Objektet kryesore të bioteknologjisë janë mikroskopike. Objektet biologjike dhe metodat e bioteknologjisë. Objektet e bioteknologjisë dhe nivelet e tyre

si rreth objektet bioteknologjitë mund të jenë: qelizat e mikroorganizmave, kafshët dhe bimët, kafshët dhe bimët transgjenike, si dhe sistemet enzimatike shumëkomponente të qelizave dhe enzimat individuale.

Baza e shumicës së industrive moderne bioteknologjike është sinteza mikrobike, d.m.th., sinteza e substancave të ndryshme biologjikisht aktive me ndihmën e mikroorganizmave. Pavarësisht nga natyra e objektit, faza kryesore në zhvillimin e çdo procesi bioteknologjik është marrja kulturat e pastra organizma (nëse këto janë mikrobe), qeliza ose inde (nëse këto janë organizma më komplekse - bimë ose kafshë). Shumë faza të manipulimeve të mëtejshme me këto të fundit (d.m.th. me qelizat bimore ose shtazore) janë parimet dhe metodat e përdorura në prodhimin mikrobiologjik. Të dy kulturat e qelizave mikrobike dhe kulturat e indeve të bimëve dhe kafshëve praktikisht nuk ndryshojnë nga kulturat e mikroorganizmave nga pikëpamja metodologjike. botë m mikroorganizëm jashtëzakonisht të ndryshme. Në n. Mbi 100,000 lloje të ndryshme janë të njohura deri më sot. Kjo prokariotët(bakteret, aktinomicetet, ricketsia, cianobakteret) dhe një pjesë e e ukariotë(maja, kërpudha filamentoze, disa protozoa dhe alga). Me një shumëllojshmëri të gjerë mikroorganizmash, një problem i rëndësishëm është zgjedhja e saktë e organizmit që është në gjendje të sigurojë produktin e kërkuar, d.m.th., të shërbejë për qëllime industriale. Mikroorganizmat:

1) Industriale : E. coli ( E. coli), shkop bari ( Ju. subtilis) dhe maja buke ( S.cerevisiae). Zakonisht mbiprodhuesit yavl-Xia. Për të marrë super-prodhues, kryhet puna e përzgjedhjes gjenetike, qasjet e inxhinierisë gjenetike (futja e gjeneve njerëzore në baktere: gjenet për interferone, insulinë, etj.). PS duhet të patentohet.

2) Themelore - përdorim i kufizuar, i klasifikuar si GRAS(Bakteret "përgjithësisht të njohura si të sigurta") Bacillus subtilis, Bacillus amylolique-faciens, lloje të tjera të bacileve dhe laktobacileve, lloje streptomicet, kërpudha Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, Maja Saccharomyces dhe të tjerët . GRAS- mikroorganizmat janë jo patogjenë, jo toksikë dhe në thelb nuk formojnë antibiotikë, prandaj, kur zhvillohet një proces i ri bioteknologjik, duhet të përqendroheni në këta mikroorganizma.

3) Model- bacilet (prodhuesit e enzimave proteolitike).Ekzistojne kataloge te modelit mikro.

Kriteri kryesor kur zgjedh një objekt bioteknologjik është aftësia për të sintetizuar produktin e synuar. mikroorganizmat duhet (kërkesat):

Të ketë një shkallë të lartë rritjeje;

Hidhni nënshtresat e lira të nevojshme për jetën e tyre;

Të jetë rezistent ndaj mikroflorës së jashtme, pra të jetë shumë konkurrues. (kërkesat): aftësia për t'u rritur në nënshtresa të lira, koeficient i lartë ekonomik, formimi minimal i nënprodukteve (metabolitë toksikë, alergjenë)

Të gjitha sa më sipër sigurojnë një ulje të ndjeshme të kostos së prodhimit të produktit të synuar. Shembujt e mëposhtëm janë dhënë për të ilustruar atë që është thënë deri më tani.

1. organizmat njëqelizorë karakterizohet nga ritme më të larta të rritjes dhe proceseve sintetike,

2. Vëmendje e veçantë si objekt i zhvillimeve bioteknologjike janë mikroorganizmave fotosintetike që përdorin energjinë e dritës së diellit në jetën e tyre.

3. mikroorganizmave termofile rritet në 60-80 °C. Kjo pronë e tyre është një pengesë pothuajse e pakapërcyeshme për zhvillimin e mikroflorës së jashtme.

24. Përparësitë e mikroorganizmave ndaj objekteve të tjera në zgjidhjen e problemeve moderne bioteknologjike:

madhësia e vogël

· I gjithëpranishëm

Lloje të ndryshme të metabolizmit

Fototrofet

Zënë një vëllim të vogël (në 1 ml deri në 1 miliard individë)

Shkalla e lartë e ndarjes, rritje e shpejtë

· Të aftë për të jetuar në mjedise të ndryshme.

Organizmat fotosintetikë janë premtues si prodhues të amoniakut, hidrogjenit, proteinave.

Mikroorganizmat termofile që rriten në 60-80 gradë, kjo është një mbrojtje e besueshme kundër ndotjes. Enzimat e sintetizuara nga termofile, karakter. rezistencë e rritur ndaj nxehtësisë, por në të njëjtën kohë ato janë joaktive në temperatura të zakonshme.

Mikroorganizmat si objekte të bioteknologjisë. Klasifikimi. Karakteristike.

Bakteret janë jashtëzakonisht të ndryshme për sa i përket kushteve të habitatit, përshtatshmërisë, llojeve të të ushqyerit dhe formimit të bioenergjisë, në raport me makroorganizmat - kafshët dhe bimët. Format më të lashta të baktereve - arkebakteret janë në gjendje të jetojnë në kushte ekstreme (temperatura dhe presione të larta, solucione kripe të koncentruara, solucione acidike). Eubakteret (prokariotët tipikë ose bakteret) janë më të ndjeshme ndaj kushteve mjedisore.

Sipas llojit të të ushqyerit, bakteret ndahen sipas burimit të energjisë:

fototrofe që përdorin energjinë e dritës së diellit;

· kemoautotrofet, duke shfrytëzuar energjinë e oksidimit të substancave inorganike (përbërjet e squfurit, metanit, amoniakut, nitriteve, përbërjeve të hekurit me ngjyra etj.);

Sipas llojit të oksidimit të substancës:

organotrofe që marrin energji nga zbërthimi i substancave organike në minerale; këto baktere janë pjesëmarrësit kryesorë në ciklin e karbonit, i njëjti grup përfshin bakteret që përdorin energjinë e fermentimit;

litotrofe (substanca inorganike);

Sipas llojit të burimit të karbonit:

heterotrofik - përdorni lëndë organike;

aftotrofike - përdorni gaz;

Për të treguar llojin e ushqimit që përdoret:

1. natyra e burimit të energjisë foto- ose kemo-;

2. Dhuruesit e elektroneve lito- ose organo-;

3. Burimet e karbonit afto- dhe hetero-;

Dhe termi përfundon me fjalët trofe. 8 lloje të ndryshme ushqimesh.

Kafshët dhe bimët më të larta janë të prirura drejt 2 llojeve të të ushqyerit:

1) Kemoorganoheterotrofia (kafshët)

2) Fotolitoaftotrofia (bimë)

Mikroorganizmi ka të gjitha llojet e të ushqyerit, dhe ato mund të kalojnë nga njëri në tjetrin, në varësi të ekzistencës

Ekziston një lloj i veçantë ushqimi:

Bakteret janë një objekt i përshtatshëm për kërkime gjenetike. Më e studiuara dhe më e përdorur në kërkimet e inxhinierisë gjenetike është Escherichia coli (E. coli), e cila jeton në zorrën e njeriut.

Organizimi dhe struktura e prodhimeve bioteknologjike. Karakteristikat dalluese të prodhimit bioteknologjik nga llojet tradicionale të teknologjive. Avantazhet dhe disavantazhet e prodhimeve bioteknologjike në krahasim me teknologjitë tradicionale.

Një shumëllojshmëri e gjerë e proceseve bioteknologjike që kanë gjetur aplikim industrial çon në nevojën për të marrë parasysh problemet më të zakonshme, më të rëndësishme që lindin gjatë krijimit të çdo prodhimi bioteknologjik. Proceset e bioteknologjisë industriale ndahen në 2 grupe të mëdha: prodhimi i biomasës dhe prodhimi i produkteve metabolike. Megjithatë, ky klasifikim nuk pasqyron aspektet më të rëndësishme teknologjikisht të proceseve industriale bioteknologjike. Në këtë drejtim, është e nevojshme të merren parasysh fazat e prodhimit bioteknologjik, ngjashmëritë dhe dallimet e tyre në varësi të qëllimit përfundimtar të procesit bioteknologjik.

Ekzistojnë 5 faza të prodhimit bioteknologjik.

Dy fazat fillestare përfshijnë përgatitjen e lëndës së parë dhe parimin biologjikisht aktiv. Në proceset e enzimologjisë inxhinierike, ato zakonisht konsistojnë në përgatitjen e një solucioni substrati me veti të specifikuara (pH, temperaturë, përqendrim) dhe përgatitjen e një grupi të një preparati enzimë të një lloji të caktuar, enzimatik ose imobilizuar. Në kryerjen e sintezës mikrobiologjike janë të nevojshme hapat e përgatitjes së një mjedisi ushqyes dhe mbajtjes së një kulture të pastër, e cila mund të përdoret vazhdimisht ose sipas nevojës në proces. Ruajtja e një kulture të pastër të sojit prodhues është detyra kryesore e çdo prodhimi mikrobiologjik, pasi një lloj shumë aktiv që nuk ka pësuar ndryshime të padëshirueshme mund të shërbejë si garanci për marrjen e produktit të synuar me vetitë e dëshiruara.

Faza e tretë është faza e fermentimit, në të cilën ndodh formimi i produktit të synuar. Në këtë fazë, bëhet shndërrimi mikrobiologjik i përbërësve të mediumit ushqyes, fillimisht në biomasë, pastaj, nëse është e nevojshme, në metabolitin e synuar.

Në fazën e katërt, produktet e synuara izolohen dhe pastrohen nga lëngu i kulturës. Proceset mikrobiologjike industriale karakterizohen, si rregull, nga formimi i solucioneve dhe suspensioneve shumë të holluara që përmbajnë, përveç objektivit, një sasi të madhe substancash të tjera. Në këtë rast, është e nevojshme të veçohen përzierjet e substancave të një natyre shumë të ngjashme, të cilat janë në tretësirë ​​në përqendrime të krahasueshme, janë shumë të paqëndrueshme dhe i nënshtrohen lehtësisht degradimit termik.

Faza përfundimtare e prodhimit bioteknologjik është përgatitja e formave të mallrave të produkteve. Një pronë e përbashkët e shumicës së produkteve të sintezës mikrobiologjike është qëndrueshmëria e tyre e pamjaftueshme e ruajtjes, pasi ato janë të prirura për t'u dekompozuar dhe, në këtë formë, ofrojnë një mjedis të shkëlqyer për zhvillimin e mikroflorës së huaj. Kjo i detyron teknologët të marrin masa të veçanta për të përmirësuar sigurinë e produkteve industriale të bioteknologjisë. Përveç kësaj, barnat për qëllime mjekësore kërkojnë zgjidhje të veçanta në fazën e paketimit dhe mbylljes, kështu që ato duhet të jenë sterile.

