vedere tehnologic, cea mai bună dintre ele este drojdia. Avantajul lor constă în primul rând în „fabricabilitate”: drojdia este ușor de cultivat în condiții de producție. Se caracterizează printr-o rată de creștere ridicată, rezistență la microflora străină, sunt capabile să absoarbă orice sursă de hrană, sunt ușor separate și nu poluează aerul cu spori. Celulele de drojdie conțin până la 25% substanță uscată. Cea mai valoroasă componentă a biomasei de drojdie este proteina, care este superioară ca compoziție de aminoacizi față de proteinele din cereale și doar puțin inferioară proteinelor din lapte și făină de pește. Valoarea biologică a proteinei de drojdie este determinată de prezența unei cantități semnificative de aminoacizi esențiali. În ceea ce privește conținutul de vitamine, drojdia este superioară tuturor furajelor proteice, inclusiv făinii de pește. În plus, celulele de drojdie conțin oligoelemente și o cantitate semnificativă de grăsime, care este dominată de acizi grași nesaturați. La hrănirea vacilor cu drojdie, producția de lapte și conținutul de grăsime din lapte cresc, iar calitatea blănii la animalele purtătoare de blană se îmbunătățește. De asemenea, prezintă interes drojdiile care au enzime hidrolitice și sunt capabile să crească pe polizaharide fără hidroliza lor preliminară. Utilizarea unei astfel de drojdii va evita etapa costisitoare de hidroliză a deșeurilor care conțin polizaharide. Există mai mult de 100 de specii de drojdie care cresc bine pe amidon ca singura sursă de carbon. Dintre acestea, se remarcă două specii, care formează atât glucoamilaze, cât și β-amilaze, cresc pe amidon cu un coeficient economic ridicat și nu numai că pot asimila, dar și fermenta amidonul: Schwanniomyces occidentalis și Saccharomycopsis fibuliger. Ambele specii sunt producători promițători de proteine ​​și enzime amilolitice pe deșeurile care conțin amidon. De asemenea, este în curs de căutare drojdie care ar putea descompune celuloza nativă. Celulazele au fost găsite la mai multe specii, de exemplu la Trichosporon pullulans, dar activitatea acestor enzime este scăzută și încă nu se vorbește despre utilizarea industrială a unor astfel de drojdii. Drojdiile din genul Kluyveromyces cresc bine pe inulină, principala substanță de depozitare în tuberculii de anghinare, o cultură de furaje importantă care poate fi folosită și pentru a produce proteine ​​de drojdie.

Clasificarea enzimelor

Clasificarea enzimelor se bazează pe mecanismul lor de acțiune și include 6 clase.

Enzimele ca biocatalizatori au o serie de proprietăți unice, cum ar fi activitate catalitică ridicată și selectivitate de acțiune. În unele cazuri, enzimele au specificitate absolută, catalizând transformarea unei singure substanțe. Fiecare enzimă are propriul pH optim, la care efectul său catalitic este maxim. Cu o schimbare bruscă a pH-ului, enzimele sunt inactivate din cauza denaturarii ireversibile. Accelerarea reacției cu creșterea temperaturii este, de asemenea, limitată la anumite limite, deoarece deja la o temperatură de 40-50 o C multe enzime se denaturază. Aceste proprietăți ale enzimelor trebuie luate în considerare atunci când se dezvoltă tehnologia unui nou medicament.

Deoarece enzimele sunt substanțe de natură proteică, cantitatea lor într-un amestec cu alte proteine ​​este aproape imposibil de determinat. Prezența unei enzime într-un preparat poate fi determinată numai de cursul reacției pe care o catalizează enzima. În acest caz, o evaluare cantitativă a conținutului de enzime poate fi dată prin determinarea fie a cantității de produse de reacție formate, fie a cantității de substrat consumată. O unitate de activitate a enzimei este considerată a fi cantitatea de enzimă care catalizează conversia unui micromol de substrat pe minut în condiții standard date - o unitate standard de activitate.

Cea mai mare parte a enzimelor produse industrial sunt hidrolazele. Acestea includ în primul rând enzime amilolitice: α-amilaza, β-amilaza, glucoamilaza. Funcția lor principală este hidroliza amidonului și a glicogenului. În timpul hidrolizei, amidonul este descompus în dextrine și apoi în glucoză. Aceste enzime sunt folosite în industria alcoolului și în panificație.

