Biyoteknolojinin ana nesneleri mikroskobiktir. Biyolojik nesneler ve biyoteknoloji yöntemleri. Biyoteknoloji nesneleri ve seviyeleri

Olarak nesneler biyoteknolojiler şunları içerebilir: mikroorganizma hücreleri, hayvanlar ve bitkiler, transgenik hayvanlar ve bitkiler, ayrıca hücrelerin çok bileşenli enzim sistemleri ve bireysel enzimler.

Çoğu modern biyoteknolojik üretimin temeli mikrobiyal sentezdir, yani. çeşitli biyolojik olarak aktif maddelerin mikroorganizmalar kullanılarak sentezi. Nesnenin doğası ne olursa olsun, herhangi bir biyoteknolojik sürecin geliştirilmesindeki birincil aşama, saf kültürler organizmalar (eğer mikroplarsa), hücreler veya dokular (eğer daha karmaşık organizmalarsa - bitkiler veya hayvanlar). İkincisinin (yani bitki veya hayvan hücrelerinin) daha fazla manipülasyonunun birçok aşaması, mikrobiyolojik üretimde kullanılan prensipler ve yöntemlerdir. Metodolojik açıdan bakıldığında, hem mikrobiyal hücre kültürleri hem de bitki ve hayvan doku kültürleri, pratik olarak mikrobiyal kültürlerden farklı değildir. Dünya m üreme organizmaları son derece çeşitli. Han. Bunların 100 binden fazla farklı türü bilinmektedir. Bu prokaryotlar(bakteriler, aktinomisetler, riketsiya, siyanobakteriler) ve e'nin bir kısmı ukaryot(maya, filamentli mantarlar, bazı protozoalar ve algler). Çok çeşitli mikroorganizmalar söz konusu olduğunda önemli bir sorun, gerekli ürünü sağlayabilecek, yani endüstriyel amaçlara hizmet edebilecek organizmanın doğru seçimidir. Mikroorganizmalar:

1) Endüstriyel : Escherichia coli ( E. coli), saman çubuğu ( Sen. incelikli) ve fırıncı mayası ( S. cerevisiae). Genellikle süper yapımcılardır. Süper üreticiler elde etmek için genetik seçim çalışmaları ve genetik mühendisliği yaklaşımları yürütülmektedir (insan genlerinin bakterilere dahil edilmesi: interferon genleri, insülin vb.). PS patentli olmalıdır.

2)Temel- sınırlı sayıda kullanılır, olarak sınıflandırılır GRAS(“genel olarak güvenli olarak kabul edilir” - bakteriler Bacillus subtilis, Bacillus amylolique-faciens, diğer basil ve laktobasil türleri, türler Streptomiçes, mantarlar Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, maya Saccharomyces ve vesaire. . GRAS- Mikroorganizmalar patojen değildir, toksik değildir ve genellikle antibiyotik oluşturmazlar, bu nedenle yeni bir biyoteknolojik süreç geliştirilirken bu mikroorganizmalara odaklanılmalıdır.

3) Modeli- basil (proteolitik enzim üreticileri) Model mikroorganizmaların katalogları mevcuttur.

Ana kriter Biyoteknolojik bir nesne seçerken hedef ürünü sentezleyebilme yeteneği önemlidir. Mikroorganizmalar şunları yapmalıdır (gereksinimler):

Yüksek bir büyüme oranına sahip olun;

Yaşamları için gerekli olan ucuz alt tabakaları geri dönüştürün;

Yabancı mikrofloraya karşı dayanıklı olun, yani. yüksek rekabet gücüne sahip olun. (gereklilikler): ucuz substratlarda büyüme yeteneği, yüksek ekonomik verimlilik, minimum yan ürün oluşumu (toksik metabolitler, alerjenler)

Yukarıdakilerin tümü, hedef ürünün üretim maliyetinde önemli bir azalma sağlar. Aşağıda yukarıda söylenenleri açıklamayı amaçlayan örnekler verilmiştir.

1. Tek hücreli organizmalar Daha yüksek büyüme oranları ve sentetik süreçlerle karakterize edilen,

2. Biyoteknolojik gelişimin hedeflerine özel önem verilmektedir. fotosentetik mikroorganizmalar, güneş ışığının enerjisini yaşamlarında kullanıyorlar.

3. termofilik mikroorganizmalar 60-80 °C'de büyüyor. Bu özellik, yabancı mikrofloranın gelişmesinin önünde neredeyse aşılmaz bir engeldir.