Qëllimi kryesor i bioteknologjisë është përdorimi industrial i proceseve dhe agjentëve biologjikë të bazuar në prodhimin e formave shumë efektive të mikroorganizmave, kulturave qelizore dhe indeve të bimëve dhe kafshëve me vetitë e dëshiruara. Bioteknologjia u shfaq në kryqëzimin e shkencave biologjike, kimike dhe teknike.

Procesi bioteknologjik - përfshin një sërë etanesh: përgatitjen e një objekti, kultivimin e tij, izolimin, pastrimin, modifikimin dhe përdorimin e produkteve.

Proceset bioteknologjike mund të bazohen në kultivim grumbull ose të vazhdueshëm.

Në shumë vende të botës, bioteknologjisë i kushtohet rëndësi parësore. Kjo për faktin se bioteknologjia ka një numër avantazhesh të rëndësishme ndaj llojeve të tjera të teknologjive, për shembull, kimike.

1). Para së gjithash, është konsumi i ulët i energjisë. Proceset bioteknologjike kryhen në presion normal dhe temperatura 20-40°C.

2). Prodhimi bioteknologjik shpesh bazohet në përdorimin e pajisjeve standarde të të njëjtit lloj. I njëjti lloj enzimash përdoren për prodhimin e aminoacideve, vitaminave; enzimat, antibiotikët.

3). Është e lehtë për t'i bërë proceset bioteknologjike pa mbeturina. Mikroorganizmat asimilojnë një shumëllojshmëri të gjerë të substrateve, kështu që mbetjet nga një prodhim mund të shndërrohen në produkte të vlefshme me ndihmën e mikroorganizmave gjatë një prodhimi tjetër.

4). Prodhimi bioteknologjik pa mbeturina i bën ato më miqësoret me mjedisin

5). Kërkimet në fushën e bioteknologjisë nuk kërkojnë investime të mëdha kapitale, nuk kërkojnë pajisje të shtrenjta.

Detyrat prioritare të bioteknologjisë moderne përfshijnë krijimin dhe zhvillimin e gjerë të:

1) substanca të reja biologjikisht aktive dhe ilaçe për mjekësi (interferone, insulinë, hormone të rritjes, antitrupa);

2) Mbrojtja mikrobiologjike e bimëve kundër sëmundjeve dhe dëmtimeve

lei, plehra bakteriale dhe rregullatorë të rritjes së bimëve, hibride të reja shumë produktive dhe rezistente ndaj faktorëve të pafavorshëm mjedisor të bimëve bujqësore të marra nga inxhinieria gjenetike dhe qelizore;

3) aditivët e vlefshëm të ushqimit dhe substancat biologjikisht aktive (proteina ushqimore, aminoacide, enzima, vitamina, antibiotikë të ushqimit) për të rritur produktivitetin e blegtorisë;

4) teknologji të reja për marrjen e produkteve me vlerë ekonomike për përdorim në industri ushqimore, kimike, mikrobiologjike dhe industri të tjera;

5) teknologjitë për përpunimin e thellë dhe efikas të mbetjeve bujqësore, industriale dhe shtëpiake, përdorimin e ujërave të zeza dhe emetimet e gazit për të prodhuar biogaz dhe plehra me cilësi të lartë.

Teknologjia tradicionale (konvencionale) është një zhvillim që pasqyron nivelin mesatar të prodhimit të arritur nga shumica e prodhuesve të produkteve në industri. Një teknologji e tillë nuk i siguron blerësit të saj avantazhe të rëndësishme teknike dhe ekonomike dhe cilësi të produktit në krahasim me produkte të ngjashme nga prodhuesit kryesorë, dhe në këtë rast nuk është e nevojshme të llogaritet në fitim shtesë (mbi mesatar). Përparësitë e tij për blerësin janë kostoja relativisht e ulët dhe mundësia e blerjes së teknologjisë së provuar në terren. Teknologjia tradicionale krijohet, si rregull, si rezultat i vjetërsimit dhe përhapjes së gjerë të teknologjisë progresive. Shitja e një teknologjie të tillë zakonisht kryhet me çmime që kompensojnë shitësin për kostot e përgatitjes së saj dhe marrjen e një fitimi mesatar.

Përparësitë e proceseve bioteknologjike në krahasim me teknologjinë kimike, bioteknologjia ka këto përparësi kryesore:

mundësia e marrjes së substancave natyrore specifike dhe unike, disa prej të cilave (për shembull, proteinat, ADN) ende nuk mund të merren me sintezë kimike;

·kryerja e proceseve bioteknologjike në temperatura dhe presione relativisht të ulëta;

Mikroorganizmat kanë ritme dukshëm më të larta të rritjes dhe akumulimit të masës qelizore sesa organizmat e tjerë

· Mbetjet e lira nga bujqësia dhe industria mund të përdoren si lëndë e parë në proceset bioteknologjike;

proceset bioteknologjike janë zakonisht më miqësore me mjedisin se ato kimike, kanë më pak mbetje të dëmshme dhe janë afër proceseve natyrore që ndodhin në natyrë;

· Si rregull, teknologjia dhe pajisjet në prodhimet bioteknologjike janë më të thjeshta dhe më të lira.

Faza bioteknologjike

Faza kryesore është faza aktuale bioteknologjike, në të cilën, duke përdorur një ose një agjent tjetër biologjik, lënda e parë shndërrohet në një ose një produkt tjetër të synuar.

Zakonisht detyra kryesore e fazës bioteknologjike është të merret një substancë organike e caktuar.

Faza bioteknologjike përfshin:

Fermentimi është një proces që kryhet duke kultivuar mikroorganizma.

Biotransformimi është procesi i ndryshimit të strukturës kimike të një substance nën veprimin e aktivitetit enzimatik të qelizave të mikroorganizmave ose enzimave të gatshme.

Biokataliza - transformimet kimike të një substance që ndodhin me përdorimin e biokatalizatorëve-enzimave.

Biooksidimi është konsumimi i ndotësve nga mikroorganizmat ose shoqërimi i mikroorganizmave në kushte aerobike.

Fermentimi i metanit është përpunimi i mbetjeve organike duke përdorur shoqërimin e mikroorganizmave metanogjenë në kushte anaerobe.

Biokompostimi është zvogëlimi i përmbajtjes së substancave organike të dëmshme nga bashkimi i mikroorganizmave në mbetjet e ngurta, të cilave u jepet një strukturë e veçantë e lirimit për të siguruar hyrje në ajër dhe lagështi uniforme.

Biosorbimi - thithja e papastërtive të dëmshme nga gazrat ose lëngjet nga mikroorganizmat, zakonisht të fiksuar në bartës të veçantë të ngurtë.

Shpëlarja bakteriale është procesi i transferimit të përbërjeve metalike të patretshme në ujë në një gjendje të tretur nën veprimin e mikroorganizmave të veçantë.

Biodegradimi - shkatërrimi i komponimeve të dëmshme nën ndikimin e mikroorganizmave-biodestruktorëve.

Në mënyrë tipike, një fazë bioteknologjike ka një rrymë të lëngshme dhe një rrymë gazi si rrjedha dalëse, ndonjëherë vetëm një rrymë të lëngshme. Në rast se procesi zhvillohet në fazën e ngurtë (p.sh. pjekja e djathit ose biokompostimi i mbetjeve), prodhimi është një rrjedhë produkti i ngurtë i përpunuar.

Fazat përgatitore

Fazat përgatitore përdoren për përgatitjen dhe përgatitjen e llojeve të nevojshme të lëndëve të para për fazën bioteknologjike.

Proceset e mëposhtme mund të përdoren në fazën e përgatitjes.

Sterilizimi i mjedisit - për proceset bioteknologjike aseptike, ku hyrja e mikroflorës së huaj është e padëshirueshme.

Përgatitja dhe sterilizimi i gazrave (zakonisht ajrit) të nevojshëm për rrjedhën e një procesi bioteknologjik. Më shpesh, përgatitja e ajrit konsiston në pastrimin e tij nga pluhuri dhe lagështia, sigurimin e temperaturës së kërkuar dhe pastrimin e tij nga mikroorganizmat e pranishëm në ajër, duke përfshirë sporet.

Përgatitja e farës. Është e qartë se për të kryer një proces mikrobiologjik ose një proces për kultivimin e qelizave të izoluara të bimëve ose kafshëve, është gjithashtu e nevojshme të përgatitet një inokulum - një sasi e vogël e rritur më parë e një agjenti biologjik në krahasim me fazën kryesore.

Përgatitja e biokatalizatorit. Për proceset e biotransformimit ose biokatalizës, është e nevojshme që paraprakisht të përgatitet një biokatalizator - ose një enzimë në formë të lirë ose fikse në një bartës, ose një biomasë mikroorganizmash të rritur më parë në një gjendje në të cilën manifestohet aktiviteti i tij enzimatik.

Paratrajtimi i lëndëve të para. Nëse lënda e parë hyn në prodhim në një formë të papërshtatshme për përdorim të drejtpërdrejtë në procesin bioteknologjik, atëherë kryhet një operacion për përgatitjen paraprake të lëndës së parë. Për shembull, kur prodhohet alkooli, gruri fillimisht grimcohet dhe më pas i nënshtrohet një procesi enzimatik të "sakarifikimit", pas së cilës lythja e sakarifikuar shndërrohet në alkool në një fazë bioteknologjike me anë të fermentimit.

Pastrimi i produktit

Detyra e kësaj faze është heqja e papastërtive, për ta bërë produktin sa më të pastër.

Kromatografia është një proces i ngjashëm me adsorbimin.

Dializa është një proces në të cilin substancat me peshë të ulët molekulare mund të kalojnë nëpër një septum gjysmë të përshkueshëm, ndërsa substancat me peshë të lartë molekulare mbeten.

Kristalizimi. Ky proces bazohet në tretshmërinë e ndryshme të substancave në temperatura të ndryshme.

Përqendrimi i produktit

Detyra tjetër është të sigurohet përqendrimi i tij.

Në fazën e përqendrimit, përdoren procese të tilla si avullimi, tharja, precipitimi, kristalizimi me filtrim të kristaleve që rezultojnë, ultrafiltrimi dhe hiperfiltrimi ose nanofiltrimi, duke siguruar, si të thuash, "shtrydhjen" e tretësit nga tretësira.

Trajtimi i efluenteve dhe emetimeve

Pastrimi i këtyre efluenteve dhe emetimeve është një detyrë e veçantë që duhet zgjidhur në kohën tonë të pafavorshme mjedisore. Në thelb, trajtimi i ujërave të zeza është një prodhim i veçantë bioteknologjik, i cili ka fazat e veta përgatitore, një fazë bioteknologjike, një fazë për vendosjen e biomasës së llumit të aktivizuar dhe një fazë për trajtimin shtesë të ujërave të zeza dhe përpunimin e llumit.

Llojet e objekteve biologjike të përdorura në bioteknologji, klasifikimi dhe karakteristikat e tyre. Objekte biologjike me origjinë shtazore. Objekte biologjike me origjinë bimore.

Objektet e bioteknologjisë përfshijnë: grimcat e organizuara jashtëqelizore (viruset), qelizat e baktereve, kërpudhave, protozoarëve, indet e kërpudhave, bimët, kafshët dhe njerëzit, enzimat dhe përbërësit e enzimës, molekulat e acidit nukleik biogjenik, lektinat, citokininat, metabolitët parësorë dhe sekondarë.