Enzimele proteolitice formează o clasă de hidrolaze peptidice. Acțiunea lor este de a accelera hidroliza legăturilor peptidice din proteine ​​și peptide. Caracteristica lor importantă este natura selectivă a acțiunii lor asupra legăturilor peptidice din molecula proteică. De exemplu, pepsina acționează doar asupra legăturii cu aminoacizii aromatici, în timp ce tripsina acționează asupra legăturii dintre arginină și lizină. În industrie, enzimele proteolitice sunt clasificate în funcție de capacitatea lor de a fi active într-un anumit interval de pH:

· pH 1,5 - 3,7 - proteaze acide;

· pH 6,5 - 7,5 - proteaze;

· pH > 8,0 - proteaze alcaline.

Proteazele găsesc o largă aplicație în diverse industrii:

· carne - a înmuia carnea;

· tăbăcirea - înmuierea pieilor;

· producerea filmului - dizolvarea stratului de gelatină în timpul regenerării peliculei;

· parfumerie - aditivi la pasta de dinti, creme, lotiuni;

· producerea detergenţilor - aditivi pentru îndepărtarea contaminanţilor proteici;

· medicament - în tratamentul proceselor inflamatorii, trombozei etc.

Enzimele pectolitice reduc greutatea moleculară și reduc vâscozitatea substanțelor pectinice. Pectinazele sunt împărțite în două grupe - hidrolaze și transeliminaze. Hidralazele scindează reziduurile metil sau rup legăturile glicozidice. Transeliminazele accelerează descompunerea nehidrolitică a substanțelor pectinice cu formarea de legături duble. Sunt folosite în industria textilă (înmuierea inului înainte de prelucrare), în vinificație - pentru limpezirea vinurilor, precum și pentru conservarea sucurilor de fructe.

BILET DE EXAMINARE 8

1 Care sunt cei mai comuni reprezentanți ai cianobacteriilor? Cianobacteriile sau algele albastre-verzi (lat. Cyanobacteria) sunt un grup mare de bacterii gram-negative mari, a căror caracteristică distinctivă este capacitatea de a fotosintetiza. Cianobacteriile sunt cele mai complexe și diferențiate procariote. Cianobacteriile sunt comune în mări și în corpurile de apă dulce, în acoperirea solului și pot participa la simbioze (licheni). Speciile rare sunt toxice și oportuniste pentru oameni. Algele albastre-verzi sunt principalele elemente care provoacă „înflorirea” apei, ceea ce duce la moartea în masă a peștilor, otrăvirea animalelor și a oamenilor. Unele specii se caracterizează printr-o combinație rară de proprietăți: capacitatea de a fotosintetiza și, în același timp, de a fixa azotul din aerul atmosferic.

Cianobacteriile sunt organisme unicelulare care pot forma colonii; sunt cunoscute forme filamentoase. Reproducerea se realizează prin fisiune binară, este posibilă fisiunea multiplă. Ciclul de viață în condiții favorabile este de 6-12 ore.

Cianobacteriile sunt distribuite pe scară largă într-o mare varietate de nișe ecologice de pe tot globul, ceea ce le-a câștigat numele de organisme cosmopolite. O astfel de distribuție largă este asociată cu proprietățile biologice ale cianobacteriilor - metabolismul specific, rezistența ridicată la modificări ale parametrilor de mediu precum temperatura, umiditatea, lumina, salinitatea, expunerea la ultraviolete și radiații etc. Cianobacteriile trăiesc în tundra, în zăpadă și gheață, în deșerturi, în izvoarele termale cu temperaturi de până la 80C, în lacurile sărate și în sol.

BILET DE EXAMEN Nr 9

BILET DE EXAMEN Nr 10

BILET DE EXAMEN Nr 11

CARTEA DE EXAMEN Nr. 12

1. Cum se numesc bacteriile benefice? Dați exemple de astfel de bacterii?

Bacteriile benefice sunt clasificate ca eubacterii. Bacteriile cu acid acetic, reprezentate de genurile Gluconobacter și Acetobacter, sunt bacterii gram-negative care transformă etanolul în acid acetic și acidul acetic în dioxid de carbon și apă. Genul Bacillus aparține bacteriilor gram-pozitive care sunt capabile să formeze endospori și au flagelație peritrică. B.subtilis este un aerob strict, în timp ce B.thuringiensis poate trăi în condiții anaerobe. Bacteriile anaerobe, formatoare de spori, sunt reprezentate de genul Clostridium. C. acetobutylicum fermentează zaharurile în acetonă, etanol, izopropanol și n-butanol (fermentarea acetobutanolului), alte specii pot fermenta și amidonul, pectina și diverși compuși care conțin azot.