24. Modern biyoteknolojik problemlerin çözümünde mikroorganizmaların diğer nesnelere göre avantajları:

· Küçük boyutlar

· Her yerde mevcut

· Çeşitli metabolizma türleri

· Fototroflar

· Küçük hacim kaplar (1 ml'den 1 milyar kişiye kadar)

·Yüksek bölünme oranı, hızlı büyüme

· Çeşitli koşullarda yaşayabilme.

Fotosentetik organizmalar amonyak, hidrojen ve protein üreticileri olarak ümit vericidir.

60-80 derecede büyüyen termofilik mikroorganizmalar kirlenmeye karşı güvenilir koruma sağlar. Termofiller tarafından sentezlenen enzimler aşağıdakilerle karakterize edilir: ısıya karşı artan direnç, ancak aynı zamanda normal sıcaklıklarda etkisizdirler.

Biyoteknolojinin nesneleri olarak mikroorganizmalar. Sınıflandırma. Karakteristik.

Bakteriler, makroorganizmalar (hayvanlar ve bitkiler) ile ilgili olarak yaşam koşulları, uyarlanabilirlik, beslenme türleri ve biyoenerji üretimi açısından son derece çeşitlidir. Bakterilerin en eski formları - arkebakteriler - aşırı koşullarda (yüksek sıcaklık ve basınç, konsantre tuz çözeltileri, asidik çözeltiler) yaşama yeteneğine sahiptir. Öbakteriler (tipik prokaryotlar veya bakteriler) çevresel koşullara daha duyarlıdır.

Beslenme türüne göre bakteriler enerji kaynağına göre ayrılır:

· güneş ışığının enerjisini kullanan fototroflar;

· inorganik maddelerin (kükürt bileşikleri, metan, amonyak, nitritler, demirli demir bileşikleri vb.) oksidasyon enerjisini kullanan kemoototroflar;

Maddenin oksidasyon türüne göre:

organik maddelerin minerallere ayrışmasından enerji elde eden organotroflar; bu bakteriler karbon döngüsünün ana katılımcılarıdır, fermantasyon enerjisini kullanan bakteriler aynı gruba aittir;

Litotroflar (inorganik maddeler);

Karbon kaynaklarının türüne göre:

Heterotrofik - organik maddeler kullanın;

· aftotropik – gaz kullanın;

Güç kaynağının türünü belirtmek için:

1. Enerji kaynağının doğası foto veya kemodur;

2. Elektron donörleri litho- veya organo-;

3. Karbon kaynakları afto- ve hetero-;

Ve terim kupa kelimesiyle bitiyor. 8 farklı güç türü.

Yüksek hayvanlar ve bitkiler 2 tür beslenmeye eğilimlidir:

1) Kemoorganoheterotrofi (hayvanlar)

2) Fotolitoftotrofi (bitkiler)

Mikroorganizma her türlü besin maddesine sahiptir ve varlıklarına göre birinden diğerine geçiş yapabilirler.

Ayrı bir yiyecek türü var:

Bakteriler genetik araştırmalar için uygun nesnelerdir. Genetik mühendisliği araştırmalarında en çok çalışılan ve yaygın olarak kullanılan, insan bağırsağında yaşayan Escherichia coli'dir (E. coli).

Biyoteknolojik üretimin organizasyonu ve yapısı. Biyoteknolojik üretimin geleneksel teknoloji türlerinden ayırt edici özellikleri. Biyoteknolojik üretimin geleneksel teknolojilere göre avantajları ve dezavantajları.

Endüstriyel uygulama alanı bulan çok çeşitli biyoteknolojik süreçler, herhangi bir biyoteknolojik üretim oluşturulurken ortaya çıkan genel, en önemli sorunların dikkate alınması ihtiyacına yol açmaktadır. Endüstriyel biyoteknoloji süreçleri 2 büyük gruba ayrılır: biyokütle üretimi ve metabolik ürünlerin üretimi. Ancak böyle bir sınıflandırma teknolojik açıdan endüstriyel biyoteknolojik süreçlerin en önemli yönlerini yansıtmamaktadır. Bu bakımdan biyoteknolojik sürecin nihai amacına bağlı olarak biyoteknolojik üretimin aşamalarını, benzerliklerini ve farklılıklarını dikkate almak gerekir.

Biyoteknolojik üretimin 5 aşaması vardır.