Aktualisht, shumica e objekteve biologjike të bioteknologjisë përfaqësohen nga përfaqësues të 3 super-mbretërive:

1) Acoryotac - akoriotë ose jobërthamore;

2) Procaryotac - prokariote ose paranukleare;

3) Eucaryotac - eukariote ose bërthamore.

Ato përfaqësohen nga 5 mbretëri: viruset (grimca e organizuar joqelizore) klasifikohen si akariote; bakteret klasifikohen si prokariote (njësi elementare morfologjike); eukariotët përfshijnë kërpudhat, bimët dhe kafshët. Lloji i kodimit të ADN-së të informacionit gjenetik (për viruset ADN ose ARN).

Baktriet kanë një organizim qelizor, por materiali i bërthamës nuk ndahet nga citoplazma me asnjë membranë dhe nuk shoqërohet me asnjë proteinë. Në thelb, bakteret janë njëqelizore, madhësia e tyre nuk kalon 10 mikrometra. Të gjitha bakteret ndahen në arkobaktere dhe eubaktere.

Kërpudhat (Mycota) janë objekte të rëndësishme bioteknologjike dhe prodhues të një sërë përbërjesh të rëndësishme në produktet ushqimore dhe aditivët: antibiotikët, hormonet bimore, ngjyrat, proteinat e kërpudhave, lloje të ndryshme djathërash. Mikromicetet nuk formojnë trupin frutor, dhe makromicetet formohen. Ata kanë shenja të kafshëve dhe bimëve.

Bimët (Plantae). Janë të njohura rreth 300 mijë lloje bimore. Këto janë bimë organike të diferencuara, pjesët përbërëse të të cilave janë indet (merimestente, integruese, përcjellëse, mekanike, themelore dhe sekretore). Vetëm indet mirmestante janë të afta të ndahen. Çdo lloj bime në kushte të caktuara mund të prodhojë një masë qelizore të paorganizuar të qelizave ndarëse - kallo. Objektet më të rëndësishme biologjike janë protoplastet e qelizave bimore. Atyre u mungon një mur qelizor. Përdoret në inxhinierinë e qelizave. Shpesh përdoren alga deti. Prej tyre përftohen agar-agar dhe alginate (polisakaridet që përdoren për përgatitjen e mjediseve mikrobiologjike).

Kafshët (Animalia). Në bioteknologji, objekte të tilla biologjike si qelizat e kafshëve të ndryshme përdoren gjerësisht. Përveç qelizave të kafshëve më të larta, përdoren qelizat e protozoarëve. Qelizat e kafshëve më të larta përdoren për të marrë ADN-në rekombinante dhe për të kryer studime toksikologjike.

Objekti kryesor i procesit bioteknologjik është qeliza. Ai sintetizon produktin e synuar. Në fakt, qeliza është një bimë kimike në miniaturë, ku sintetizohen qindra komponime komplekse çdo minutë.

Baza e prodhimit modern bioteknologjik është sinteza e substancave të ndryshme me ndihmën e qelizave të mikroorganizmave. Qelizat e bimëve dhe kafshëve të larta nuk kanë gjetur ende aplikim të gjerë, për shkak të kërkesave të tyre të larta në kushtet e kultivimit.

Faza fillestare e zhvillimit bioteknologjik po merr kulturat e pastra të qelizave dhe indeve. Manipulimet e mëtejshme me këto kultura karakterizohen nga uniformiteti i qasjeve të bazuara në metodat klasike mikrobiologjike. Në të njëjtën kohë, kulturat e qelizave dhe indeve të bimëve dhe kafshëve më të larta krahasohen me kulturat e mikroorganizmave.

Eukariotët dhe prokariotët. Shumica e mikroorganizmave janë krijesa njëqelizore. Një qelizë mikrobike ndahet nga mjedisi i jashtëm nga një mur qelizor, dhe nganjëherë vetëm nga një membranë citoplazmike, dhe përmban struktura të ndryshme nënqelizore. Ekzistojnë dy lloje kryesore të strukturës së qelizave, të cilat ndryshojnë nga njëra-tjetra në një numër karakteristikash themelore. Këto janë qeliza eukariote dhe prokariote. Mikroorganizmat me një bërthamë të vërtetë quhen eukariote (eu - nga greqishtja - e vërtetë, karyo - bërthama). Mikroorganizmat me një aparat bërthamor primitiv klasifikohen si prokariote (para-bërthamore).

Ndër mikroorganizmat tek prokariotët përfshijnë bakteret, aktinomicetet dhe algat blu-jeshile (cianobakteret), tek eukariotët- alga të tjera (të gjelbra, kafe, të kuqe), mykomicete (mykuqe mukusi), kërpudhat e poshtme - mikromicetet (përfshirë majanë), protozoarët (flagjelat, ciliatet, etj.).

Prona e tyre e përbashkët është madhësia e tyre e vogël, ato janë të dukshme vetëm me mikroskop. Aktualisht, njihen më shumë se 100 mijë lloje të mikroorganizmave të ndryshëm.

Prokariotët nuk i nënshtrohen proceseve të mitozës dhe mejozës. Ata riprodhohen më shpesh me ndarje të thjeshtë qelizore.

në një qelizë eukariote ka një bërthamë të ndarë nga citoplazma që e rrethon nga një membranë bërthamore me dy shtresa me pore. Në bërthamë ka 1-2 bërthama - qendra për sintezën e ARN ribozomale dhe kromozomeve - bartësit kryesorë të informacionit trashëgues, të përbërë nga ADN dhe proteina. Gjatë ndarjes, kromozomet shpërndahen midis qelizave bija si rezultat i proceseve komplekse - mitoza dhe mejoza. Citoplazma e eukarioteve përmban mitokondri, dhe në organizmat fotosintetikë, kloroplaste. Membrana citoplazmike që rrethon qelizën kalon brenda citoplazmës në rrjetin endoplazmatik; ekziston edhe një organelë membranore - aparati Golgi.

qelizat prokariote rregulluar më thjeshtë. Ata nuk kanë një kufi të qartë midis bërthamës dhe citoplazmës, nuk ka membranë bërthamore. ADN-ja në këto qeliza nuk formon struktura të ngjashme me kromozomet eukariote. Prokariotët nuk i nënshtrohen proceseve të mitozës dhe mejozës. Shumica e prokariotëve nuk formojnë organele ndërqelizore të kufizuara nga membranat; nuk ka mitokondri dhe kloroplaste.

Përzgjedhja e formave të mikroorganizmave me vetitë e dëshiruara

Përzgjedhja e formave të mikroorganizmave me vetitë e dëshiruara të nevojshme për kultivim përfshin disa faza.

2.1. Izolimi i mikroorganizmave. Kampionet merren nga habitatet e mikroorganizmave (dheu, mbetjet bimore etj.). Përsa i përket mikroorganizmave oksidues të hidrokarbureve, një vend i tillë mund të jetë toka pranë stacioneve të karburantit, majat e verës janë të bollshme në rrush, mikroorganizmat anaerobe dekompozues të celulozës dhe metan-formues jetojnë në sasi të mëdha në rumen e ripërtypësve.

2.2. Marrja e kulturave të ruajtjes. Mostrat futen në media të lëngshme ushqyese të një përbërje të veçantë, duke krijuar kushte të favorshme për zhvillimin e prodhuesit (temperatura, pH, burimet e energjisë, karboni,
azoti, etj.). Për akumulimin e prodhuesit të oksidazës së kolesterolit, përdoren media me kolesterolin si burimin e vetëm të karbonit; mikroorganizma oksidues hidrokarbure - mjedise me parafina; prodhuesit e enzimave proteolitike ose lipolitike - media që përmbajnë proteina ose lipide.

2.3. Izolimi i kulturave të pastra. Mostrat nga kulturat e pasurimit inokulohen në mjedise të dendura ushqyese. Qelizat individuale të mikroorganizmave në media të dendura ushqyese formohen të izoluara
kolonitë ose klone, kur ato rimbjellen, fitohen kultura të pastra, të përbëra nga qeliza të një lloji prodhuesi.

Një mënyrë tjetër për të zgjedhur mikroorganizmat është nga koleksionet ekzistuese. Për shembull, prodhuesit e antibiotikëve janë shpesh aktinomicet, etanoli - maja.

Klonimi- kultura njëqelizore kulturë e pastër- një grup individësh të të njëjtit lloj mikroorganizmi sforcimet- kultura të izoluara nga mjedise të ndryshme natyrore ose nga i njëjti mjedis në kohë të ndryshme.

2.4. Përcaktimi i aftësisë për të sintetizuar produktin e synuar - kriteri kryesor në përzgjedhjen e prodhuesve. Mikroorganizmat duhet të plotësojnë kërkesat e mëposhtme:

1) kanë një normë të lartë rritjeje;

2) përdorni substrate të lira për jetën;

3) të jetë rezistent ndaj infeksionit nga mikroflora e huaj.

Organizmat njëqelizorë karakterizohen nga ritme më të larta të proceseve sintetike sesa bimët dhe kafshët më të larta. Pra, një lopë që peshon 500 kg gjatë një dite sintetizon rreth 0,5 kg proteina. E njëjta sasi proteine ​​në një ditë mund të merret me 5 g maja. Me interes janë mikroorganizmat fotosintetikë që përdorin energjinë e dritës dhe janë të afta të asimilojnë azotin atmosferik. Mikroorganizmat termofile janë të favorshëm. Përdorimi i tyre zvogëlon kostot shtesë për sterilizimin e pajisjeve industriale. Shpejtësia e rritjes dhe metabolizmit të këtyre organizmave është 1,5-2 herë më e lartë se ajo e mezofileve. Enzimat që ato sintetizojnë janë rezistente ndaj nxehtësisë, acideve dhe tretësve organikë.

Metodat e bioteknologjisë

Në bioteknologji ekzistojnë 2 metoda: 1) Përzgjedhja; 2) Inxhinieri gjenetike. Metodat e përzgjedhjes përdoren për të marrë produkte shumë aktive. Me ndihmën e seleksionimit janë fituar shtame industriale të mikroorganizmave, aktiviteti sintetik i të cilave e tejkalon aktivitetin e shtameve origjinale me dhjetëra e qindra herë.

Përzgjedhja

Përzgjedhja - përzgjedhje e drejtuar e mutantëve (organizmave, trashëgimia e të cilëve ka pësuar një ndryshim të menjëhershëm). Mënyra e përgjithshme e përzgjedhjes është kalimi nga përzgjedhja e thjeshtë e prodhuesve në ndërtimin e vetëdijshëm të gjenomit të tyre. Në çdo fazë, klonet më të efektshme zgjidhen nga popullata e mikroorganizmave. Në këtë mënyrë për një kohë të gjatë u zgjodhën lloje të birrës, verës, bukëpjekësit, majasë acetike, baktereve të acidit propionik etj.. Përdoret përzgjedhja hap pas hapi: në çdo fazë zgjidhen nga popullata e mikroorganizmave klonet më të efektshme. . Kufizimi i metodës së përzgjedhjes në bazë të mutacioneve spontane shoqërohet me frekuencën e ulët të tyre, gjë që e ndërlikon shumë intensifikimin e procesit. Ndryshimet në strukturën e ADN-së janë të rralla. Një gjen duhet të dyfishohet mesatarisht 10 6 -10 8 herë që të ndodhë një mutacion. Një shembull i përzgjedhjes së mutantëve më produktivë gjatë kultivimit në mënyrë të vazhdueshme është zgjedhja e majave në bazë të rezistencës ndaj etanolit, një produkt i mbeturinave të majave. Mutagjeneza e induktuar çon në një përshpejtim të konsiderueshëm të përzgjedhjes - një rritje të mprehtë në frekuencën e mutacioneve në një objekt biologjik me dëmtim artificial të gjenomit. Rrezatimi ultraviolet, rreze X ose y, disa komponime kimike që shkaktojnë ndryshime në strukturën parësore të ADN-së kanë një efekt mutagjen. Mutagjenët më të njohur dhe më të përdorur përfshijnë acidin azotik, agjentët alkilues, etj.

Kryeni një kontroll të plotë (shqyrtimi) klone të marra. Pasi janë zgjedhur klonet më produktive, përsëritet trajtimi me të njëjtin ose një tjetër mutagjen, zgjidhet sërish varianti më produktiv, etj., d.m.th. po flasim për përzgjedhje hap pas hapi në bazë të interesit.

Intensiteti i punës është disavantazhi kryesor i metodës së mutagjenezës së induktuar dhe përzgjedhjes së mëvonshme hap pas hapi. Disavantazhi i metodës është edhe mungesa e informacionit për natyrën e mutacioneve, të cilin studiuesi e përzgjedh sipas rezultatit përfundimtar.

Inxhinieri gjenetike

Inxhinieria gjenetike është një modifikim i drejtuar i objekteve biologjike si rezultat i futjes së programeve gjenetike të krijuara artificialisht. Nivelet e inxhinierisë gjenetike:

1)gjenetike– manipulimi i drejtpërdrejtë i ADN-së rekombinante, duke përfshirë gjenet individuale;

2)kromozomale– manipulim me grupe gjenesh ose kromozome individuale;

3)gjenomike(qelizore) - transferimi i të gjithë ose shumicës së materialit gjenetik nga një qelizë në tjetrën (inxhinieria qelizore). Në kuptimin modern, inxhinieria gjenetike përfshin teknologjinë rekombinante të ADN-së.

Puna në fushën e inxhinierisë gjenetike përfshin 4 faza: 1) marrja e gjenit të dëshiruar; 2) futja e tij në një vektor të aftë për replikim; 3) futja e një gjeni duke përdorur një vektor në trup; 4) ushqyerja dhe përzgjedhja e qelizave që kanë fituar gjenin e dëshiruar.

Inxhinieria gjenetike e bimëve më të larta kryhet në nivel qelizor, ind dhe organizëm.

Baza e inxhinierisë së qelizave është hibridizimi i qelizave somatike - shkrirja e qelizave jo seksuale për të formuar një tërësi të vetme. Shkrirja e qelizave mund të jetë e plotë ose me futjen e pjesëve të tyre individuale (mitokondritë, kloroplastet, etj.).

Hibridizimi somatik lejon kalimin e organizmave gjenetikisht të largët. Qelizat bimore, kërpudhore dhe bakteriale çlirohen nga muri qelizor përpara se të përftohen bashkimi dhe protoplastet. Pastaj, membranat e jashtme citoplazmike depolarizohen nga një fushë elektrike ose magnetike e alternuar, përdoren kationet Ca +. Muri qelizor i nënshtrohet hidrolizës enzimatike.

Pyetje për vetë-ekzaminim

1. Cili është objekti i bioteknologjisë?

2. Cilat janë llojet e strukturës qelizore?

3. Cilat janë fazat e rritjes së kulturës?

4. Çfarë është përzgjedhja dhe inxhinieria gjenetike?

4 Lidhja kryesore e procesit bioteknologjik është një objekt biologjik i aftë për të kryer një modifikim të caktuar të lëndës së parë dhe për të formuar një ose një produkt tjetër të nevojshëm. Qelizat e mikroorganizmave, kafshët dhe bimët, kafshët dhe bimët transgjenike, kërpudhat, si dhe sistemet enzimë shumëkomponente të qelizave dhe enzimat individuale mund të shërbejnë si objekte të tilla të bioteknologjisë. Baza e shumicës së industrive moderne bioteknologjike është sinteza mikrobike, d.m.th., sinteza e substancave të ndryshme biologjikisht aktive me ndihmën e mikroorganizmave. Fatkeqësisht, objektet me origjinë bimore dhe shtazore, për një sërë arsyesh, nuk kanë gjetur ende një aplikim kaq të gjerë. Prandaj, në të ardhmen, është e arsyeshme të konsiderohen mikroorganizmat si objektet kryesore të bioteknologjisë.

1 Mikroorganizmat - objektet kryesore të bioteknologjisë Aktualisht njihen më shumë se 100 mijë lloje të ndryshme mikroorganizmash. Këto janë kryesisht bakteret, aktinomicetet, cianobakteret. Me një shumëllojshmëri kaq të gjerë mikroorganizmash, një problem shumë i rëndësishëm dhe shpeshherë kompleks është zgjedhja e saktë e pikërisht organizmit që është në gjendje të sigurojë produktin e dëshiruar, d.m.th. shërbejnë për qëllime industriale. 5

Shumë procese bioteknologjike përdorin një numër të kufizuar mikroorganizmash që klasifikohen si GRAS ("përgjithësisht i njohur si i sigurt"). Mikroorganizma të tillë përfshijnë bakteret Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, lloje të tjera të bacileve dhe laktobacileve, speciet Streptomyces. Këtu përfshihen edhe llojet e kërpudhave Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, tharmi Saccharomyces, etj. Mikroorganizmat GRAS janë jopatogjenë, jo toksikë dhe përgjithësisht nuk formojnë antibiotikë, prandaj, kur zhvillohet një proces i ri bioteknologjik, duhet fokusuar në këto mikroorganizma si objekte bazë të bioteknologjisë. 6

Industria e mikrobiologjisë aktualisht përdor mijëra shtame mikrobike që fillimisht u izoluan nga burimet natyrore bazuar në vetitë e tyre të dobishme dhe më pas u përmirësuan duke përdorur metoda të ndryshme. Në lidhje me zgjerimin e prodhimit dhe gamën e produkteve, gjithnjë e më shumë përfaqësues të botës së mikrobeve përfshihen në industrinë mikrobiologjike. Duhet theksuar se në të ardhmen e parashikueshme asnjë prej tyre nuk do të studiohet në të njëjtën masë si E. coli dhe Bac. subtilis. Arsyeja për këtë është mundimi i madh dhe kostoja e lartë e këtij lloji të kërkimit. 7

Rrjedhimisht, lind problemi i zhvillimit të një strategjie dhe taktike kërkimi që do të bënte të mundur, me një shpenzim të arsyeshëm të punës, të nxirren nga potenciali i mikroorganizmave të rinj të gjitha më të vlefshmet në krijimin e shtameve prodhuese të rëndësishme industriale të përshtatshme për përdorim në bioteknologji. proceset. Qasja klasike është izolimi i mikroorganizmit të dëshiruar nga kushtet natyrore. Mostrat e materialit merren nga habitatet natyrore të prodhuesit të propozuar (merren mostra materiale) dhe inokulohen në një mjedis selektiv që siguron zhvillimin mbizotërues të mikroorganizmit me interes, d.m.th. fitohen të ashtuquajturat kultura ruajtëse. 8

Hapi tjetër është izolimi i një kulture të pastër me studim të mëtejshëm të mikroorganizmit të izoluar dhe, nëse është e nevojshme, një përcaktim i përafërt i kapacitetit të tij prodhues. Ekziston një mënyrë tjetër për të zgjedhur mikroorganizmat prodhues - kjo është zgjedhja e specieve të dëshiruara nga koleksionet e disponueshme të mikroorganizmave të studiuar mirë dhe të karakterizuar tërësisht. Kjo, natyrisht, eliminon nevojën për të kryer një sërë operacionesh intensive të punës. 9

Kriteri kryesor për zgjedhjen e një objekti bioteknologjik është aftësia për të sintetizuar produktin e synuar. Megjithatë, përveç kësaj, vetë teknologjia e procesit mund të përmbajë kërkesa shtesë, të cilat ndonjëherë janë shumë, shumë të rëndësishme, për të mos thënë vendimtare. Në përgjithësi, mikroorganizmat duhet të kenë një shkallë të lartë rritjeje, të përdorin substrate të lira të nevojshme për aktivitetin e tyre jetësor, të jenë banues në mikroflora të huaja, d.m.th., të jenë shumë konkurrues. Të gjitha sa më sipër sigurojnë një ulje të ndjeshme të kostos së prodhimit të produktit të synuar. 10

Këtu janë disa shembuj që vërtetojnë rolin e mikroorganizmave si objekte të bioteknologjisë: 1. Organizmat njëqelizorë, si rregull, karakterizohen nga ritme më të larta të rritjes dhe proceseve sintetike sesa organizmat më të lartë. Megjithatë, ky nuk është rasti për të gjithë mikroorganizmat. Disa prej tyre rriten jashtëzakonisht ngadalë, por janë me interes të caktuar, pasi janë në gjendje të prodhojnë substanca të ndryshme shumë të vlefshme. njëmbëdhjetë

2. Vëmendje të veçantë si objekte të zhvillimit bioteknologjik përfaqësojnë mikroorganizmat fotosintetikë që përdorin energjinë e dritës së diellit në jetën e tyre. Disa prej tyre (cianobakteret dhe eukariotët fotosintetikë) përdorin CO2 si burim karboni, dhe disa përfaqësues të cianobaktereve, përveç të gjitha sa më sipër, kanë aftësinë për të asimiluar azotin atmosferik (d.m.th., ata janë jashtëzakonisht të pakërkueshëm për lëndët ushqyese). Mikroorganizmat fotosintetikë janë premtues si prodhues të amoniakut, hidrogjenit, proteinave dhe një sërë përbërjesh organike. Megjithatë, për shkak të njohurive të kufizuara themelore rreth organizimit të tyre gjenetik dhe mekanizmave biologjikë molekularë të jetës, përparimi në përdorimin e tyre nuk duhet të pritet në të ardhmen e afërt. 12

3. Një vëmendje i kushtohet objekteve të tilla të bioteknologjisë si mikroorganizmat termofile që rriten në °C. Kjo veti e tyre është një pengesë pothuajse e pakapërcyeshme për zhvillimin e mikroflorës së huaj gjatë kultivimit relativisht josteril, d.m.th. është një mbrojtje e besueshme kundër ndotjes. Midis termofileve, janë gjetur prodhues të alkooleve, aminoacideve, enzimave dhe hidrogjenit molekular. Për më tepër, ritmi i rritjes dhe aktiviteti i tyre metabolik janë 1,5-2 herë më të larta se ato të mezofileve. Enzimat e sintetizuara nga termofile karakterizohen nga rritja e rezistencës ndaj nxehtësisë, disa agjentëve oksidues, detergjentëve, tretësve organikë dhe faktorëve të tjerë negativë. Në të njëjtën kohë, ato nuk janë shumë aktive në temperatura normale. 13

Kështu, proteazat e njërit prej përfaqësuesve të mikroorganizmave termofile në 20 °C janë 100 herë më pak aktive se në 75 °C. Kjo e fundit është një pronë shumë e rëndësishme për disa prodhime industriale. Për shembull, enzima Tag-polimerazë nga bakteri termofilik Thermus aquaticus ka gjetur aplikim të gjerë në inxhinierinë gjenetike. Ne kemi përmendur tashmë një veçori tjetër shumë thelbësore të këtyre organizmave, domethënë, që kur kultivohen, temperatura e mjedisit ku ata banojnë e tejkalon ndjeshëm temperaturën e mjedisit. Ky ndryshim i lartë i temperaturës siguron shkëmbim të shpejtë dhe efikas të nxehtësisë, i cili lejon përdorimin e reaktorëve biologjikë pa pajisje të mëdha ftohëse. Dhe kjo e fundit, nga ana tjetër, lehtëson përzierjen, ajrimin, shkumëzimin, gjë që së bashku ul ndjeshëm koston e procesit. 14