İlk iki aşama, hammaddelerin ve biyolojik olarak aktif prensiplerin hazırlanmasını içerir. Mühendislik enzimolojisi süreçlerinde, bunlar genellikle belirli özelliklere (pH, sıcaklık, konsantrasyon) sahip bir substrat çözeltisinin hazırlanmasından ve enzimatik veya immobilize edilmiş belirli tipte bir enzim preparatının bir partisinin hazırlanmasından oluşur. Mikrobiyolojik sentez yapılırken, sürekli olarak veya proseste ihtiyaç duyuldukça kullanılabilecek bir besin ortamının hazırlanması ve saf kültürün muhafaza edilmesi aşamaları gereklidir. Üretici suşun saf kültürünün muhafaza edilmesi, herhangi bir mikrobiyolojik üretimin ana görevidir, çünkü istenmeyen değişikliklere uğramamış oldukça aktif bir suş, istenen özelliklere sahip hedef ürünün elde edilmesinin garantisi olarak hizmet edebilir.

Üçüncü aşama, hedef ürünün oluşumunun gerçekleştiği fermantasyon aşamasıdır. Bu aşamada, besin ortamının bileşenlerinin mikrobiyolojik dönüşümü önce biyokütleye, daha sonra gerekirse hedef metabolite dönüşür.

Dördüncü aşamada hedef ürünler kültür sıvısından izole edilerek saflaştırılır. Endüstriyel mikrobiyolojik prosesler tipik olarak hedefe ek olarak büyük miktarda başka maddeler içeren çok seyreltik çözeltilerin ve süspansiyonların oluşmasıyla karakterize edilir. Bu durumda, benzer konsantrasyonlarda çözelti halinde bulunan, çok kararsız olan ve kolayca termal tahribata maruz kalan, çok benzer nitelikteki maddelerin karışımlarının ayrılması gerekir.

Biyoteknolojik üretimin son aşaması, ürünlerin ticari formlarının hazırlanmasıdır. Çoğu mikrobiyolojik sentez ürününün ortak özelliği, ayrışmaya yatkın olmaları ve bu formda yabancı mikrofloranın gelişimi için mükemmel bir ortam sağlamaları nedeniyle depolama stabilitesinin olmamasıdır. Bu durum teknoloji uzmanlarını endüstriyel biyoteknoloji ürünlerinin güvenliğini artırmak için özel önlemler almaya zorluyor. Ayrıca tıbbi amaçlı ilaçlar, ambalajlama ve kapak kapatma aşamasında özel çözümler gerektirdiğinden steril olmaları gerekir.

Biyoteknolojinin temel amacı, istenen özelliklere sahip yüksek etkili mikroorganizma formlarının, hücre kültürlerinin ve bitki ve hayvan dokularının üretilmesine dayanan biyolojik süreçlerin ve ajanların endüstriyel kullanımıdır. Biyoteknoloji biyolojik, kimyasal ve teknik bilimlerin kesişme noktasında ortaya çıktı.

Biyoteknolojik süreç - bir dizi etan içerir: nesnenin hazırlanması, yetiştirilmesi, izolasyonu, saflaştırılması, modifikasyonu ve ürünlerin kullanımı.

Biyoteknolojik süreçler kesikli veya sürekli ekime dayalı olabilir.

Dünyanın birçok ülkesinde biyoteknolojiye büyük önem verilmektedir. Bunun nedeni, biyoteknolojinin, örneğin kimyasal teknoloji gibi diğer teknoloji türlerine göre bir takım önemli avantajlara sahip olmasıdır.

1). Bu, her şeyden önce düşük enerji yoğunluğudur. Biyoteknolojik işlemler normal basınçta ve 20-40°C sıcaklıkta gerçekleştirilir.

2). Biyoteknolojik üretim çoğunlukla aynı tipteki standart ekipmanların kullanımına dayanmaktadır. Amino asitleri ve vitaminleri üretmek için aynı tip enzimler kullanılır; enzimler, antibiyotikler.

3). Biyoteknolojik süreçlerin atıksız hale getirilmesi kolaydır. Mikroorganizmalar çok çeşitli substratları asimile eder, böylece belirli bir üretimden elde edilen atıklar, başka bir üretim sırasında mikroorganizmaların yardımıyla değerli ürünlere dönüştürülebilir.

4). Biyoteknolojik üretimin atıksız doğası onu en çevre dostu kılıyor

5). Biyoteknoloji alanındaki araştırmalar büyük sermaye yatırımları gerektirmez ve pahalı ekipmanlar gerektirmez.