2 Izolimi dhe përzgjedhja e mikroorganizmave Një komponent integral në procesin e krijimit të prodhuesve më të vlefshëm dhe aktivë, d.m.th. gjatë përzgjedhjes së objekteve në bioteknologji, është përzgjedhja e tyre. Mënyra kryesore e seleksionimit është ndërtimi i vetëdijshëm i gjenomit në çdo fazë të përzgjedhjes së prodhuesit të dëshiruar. Kjo situatë nuk mund të realizohej gjithmonë për shkak të mungesës së metodave efektive për ndryshimin e gjenomave të organizmave të përzgjedhshëm. Një rol të rëndësishëm në zhvillimin e teknologjive mikrobike kanë luajtur metodat e bazuara në përzgjedhjen e varianteve të ndryshuara spontanisht të karakterizuara nga tiparet e dobishme të dëshiruara. 15

Me metoda të tilla, zakonisht përdoret përzgjedhja hap pas hapi: në secilën fazë të përzgjedhjes, nga popullata e mikroorganizmave zgjidhen variantet më aktive (mutantët spontanë), nga të cilët në fazën tjetër zgjidhen shtame të reja, më efektive etj. Megjithë kufizimin e dukshëm të kësaj metode, që konsiston në frekuencën e ulët të shfaqjes së mutantëve, është shumë herët të konsiderohen mundësitë e saj si plotësisht të shteruara. 16

Procesi i përzgjedhjes së prodhuesve më efektivë përshpejtohet ndjeshëm kur përdoret metoda e mutagjenezës së induktuar. Si efekte mutagjene përdoren rrezatimi ultravjollcë, rreze X dhe gama, kimikate të caktuara etj. Megjithatë, edhe kjo teknikë nuk është pa të meta, kryesorja e të cilave është mundimi dhe mungesa e informacionit për natyrën e ndryshimeve. eksperimentuesi zgjedh sipas rezultatit përfundimtar. 17

Për shembull, rezistenca e trupit ndaj joneve të metaleve të rënda mund të shoqërohet me shtypjen e marrjes së qelizave bakteriale të këtyre kationeve, aktivizimin e procesit të heqjes së kationeve nga qeliza ose rirregullimin e sistemit (s) që i nënshtrohet efektit frenues. të kationit në qelizë. Natyrisht, njohja e mekanizmave për rritjen e stabilitetit do të bëjë të mundur kryerjen e një veprimi të drejtuar për të marrë rezultatin përfundimtar në një kohë më të shkurtër, si dhe për të zgjedhur opsionet që janë më të përshtatshme për kushtet specifike të prodhimit. Përdorimi i këtyre qasjeve në kombinim me metodat e mbarështimit klasik është thelbi i mbarështimit modern të prodhuesve të mikroorganizmave. 18

Për shembull, rezistenca e trupit ndaj joneve të metaleve të rënda mund të shoqërohet me shtypjen e marrjes së qelizave bakteriale të këtyre kationeve, aktivizimin e procesit të heqjes së kationeve nga qeliza ose rirregullimin e sistemit (s) që i nënshtrohet efektit frenues. të kationit në qelizë. Natyrisht, njohja e mekanizmave për rritjen e stabilitetit do të bëjë të mundur kryerjen e një veprimi të drejtuar për të marrë rezultatin përfundimtar në një kohë më të shkurtër, si dhe për të zgjedhur opsionet që janë më të përshtatshme për kushtet specifike të prodhimit. Përdorimi i këtyre qasjeve në kombinim me metodat e mbarështimit klasik është thelbi i mbarështimit modern të prodhuesve të mikroorganizmave. 19

BILETA E PROVIMIT Nr. 1

Objektet e bioteknologjisë dhe nivelet e tyre

Bioteknologji nënkupton çdo lloj teknologjie që përfshin përdorimin e sistemeve biologjike, organizmave të gjallë ose derivateve të tyre për të prodhuar ose modifikuar produkte ose procese për përdorimin e tyre specifik.Resurset bioteknologjike janë burime biologjike të përdorura në proceset bioteknologjike.

Objektet për prodhim duhet të plotësojnë disa kërkesa: - aftësia për t'u rritur në mjedise ushqyese të lira; - shkallë e lartë e rritjes dhe formimit të produktit të synuar; - formim minimal i nënprodukteve; - stabiliteti i prodhuesit dhe raporti i vetive të prodhimit; - padëmshmëria të prodhuesit dhe produktit të synuar për njerëzit dhe mjedisin Një veti e rëndësishme e një objekti biologjik është rezistenca ndaj infeksionit, e cila është e rëndësishme për ruajtjen e sterilitetit dhe rezistencës ndaj fagut. Funksionet e një bioobjekti konsistojnë në biosintezën e plotë të produktit të synuar, duke përfshirë një seri reaksionesh enzimatike të njëpasnjëshme ose katalizën e vetëm një reaksioni enzimatik, i cili është i një rëndësie kyçe për marrjen e produktit të synuar.

Objektet e bioteknologjisë janë shumë të larmishme dhe diapazoni i tyre shtrihet nga pjesët e organizuara (viruset) tek njerëzit.Një bioobjekt që kryen biosintezën e plotë të produktit të synuar quhet prodhues.

b) bakteret dhe cianobakteret;

d) algat;

e) protozoarët;

g) bimët - më të ulëta (anabena-azolla) dhe më të larta - duckweed.

Në këtë rast, objektet biologjike mund të jenë molekula (enzima, imunomodulues, nukleozide, oligo- dhe polipeptide, etj.), pjesë të organizuara (viruse, fagë), njëqelizore (baktere, maja) dhe individë shumëqelizorë (kërpudha më të larta filamentoze, inde bimore, etj. kulturat njështresore).qelizat e gjitarëve), organizmat e tërë të bimëve dhe kafshëve. Por edhe kur një biomolekulë përdoret si objekt i bioteknologjisë, biosinteza e saj fillestare kryhet në shumicën e rasteve nga qelizat përkatëse. Prandaj, mund të argumentohet se objektet e bioteknologjisë i përkasin ose mikrobeve ose organizmave bimorë dhe shtazorë.

Cilat janë aftësitë e qelizave të organizmave?

Një qelizë është një sistem biologjik elementar i aftë për vetë-ripërtëritje, vetë-riprodhim dhe zhvillim. Strukturat qelizore qëndrojnë në themel të strukturës së bimëve dhe kafshëve. Pavarësisht se sa e larmishme mund të duket struktura e organizmave, ajo bazohet në struktura të ngjashme - qeliza.
Qeliza ka të gjitha vetitë e një sistemi të gjallë:
kryen shkëmbimin e materies dhe energjisë;
është duke u rritur;
riprodhon dhe trashëgon karakteristikat e tij;
u përgjigjet sinjaleve të jashtme (stimujve);
në gjendje të lëvizë.
Është niveli më i ulët i organizimit, që zotëron të gjitha këto veti, njësia më e vogël strukturore dhe funksionale e të gjallëve. Mund të jetojë edhe veçmas: qelizat e izoluara të organizmave shumëqelizorë vazhdojnë të jetojnë dhe shumohen në një mjedis ushqyes.

Funksionet në një qelizë shpërndahen midis organeleve të ndryshme, si bërthama qelizore, mitokondria, etj. Të gjithë organizmat e gjallë, si kafshët shumëqelizore, bimët dhe kërpudhat, përbëhen nga shumë qeliza, ose, si shumë protozoa dhe baktere, janë njëqelizore. organizmave. organizmat njëqelizorë- një kategori ekstra-sistematike e organizmave të gjallë, trupi i të cilave përbëhet nga një qelizë (në krahasim me shumëqelizore). njëqelizore). Mund të përfshijë si prokariote ashtu edhe eukariote. Besohet se organizmat e parë të gjallë në Tokë ishin njëqelizore. Më të lashtët prej tyre janë bakteret dhe arkeat. organizëm shumëqelizor- një kategori josistematike e organizmave të gjallë, trupi i të cilave përbëhet nga shumë qeliza, shumica e të cilave (përveç qelizave burimore, për shembull, qelizat kambium në bimë) janë të diferencuara, domethënë ndryshojnë në strukturë dhe funksione. duhet dalluar shumëqelizore Dhe kolonialiteti. Organizmave kolonialë u mungojnë qelizat e vërteta të diferencuara, dhe rrjedhimisht ndarja e trupit në inde. Teoria moderne e qelizave përfshin dispozitat e mëposhtme:
1) qeliza është një njësi e strukturës dhe zhvillimit të të gjithë organizmave;
2) qelizat e organizmave nga mbretëritë e ndryshme të jetës së egër janë të ngjashme në strukturë, përbërje kimike, metabolizëm dhe manifestime kryesore të aktivitetit jetësor;
3) qelizat e reja formohen si rezultat i ndarjes së qelizës amë;
4) në një organizëm shumëqelizor, qelizat formojnë inde;
5) Organet përbëhen nga inde.

Qelizat e kërpudhave, bimëve dhe kafshëve kanë një strukturë të ngjashme. Ka tre pjesë kryesore në një qelizë: bërthama, citoplazma dhe membrana plazmatike. Membrana plazmatike përbëhet nga lipide dhe proteina. Siguron hyrjen e substancave në qelizë dhe lirimin e tyre nga qeliza. Në qelizat e bimëve, kërpudhave dhe shumicës së baktereve, ekziston një membranë qelizore mbi membranën plazmatike. Kryen një funksion mbrojtës dhe luan rolin e një skeleti. Në bimë, muri qelizor përbëhet nga celuloza, ndërsa tek kërpudhat, ai përbëhet nga një substancë e ngjashme me kitinën. Qelizat shtazore janë të mbuluara me polisaharide që sigurojnë kontakte midis qelizave të të njëjtit ind.

BILETA E PROVIMIT -3

1. Kërkesat për objektet biologjike? Bioobjekt- ky është një prodhues që biosintetizon produktin e dëshiruar, ose një katalizator, një enzimë që katalizon reaksionin e tij të qenësishëm.

Kërkesat për objektet biologjike

Për zbatimin e proceseve bioteknologjike janë parametra të rëndësishëm të objekteve biologjike : pastërtia, shkalla e përhapjes së qelizave dhe riprodhimi i grimcave virale, aktiviteti dhe qëndrueshmëria e biomolekulave ose biosistemeve.

Duhet të kihet parasysh se kur krijohen kushte të favorshme për një objekt të zgjedhur biologjik të bioteknologjisë, të njëjtat kushte mund të rezultojnë të favorshme, për shembull, për mikrobet - ndotës ose ndotës. Përfaqësuesit e mikroflorës kontaminuese janë viruset, bakteret dhe kërpudhat që gjenden në kulturat e qelizave bimore ose shtazore. Në këto raste, mikrobet-ndotësit veprojnë si dëmtues të prodhimit në bioteknologji. Kur përdoren enzimat si biokatalizatorë, bëhet e nevojshme mbrojtja e tyre në një gjendje të izoluar ose të palëvizshme nga shkatërrimi nga mikroflora banale saprofitike (jo patogjene), e cila mund të depërtojë në sferën e procesit bioteknologjik nga jashtë për shkak të josterilitetit të sistemi.

Aktiviteti dhe qëndrueshmëria në gjendjen aktive të objekteve biologjike janë një nga treguesit më të rëndësishëm të përshtatshmërisë së tyre për përdorim afatgjatë në bioteknologji.

Kështu, pavarësisht nga pozicioni sistematik i objektit biologjik, në praktikë përdoren ose grimca natyrore të organizuara (fagë, viruse) dhe qeliza me informacion gjenetik natyror, ose qeliza me informacion gjenetik të dhënë artificialisht, domethënë, në çdo rast, përdoren qeliza. , qoftë mikroorganizëm, bimë, kafshë apo person. Për shembull, mund të emërtojmë procesin e marrjes së virusit të poliomielitit në një kulturë të qelizave të veshkave të majmunit për të krijuar një vaksinë kundër kësaj sëmundjeje të rrezikshme. Edhe pse këtu jemi të interesuar për akumulimin e virusit, riprodhimi i tij bëhet në qelizat e organizmit të kafshëve. Një shembull tjetër është me enzimat që do të përdoren në gjendje të imobilizuar. Burimi i enzimave janë gjithashtu qelizat e izoluara ose shoqërimet e tyre të specializuara në formë indesh, nga të cilat izolohen biokatalizatorët e nevojshëm.

Rendisni burimet e gjeneve?

Burimet biologjike - organizmat që janë ose mund të jenë objekt peshkimi; të gjithë përbërësit që formojnë mjedisin jetësor të biosferës (prodhuesit, konsumatorët, dekompozuesit). Ato i përkasin kategorisë së burimeve natyrore të rinovueshme të shterueshme. Dalloni midis burimeve bimore, burimeve të kafshëve të egra, gjuetisë, kullotjes etj. Veçanërisht veçohen burimet gjenetike, domethënë informacioni gjenetik i trashëguar që përmban kodi gjenetik i qenieve të gjalla.

Zhvillimi i bioteknologjisë është i lidhur ngushtë me përdorimin e burimeve gjenetike. Ata, si rregull, janë një pronë unike e rajoneve të caktuara të botës, dhe traditat shekullore dhe karakteristikat kombëtare të bujqësisë, blegtorisë dhe mjekësisë shpesh bazohen në përdorimin e tyre.

Burimet gjenetike - material gjenetik me vlerë aktuale ose potenciale.

Nga ana tjetër, materiali gjenetik përkufizohet si çdo material me origjinë bimore, shtazore, mikrobike ose tjetër që përmban njësi funksionale të trashëgimisë.

Burimet biologjike - burimet gjenetike, organizmat ose pjesët e tyre, popullatat ose çdo përbërës tjetër biotik i ekosistemeve që kanë dobi ose vlerë aktuale ose potenciale për njerëzimin.

Cilat janë funksionet e objekteve biologjike?

Bioobjektet janë lidhja kryesore e procesit bioteknologjik.

Bioobjekt - një element qendror dhe i domosdoshëm i prodhimit bioteknologjik, që krijon specifikën e tij.

Një objekt biologjik mund të jetë një organizëm integral shumëqelizor ose njëqelizor që ka ruajtur qëndrueshmërinë e tij. Ato mund të jenë qeliza të izoluara të një organizmi shumëqelizor, si dhe viruse dhe komplekse multienzimatike të izoluara nga qelizat, të përfshira në një proces të caktuar metabolik. Gjithashtu, një enzimë individuale e izoluar mund të jetë një bioobjekt.

Funksioni i objektit biologjik- biosinteza e plotë e produktit të synuar, duke përfshirë një seri reaksionesh enzimatike të njëpasnjëshme ose katalizim të vetëm një reaksioni enzimatik, i cili është i një rëndësie kyçe për marrjen e produktit të synuar.

Është vërtetuar se përdorimi i enzimave në prodhim në formë të imobilizuar, d.m.th. e lidhur me një bartës të pazgjidhshëm është më racionalja, pasi në këtë rast sigurohet përdorimi i shumëfishtë i tyre dhe standardizimi i cikleve të përsëritura të prodhimit.

Bioobjektet përfshijnë si makromolekulat ashtu edhe mikro- dhe makroorganizmat. Enzimat përdoren si makromolekula. Përdorimi i tyre është më racionali, pasi në këtë rast sigurohet përdorimi i shumëfishtë i tyre dhe karakteri standard i përsëritjes së cikleve derivatore.

Viruset përdoren si objekte biologjike për përgatitjen e vaksinave. Pozicioni dominues në procesin modern bioteknologjik është i zënë nga qelizat mikrobike të eukariotëve dhe prokariotëve. Ata janë prodhues (një bioobjekt që kryen biosintezën e plotë të produktit të synuar) të metabolitëve parësorë që përdoren si ilaçe.

Bimët e larta janë burimi më i gjerë i ilaçeve. Kur përdoren bimët si objekte biologjike, vëmendja kryesore përqendrohet në kultivimin e indeve bimore në mjedise artificiale.

Objektet bioteknologjike janë në nivele të ndryshme organizimi:

a) strukturat nënqelizore (viruset, plazmidet, ADN mitokondriale dhe kloroplastike, ADN bërthamore);

b) bakteret dhe cianobakteret;

d) algat;

e) protozoarët;

f) kulturat e qelizave bimore dhe shtazore;

g) bimët - më të ulëta (anabena-azolla) dhe më të larta - duckweed.

Llojet dhe funksionet e ADN-së?

Acidet nukleike

Midis substancave të tjera kimike, ADN-ja u izolua në një grup të veçantë në vitin 1869. Megjithatë, struktura dhe struktura tredimensionale e ADN-së u deshifrua nga shkencëtari anglez F. Crick dhe amerikani J. Watson vetëm në vitin 1953. Ata ndërtuan një model të ADN-së . Është një spirale e dyfishtë, të dy fijet e së cilës janë të përdredhura rreth një boshti imagjinar.

ADN-ja përbëhet nga shumë njësi deoksiribonukleotidesh, të cilat ndahen në katër lloje. Ato formojnë sekuenca specifike karakteristike për çdo organizëm të gjallë specifik. Këto deoksiribonukleotide janë formacione me tre përbërës që përbëhen nga një bazë heterociklike (purinat - adeninë ose guaninë, ose pirimidinat - timinë ose citozinë), të cilat nga ana tjetër kombinohen me deoksiribozën.

Qelizat prokariote përmbajnë një kromozom, i cili përfshin një varg të dyfishtë të ADN-së. Qelizat eukariote përmbajnë disa molekula të ADN-së që lidhen me proteinat dhe janë të organizuara brenda bërthamës. Bërthama është e rrethuar nga një sistem me dy membrana.

Funksioni i ADN-së konsiston në faktin se ruan informacionin gjenetik që përdoret për të koduar strukturën e të gjitha proteinave dhe të gjitha llojeve të ARN-së të çdo lloji organizmi, rregullon biosintezën qelizore dhe indore të përbërësve dhe siguron individualitetin e çdo organizmi. Disa viruse përdorin gjithashtu ADN-në si material gjenetik. ADN-ja virale është më e vogël se ADN-ja bakteriale.

Struktura e ADN-së. Në ADN, është e mundur me kusht të dallohen strukturat parësore, dytësore dhe terciare.

Struktura primare e ADN-së- kjo është sasia, cilësia dhe rendi i renditjes së mbetjeve të deoksiribonukleotideve në vargjet polinukleotidike.

Struktura dytësore e ADN-së- paraqet organizimin e vargjeve polinukleotidike në një molekulë të ADN-së. Molekula e ADN-së përbëhet nga dy zinxhirë polinukleotidësh të drejtuar përballë njëri-tjetrit dhe djathtas rreth boshtit spirale për të formuar një tip spirale të dyfishtë. Diametri i tij është 1,8-2,0 nm me një periudhë identiteti prej 3,4 nm.

Grupet karbohidrate-fosfat në spirale janë të vendosura nga jashtë (baza sheqer-fosfat), dhe bazat azotike janë brenda. Bazat azotike të dy vargjeve janë të lidhura me lidhje hidrogjenore sipas parimit të komplementaritetit: adenina formon një lidhje të dyfishtë me timinën, dhe guanina, nga ana tjetër, formon tre lidhje me citozinën. Spiralja e dyfishtë është një strukturë karakteristike për shumicën e molekulave të ADN-së. Disa viruse përmbajnë ADN me një zinxhir, si dhe forma rrethore të ADN-së - plazmide.

Struktura terciare e ADN-së- ky është formimi në hapësirë ​​i formave spirale dhe mbimbështjellëse të molekulës së ADN-së. Struktura terciare e ADN-së (prokariotët dhe eukariotët) ndryshon në disa veçori që lidhen me strukturën dhe funksionin e qelizave. Struktura terciare e ADN-së eukariote formohet për shkak të mbimbështjelljes së shumëfishtë të molekulës dhe realizohet në formën e komplekseve të ADN-së me proteinat.

BILETA E PROVIMIT Nr. 5_____

Klasifikimi i objekteve biologjike

makromolekulat

Enzima të të gjitha klasave (shpesh hidrolaza dhe transferaza); duke përfshirë në formë të imobilizuar (të lidhur me transportuesin) duke siguruar përdorim të shumëfishtë dhe standardizim të cikleve të përsëritura të prodhimit;

ADN dhe ARN - në një formë të izoluar, si pjesë e qelizave të huaja.

Mikroorganizmat

Viruset (me patogjenitet të dobësuar përdoren për prodhimin e vaksinave);

Qelizat prokariote dhe eukariote janë prodhues të metabolitëve parësorë: aminoacide, baza azotike, koenzima, mono- dhe disakaride, enzima për terapi zëvendësuese, etj.); -prodhuesit e metabolitëve dytësorë: antibiotikë, alkaloide, hormone steroide etj.;

Normoflora - biomasa e llojeve të caktuara të mikroorganizmave që përdoren për parandalimin dhe trajtimin e dysbakteriozës;

Patogjenët e sëmundjeve infektive - burimet e antigjeneve për prodhimin e vaksinave;

M/o ose qeliza transgjenike - prodhues të hormoneve proteinike specifike të specieve për njerëzit, faktorë proteinikë të imunitetit jospecifik, etj.

Makroorganizmat

Bimët e larta janë lëndë e parë për marrjen e substancave biologjikisht aktive;

Kafshët - gjitarët, zogjtë, zvarranikët, amfibët, artropodët, peshqit, molusqet, njerëzit;

organizmat transgjenikë.

Llojet dhe funksionet e ARN?

Një nga zbulimet më të rëndësishme në gjysmën e dytë të shekullit të njëzetë ishin acidet nukleike ARN dhe ADN, falë të cilave njeriu iu afrua më shumë zbulimit të mistereve të natyrës.

Acidet nukleike janë komponime organike me veti me peshë të lartë molekulare. Ato përfshijnë hidrogjenin, karbonin, azotin dhe fosforin.

Është një zinxhir i vetëm polinukleotid (përveç viruseve), i cili është shumë më i shkurtër se ai i ADN-së. Një monomer i ARN-së është mbetjet e substancave të mëposhtme: bazat azotike; monosakarid me pesë karbon; acidet e fosforit. ARN-të kanë baza pirimidine (uracil dhe citozinë) dhe purine (adeninë, guaninë). Riboza është monosakaridi i nukleotidit të ARN-së.

Qeliza ARN u zbulua për herë të parë nga një biokimist gjerman R. Altman ndërsa studionte qelizat e majave. Në mesin e shekullit të njëzetë, roli i ADN-së në gjenetikë u vërtetua. Vetëm atëherë u përshkruan llojet dhe funksionet e ARN-së.

Varësisht nga lloji i ARN-së ndryshojnë edhe funksionet e saj. Ka disa lloje:

1) ARN lajmëtare (i-ARN). Ky biopolimer nganjëherë referohet si ARN mesazher (mRNA). Ky lloj ARN ndodhet si në bërthamë ashtu edhe në citoplazmën e qelizës. Qëllimi kryesor është transferimi i informacionit për strukturën e proteinës nga acidi deoksiribonukleik në ribozome, ku është mbledhur molekula e proteinës. Popullatë relativisht e vogël e molekulave të ARN-së, më pak se 1% e të gjitha molekulave.

2) ARN ribozomale (r-ARN). Lloji më i zakonshëm i ARN-së (rreth 90% e të gjitha molekulave të këtij lloji në qelizë). R-ARN ndodhet në ribozome dhe është një shabllon për sintezën e molekulave të proteinave. Ajo ka përmasat më të mëdha në krahasim me llojet e tjera të ARN-së. Pesha molekulare mund të arrijë 1.5 milion Dalton ose më shumë.

3) ARN transferuese (t-ARN). Ndodhet kryesisht në citoplazmën e qelizës. Qëllimi kryesor është zbatimi i transportit (transferimit) të aminoacideve në vendin e sintezës së proteinave (në ribozome). ARN transferuese përbën deri në 10% të të gjitha molekulave të ARN-së të vendosura në qelizë. Ka madhësinë më të vogël në krahasim me molekulat e tjera të ARN-së (deri në 100 nukleotide).

4) ARN e vogël (e vogël). Këto janë molekula të ARN-së, më së shpeshti me peshë të vogël molekulare, të vendosura në pjesë të ndryshme të qelizës (membrana, citoplazma, organele, bërthama, etj.). Roli i tyre nuk është kuptuar plotësisht. Është vërtetuar se ato mund të ndihmojnë maturimin e ARN-së ribozomale, të marrin pjesë në transferimin e proteinave nëpër membranën qelizore, të nxisin riduplikimin e molekulave të ADN-së, etj.

5) Ribozimat. Një lloj ARN i identifikuar kohët e fundit që është i përfshirë në mënyrë aktive në proceset enzimatike të qelizës si një enzimë (katalizator).

6) ARN virale.Çdo virus mund të përmbajë vetëm një lloj acidi nukleik: ose ADN ose ARN. Prandaj, viruset që kanë një molekulë ARN në përbërjen e tyre quhen që përmbajnë ARN. Kur një virus i këtij lloji hyn në një qelizë, mund të ndodhë procesi i transkriptimit të kundërt (formimi i ADN-së së re bazuar në ARN) dhe ADN-ja e virusit të sapoformuar integrohet në gjenomën e qelizës dhe siguron ekzistencën dhe riprodhimin e patogjenit. Varianti i dytë i skenarit është formimi i ARN plotësuese në matricën e ARN-së virale hyrëse. Në këtë rast, formimi i proteinave të reja virale, aktiviteti jetësor dhe riprodhimi i virusit ndodh pa pjesëmarrjen e acidit deoksiribonukleik, vetëm në bazë të informacionit gjenetik të regjistruar në ARN virale.

Llojet dhe funksionet e gjeneve?

Gjeni, klasifikimi dhe organizimi i gjeneve
Gjenetika studion modelet e trashëgimisë dhe ndryshueshmërisë që janë universale për të gjithë organizmat e gjallë.
Njësitë elementare diskrete të trashëgimisë janë gjenet. Riprodhimi dhe veprimi i gjeneve lidhet drejtpërdrejt me proceset e matricës. Aktualisht, gjeni konsiderohet si një njësi e funksionimit të materialit trashëgues. Baza kimike e një gjeni është molekula e ADN-së.
Ekzistojnë disa qasje për klasifikimin e gjeneve, secila prej të cilave pasqyron veçoritë e funksionimit të tyre në procesin e ontogjenezës. Gjenet, si njësi të funksionit të materialit trashëgues, ndahen në gjene strukturore, rregulluese dhe moduluese.
Gjenet strukturore përmbajnë informacion rreth strukturës së proteinës (polipeptideve) dhe acideve ribonukleike (ribozomale dhe transportuese), ndërsa informacioni gjenetik realizohet në procesin e transkriptimit dhe përkthimit ose vetëm transkriptimit.Ka rreth 30.000 gjene strukturore te njerëzit, por vetëm një shprehet një pjesë e tyre.
Aktiviteti jetësor i qelizave sigurohet nga një grup i vogël gjenesh funksionale, midis tyre ka gjenet "shtëpiake" - GOF (gjenet e funksioneve të përgjithshme qelizore) dhe gjenet "luksoze" - GSP (gjenet e funksioneve të specializuara). GOF-të parashikojnë zbatimin e funksioneve qelizore universale që janë të nevojshme për aktivitetin e të gjitha qelizave (gjenet e histonit, gjenet r-ARN dhe t-ARN, etj.). GSP: 1- shprehen në mënyrë selektive në qeliza të specializuara, duke përcaktuar fenotipin e tyre (gjenet e globinave, imunoglobulinave etj.); 2 - funksionojnë në kushte të caktuara mjedisore dhe përfaqësojnë gjenet e "përgjigjes adaptive". Përkatësia në GOF ose GSP përcaktohet nga struktura e iniciatorit.
Gjenet rregullatore (gjeni - rregullator i operonit të laktozës, gjenit TFM etj.) koordinojnë aktivitetin e gjeneve strukturore në nivel qelizor, si dhe derepresionin dhe shtypjen e gjeneve në nivel organizmi. Së bashku me gjenet rregullatore, ekzistojnë sekuenca rregullatore (promotori, operatori, terminatori, përmirësuesit, silenciatorët, një element përpara promotorit), funksioni i të cilave zbulohet në ndërveprim me proteina specifike.
Gjenet modulator përmirësojnë ose dobësojnë veprimin e gjeneve strukturore, duke ndryshuar aktivitetin e tyre funksional.
Gjenet strukturore organizohen ndryshe në prokariote dhe eukariote.
Në prokariotët, gjenet strukturore organizohen si gjene të pavarur, njësi transkriptimi dhe operone.
Gjenet e pavarura përbëhen nga një sekuencë e vazhdueshme kodonesh, ato shprehen vazhdimisht dhe nuk rregullohen në nivelin e transkriptimit (gjeni rregullator i operonit të laktozës). Njësitë transkriptuese janë grupe gjenesh të ndryshme që lidhen funksionalisht dhe transkriptohen njëkohësisht, gjë që siguron më pas të njëjtën sasi produktesh të sintetizuara. Zakonisht këto janë gjene për proteinat ose acidet nukleike (në E. coli, njëri prej transkriptoneve përmban dy gjene t-ARN, tre gjene r-ARN).
Një operon është një grup gjenesh strukturore që ndjekin njëri pas tjetrit, nën kontrollin e një operatori - një seksion të caktuar të ADN-së.
Gjenet strukturore kanë një promotor, operator dhe terminator të përbashkët, janë të përfshirë në të njëjtin cikël metabolik dhe janë të rregulluar në mënyrë të koordinuar.
Në eukariotët, gjenet strukturore, funksioni i të cilëve lidhet me ato rregullatore, organizohen si gjene të pavarur, gjene të përsëritur dhe grupe gjenesh.
Gjenet e pavarura, si rregull, janë të vendosura individualisht, transkriptimi i tyre nuk shoqërohet me transkriptimin e gjeneve të tjera. Aktiviteti i disa prej tyre rregullohet nga hormonet.
Gjenet përsëritëse janë të pranishme në kromozom në formën e përsëritjeve (kopjeve) të një gjeni - gjenet për histonet, tARN, rARN. Arsyeja e përsëritjes së gjeneve të histonit përcaktohet nga nevoja për të sintetizuar një numër të madh histonesh, të cilat janë proteinat kryesore strukturore të bërthamës (masa totale e histoneve është e barabartë me masën e ADN-së).
Një grup gjenesh është një grup gjenesh të ndryshme me funksione të lidhura, të lokalizuara në rajone të caktuara të kromozomeve. Grupi përfshin gjene dhe pseudogjene që funksionojnë në mënyrë aktive (Sekuencat nukleotide të pseudogjeneve janë të ngjashme me sekuencat e gjeneve funksionalisht aktive, por pseudogjenet nuk shprehen dhe nuk formojnë një proteinë. Grupet janë shpesh një familje gjenesh që rrjedhin nga disa gjen paraardhës.
Një shembull klasik janë gjenet e globinës në grupet A dhe B. Hemoglobina përfaqësohet nga hemi dhe proteina tetramer-globina. Tetrameri i globinës përbëhet nga dy zinxhirë identikë dhe dy zinxhirë identikë. Sekuenca e aminoacideve të çdo zinxhiri të globinës është e koduar nga gjeni i vet, i cili është përkatësisht pjesë e grupit A ose B. Tek njerëzit, grupi A ndodhet në kromozomin 16, dhe grupi B është në kromozomin 11 (Fig. 20). Grupi B zë një segment të ADN-së prej 50 mijë bp dhe përfshin pesë gjene funksionalisht aktivë dhe një pseudogjen: një gjen (epsilon); dy gjene (gama); pseudogjen (beta); gjeni (delta) dhe gjeni (beta).
Grupi A ndodhet në mënyrë më kompakte dhe zë një shtrirje të ADN-së me një madhësi prej më shumë se 28 mijë çifte bazë dhe përfshin një gjen aktiv (zeta), pseudogjen (zeta), pseudogjen (alfa) dhe gjenet (alfa) dy dhe (alfa). ) një, që kodon proteina identike. Gjenet e globinës janë mozaik në strukturën e brendshme.
Gjenet e përsëritura dhe grupet e gjeneve të globinës i përkasin familjes multigjenike

BILETA E PROVIMIT Nr. 7_____

Prodhuesit e proteinave

Prodhimi i biomasës mikrobiale është prodhimi më i madh mikrobiologjik. Biomasa mikrobike mund të jetë një shtesë e mirë e proteinave për kafshët shtëpiake, zogjtë dhe peshqit. Prodhimi i biomasës mikrobiale është veçanërisht i rëndësishëm për vendet që nuk kultivojnë sojë në një shkallë të madhe (mielli i sojës përdoret si një shtesë tradicionale e proteinave për ushqim).

Kur zgjidhni një mikroorganizëm, merren parasysh shkalla specifike e rritjes dhe rendimenti i biomasës në një substrat të caktuar, stabiliteti gjatë kultivimit në linjë dhe madhësia e qelizave. Qelizat e majave janë më të mëdha se bakteret dhe ndahen më lehtë nga lëngu me anë të centrifugimit. Mund të rriten mutantë poliploid maja me qeliza të mëdha. Aktualisht, njihen vetëm dy grupe mikroorganizmash që kanë vetitë e nevojshme për prodhimin industrial në shkallë të gjerë: majaja e gjinisë Candida mbi n-alkanet (hidrokarburet normale) dhe bakteret Methylophillus methylotrophus në metanol.

Mikroorganizmat mund të rriten edhe në mjedise të tjera ushqyese: në gazra, vaj, mbetje nga qymyri, kimike, ushqim, verë dhe vodka, dhe industritë e përpunimit të drurit. Përparësitë ekonomike të përdorimit të tyre janë të dukshme. Pra, një kilogram vaj i përpunuar nga mikroorganizmat jep një kilogram proteinë, dhe, të themi, një kilogram sheqer - vetëm 500 gram proteina. Përbërja e aminoacideve të proteinës së majave praktikisht nuk ndryshon nga ajo e marrë nga mikroorganizmat e rritur në media konvencionale të karbohidrateve. Testet biologjike të preparateve nga majaja e rritur në hidrokarbure, të kryera si në vendin tonë ashtu edhe jashtë saj, zbuluan mungesën e plotë të ndonjë efekti të dëmshëm në trupin e kafshëve të testuara. Eksperimentet u kryen në shumë gjenerata të dhjetëra mijëra kafshëve laboratorike dhe fermave. Maja e papërpunuar përmban lipide dhe aminoacide jo specifike, amina biogjene, polisakaride dhe acide nukleike, dhe efekti i tyre në trup ende nuk është kuptuar mirë. Prandaj, propozohet të izolohet proteina nga majaja në një formë kimikisht të pastër. Lëshimi i tij nga acidet nukleike gjithashtu është bërë tashmë i pakomplikuar.

Në proceset moderne bioteknologjike të bazuara në përdorimin e mikroorganizmave, prodhues të proteinave janë majaja, kërpudhat e tjera, bakteret dhe algat mikroskopike.

Nga pikëpamja teknologjike, më të mirat prej tyre janë majaja. Avantazhi i tyre qëndron kryesisht në "prodhueshmërinë": majaja është e lehtë për t'u rritur në kushte prodhimi. Ato karakterizohen nga një shkallë e lartë rritjeje, rezistencë ndaj mikroflorës së huaj, janë në gjendje të thithin çdo burim ushqimor, ndahen lehtësisht dhe nuk ndotin ajrin me spore. Qelizat e majave përmbajnë deri në 25% lëndë të thatë. Komponenti më i vlefshëm i biomasës së majave është proteina, e cila për nga përbërja e aminoacideve është superiore ndaj proteinave të drithërave dhe vetëm pak inferiore ndaj proteinave të qumështit dhe miellit të peshkut. Vlera biologjike e proteinës së majave përcaktohet nga prania e një sasie të konsiderueshme të aminoacideve thelbësore. Për sa i përket përmbajtjes së vitaminave, majaja është superiore ndaj të gjitha ushqimeve me proteina, përfshirë miellin e peshkut. Përveç kësaj, qelizat e majave përmbajnë elementë gjurmë dhe një sasi të konsiderueshme yndyre, e cila dominohet nga acidet yndyrore të pangopura. Kur ushqehen lopët me maja foragjere, prodhimi i qumështit dhe përmbajtja e yndyrës në qumësht rriten dhe cilësia e leshit përmirësohet te kafshët që mbajnë gëzof. Me interes janë edhe majatë që kanë enzima hidrolitike dhe janë në gjendje të rriten në polisaharide pa hidrolizën e tyre paraprake. Përdorimi i një maja të tillë do të shmangë hapin e kushtueshëm të hidrolizës së mbetjeve që përmbajnë polisaharide. Më shumë se 100 lloje majash dihet se rriten mirë në niseshte si burimi i vetëm i karbonit. Midis tyre, veçohen veçanërisht dy lloje, të cilat formojnë si glukoamilaza ashtu edhe β-amilaza, rriten në niseshte me koeficient të lartë ekonomik dhe që jo vetëm mund të asimilojnë, por edhe fermentojnë niseshtenë: Schwanniomyces occidentalis dhe Saccharomycopsis fibuliger. Të dyja speciet janë prodhues premtues të proteinave dhe enzimave amilolitike në mbetjet që përmbajnë niseshte. Gjithashtu po bëhen kërkime për maja të tilla që mund të shpërbëjnë celulozën vendase. Celulazat janë gjetur në disa lloje, për shembull, në Trichosporon pullulans, por aktiviteti i këtyre enzimave është i ulët dhe nuk ka nevojë të flitet për përdorimin industrial të majave të tilla. Maja nga gjinia Kluyveromyces rritet mirë në inulin, substanca kryesore rezervë në zhardhokët e angjinareve të Jeruzalemit, një kulturë e rëndësishme foragjere që mund të përdoret gjithashtu për të marrë proteinën e majave.

Klasifikimi i enzimave

Klasifikimi i enzimave bazohet në mekanizmin e veprimit të tyre dhe përfshin 6 klasa.

Enzimat si biokatalizatorë kanë një sërë veçorish unike, të tilla si aktiviteti i lartë katalitik dhe selektiviteti i veprimit. Në disa raste, enzimat kanë specifikë absolute, duke katalizuar transformimin e vetëm një substance. Çdo enzimë ka pH-në e vet optimale në të cilën aktiviteti i saj katalitik është maksimal. Me një ndryshim të mprehtë në pH, enzimat çaktivizohen për shkak të denatyrimit të pakthyeshëm. Përshpejtimi i reaksionit me rritjen e temperaturës është gjithashtu i kufizuar nga kufij të caktuar, pasi tashmë në një temperaturë prej 40-50 ° C, shumë enzima janë denatyruar. Këto veti të enzimave duhet të merren parasysh kur zhvillohet teknologjia e një ilaçi të ri.

Meqenëse enzimat janë substanca me natyrë proteinike, është pothuajse e pamundur të përcaktohet sasia e tyre në një përzierje me proteina të tjera. Prania e një enzime në një preparat mund të përcaktohet vetëm nga rrjedha e reaksionit të katalizuar nga enzima. Në këtë rast, përmbajtja e enzimës mund të matet duke përcaktuar ose sasinë e produkteve të formuara të reagimit ose sasinë e substratit të konsumuar. Një njësi e aktivitetit enzimë merret si ajo sasi që katalizon shndërrimin e një mikromoli të substratit në 1 minutë në kushte standarde të dhëna - një njësi standarde e aktivitetit.

Pjesa kryesore e enzimave të përftuara në mënyrë industriale janë hidrolazat. Këto përfshijnë, para së gjithash, enzimat amilolitike: α-amilaza, β-amilaza, glukoamilaza. Funksioni i tyre kryesor është hidroliza e niseshtës dhe glikogjenit. Niseshteja hidrolizohet në dekstrina dhe më pas në glukozë. Këto enzima përdoren në industrinë e alkoolit, buke.

Enzimat proteolitike formojnë një klasë hidrolazash peptide. Veprimi i tyre është të përshpejtojnë hidrolizën e lidhjeve peptide në proteina dhe peptide. Karakteristika e tyre e rëndësishme është natyra selektive e veprimit në lidhjet peptide në molekulën e proteinave. Për shembull, pepsina vepron vetëm në lidhjen me aminoacidet aromatike, tripsina në lidhjen midis argininës dhe lizinës. Në industri, enzimat proteolitike klasifikohen sipas aftësisë së tyre për të qenë aktive në një gamë specifike pH:

pH 1,5 - 3,7 - proteaza acide;

pH 6,5 - 7,5 - proteaza;

· pH > 8.0 - proteazat alkaline.

Proteazat përdoren gjerësisht në industri të ndryshme:

mish - për të zbutur mishin;

lëkurë - zbutje e lëkurave;

· prodhimi i filmit - shpërbërja e shtresës xhelatinoze gjatë rigjenerimit të filmave;

parfumeri - aditivë në pastë dhëmbësh, kremra, kremra;

· prodhimi i detergjenteve - aditivëve për largimin e ndotjes të natyrës proteinike;

mjekësi - në trajtimin e proceseve inflamatore, trombozave, etj.

Enzimat pektolitike zvogëlojnë peshën molekulare dhe zvogëlojnë viskozitetin e substancave të pektinës. Pektinazat ndahen në dy grupe - hidrolaza dhe transeliminaza. Hidralazat shkëputin mbetjet metil ose thyejnë lidhjet glikozidike. Transeliminazat përshpejtojnë ndarjen johidrolitike të substancave të pektinës me formimin e lidhjeve të dyfishta. Ato përdoren në industrinë e tekstilit (njomja e lirit para përpunimit), në prodhimin e verës - pastrimin e verërave, si dhe në ruajtjen e lëngjeve të frutave.

BILETA E PROVIMIT 8

1 Cilët janë përfaqësuesit më të zakonshëm të cianobaktereve? Cianobakteret, ose algat blu-jeshile (lat. Cyanobacteria) janë një grup i gjerë bakteresh të mëdha gram-negative, tipari dallues i të cilave është aftësia për të fotosintezuar. Cianobakteret janë prokariotët më kompleksë dhe më të diferencuar. Cianobakteret janë të zakonshme në dete dhe trupat e ujit të ëmbël, mbulesa e tokës, mund të marrin pjesë në simbioza (likene). Llojet e rralla janë toksike dhe oportuniste për njerëzit. Algat blu-jeshile janë elementët kryesorë që shkaktojnë "lulëzimin" e ujit, gjë që çon në vdekjen masive të peshqve, helmimin e kafshëve dhe njerëzve. Disa lloje karakterizohen nga një kombinim i rrallë i vetive: aftësia për të fotosintezës dhe në të njëjtën kohë fiksimin e azotit nga ajri atmosferik.

Cianobakteret janë organizma njëqelizorë, mund të formojnë koloni, njihen forma filamentoze. Riprodhimi kryhet me ndarje binar, ndarje e shumëfishtë është e mundur. Cikli jetësor në kushte të favorshme është 6-12 orë.

Cianobakteret janë të shpërndara gjerësisht në një larmi të gjerë nyjesh ekologjike në mbarë globin, për të cilat quhen organizma kozmopolitan. Një shpërndarje kaq e gjerë shoqërohet me vetitë biologjike të cianobaktereve - metabolizmi specifik, rezistencë e lartë ndaj ndryshimeve në parametra të tillë mjedisorë si temperatura, lagështia, ndriçimi, kripësia, ekspozimi ndaj ultravjollcës dhe rrezatimit, etj. Cianobakteret jetojnë në tundra, në borë dhe akull, në shkretëtira, në burime të nxehta me temperatura deri në 80C, në liqene të kripura dhe në tokë.

BILETA E PROVIMIT №9

BILETA E PROVIMIT №10

BILETA E PROVIMIT Nr.11

BILETA E PROVIMIT Nr.12

1. Si quhen bakteret e dobishme? Jepni shembuj të baktereve të tilla?

Bakteret e dobishme quhen eubaktere. Bakteret e acidit acetik, të përfaqësuara nga gjinitë Gluconobacter dhe Acetobacter, janë baktere gram-negative që shndërrojnë etanolin në acid acetik dhe acidin acetik në dioksid karboni dhe ujë. Gjinia Bacillus i përket baktereve Gram-pozitive që janë në gjendje të formojnë endospore dhe kanë flagjela peritrikoze. B.subtilis është aerobe strikte, ndërsa B.thuringiensis mund të jetojë edhe në kushte anaerobe. Bakteret anaerobe që formojnë spore përfaqësohen nga gjinia Clostridium. C.acetobutylicum fermenton sheqernat në aceton, etanol, izopropanol dhe n-butanol (fermentimi i acetobutanolit), specie të tjera gjithashtu mund të fermentojnë niseshtenë, pektinën dhe komponimet e ndryshme të azotit.