Modern biyoteknolojinin temel görevleri arasında aşağıdakilerin yaratılması ve yaygın olarak geliştirilmesi yer almaktadır:

1) yeni biyolojik olarak aktif maddeler ve tıp için ilaçlar (interferonlar, insülin, büyüme hormonları, antikorlar);

2) bitkileri hastalıklardan ve zararlardan korumanın mikrobiyolojik yolları

lei, bakteriyel gübreler ve bitki büyüme düzenleyicileri, genetik ve hücresel mühendislik yöntemleriyle elde edilen, son derece verimli ve olumsuz çevresel faktörlere dayanıklı yeni tarım bitkileri hibritleri;

3) hayvancılığın verimliliğini artırmak için değerli yem katkı maddeleri ve biyolojik olarak aktif maddeler (yem proteini, amino asitler, enzimler, vitaminler, yem antibiyotikleri);

4) gıda, kimya, mikrobiyoloji ve diğer endüstrilerde kullanılmak üzere ekonomik açıdan değerli ürünlerin elde edilmesine yönelik yeni teknolojiler;

5) tarımsal, endüstriyel ve evsel atıkların derin ve verimli işlenmesine yönelik teknolojiler, biyogaz ve yüksek kaliteli gübre üretmek için atık su ve gaz-hava emisyonlarının kullanılması.

Geleneksel (geleneksel) teknoloji, sektördeki ürün üreticilerinin çoğunluğunun elde ettiği ortalama üretim seviyesini yansıtan gelişmeleri temsil eder. Bu teknoloji, alıcısına, önde gelen üreticilerin benzer ürünlerine kıyasla önemli teknik ve ekonomik avantajlar ve ürün kalitesi sağlamaz ve bu durumda ek (ortalamanın üzerinde) kar beklenemez. Alıcı için avantajları, nispeten düşük maliyet ve üretim koşullarında test edilen teknolojiyi satın alma fırsatıdır. Geleneksel teknoloji, kural olarak, ileri teknolojinin eskimesi ve geniş çapta yayılmasının bir sonucu olarak yaratılır. Bu tür teknolojiler genellikle satıcının onu hazırlama ve ortalama kâr elde etme masraflarını telafi edecek fiyatlarla satılmaktadır.

Biyoteknolojik süreçlerin kimyasal teknolojiye göre avantajları: Biyoteknoloji aşağıdaki ana avantajlara sahiptir:

· Bazıları (örneğin proteinler, DNA) henüz kimyasal sentez yoluyla elde edilemeyen spesifik ve benzersiz doğal maddeler elde etme olasılığı;

· biyoteknolojik süreçlerin nispeten düşük sıcaklık ve basınçlarda yürütülmesi;

Mikroorganizmalar, diğer organizmalara göre önemli ölçüde daha yüksek büyüme ve hücre kütlesi birikimi oranlarına sahiptir.

· ucuz tarımsal ve endüstriyel atıkların biyoteknolojik işlemlerde hammadde olarak kullanılabileceği;

· Biyoteknolojik süreçler, kimyasal süreçlerle karşılaştırıldığında genellikle daha çevre dostudur, daha az zararlı atık içerir ve doğada meydana gelen doğal süreçlere yakındır;

·Kural olarak biyoteknolojik üretimdeki teknoloji ve ekipmanlar daha basit ve daha ucuzdur.

Biyoteknolojik aşama

Ana aşama, bir veya başka bir biyolojik ajan kullanılarak hammaddelerin bir veya başka bir hedef ürüne dönüştürülmesinin gerçekleştiği biyoteknolojik aşamanın kendisidir.

Genellikle biyoteknolojik aşamanın asıl görevi belirli bir organik maddenin elde edilmesidir.

Biyoteknolojik aşama şunları içerir:

Fermantasyon, mikroorganizmaların yetiştirilmesiyle gerçekleştirilen bir işlemdir.

Biyotransformasyon, mikroorganizma hücrelerinin veya hazır enzimlerin enzimatik aktivitesinin etkisi altında bir maddenin kimyasal yapısının değiştirilmesi işlemidir.

Biyokataliz, biyokatalizörler-enzimler kullanılarak meydana gelen bir maddenin kimyasal dönüşümüdür.

Biyooksidasyon, kirleticilerin mikroorganizmalar tarafından tüketilmesi veya mikroorganizmaların aerobik koşullar altında birleşmesidir.

Metan fermantasyonu, organik atıkların anaerobik koşullar altında metanojenik mikroorganizmaların birleşimi kullanılarak işlenmesidir.

Biyokompostlama, hava erişimini ve eşit nemi sağlamak için özel bir gevşek yapı verilen, katı atıktaki mikroorganizmaların bir araya gelmesiyle zararlı organik madde içeriğinin azaltılmasıdır.

Biyosorpsiyon, gazlardan veya sıvılardan zararlı yabancı maddelerin, genellikle özel katı taşıyıcılara bağlı mikroorganizmalar tarafından emilmesidir.

Bakteriyel liç, suda çözünmeyen metal bileşiklerini özel mikroorganizmaların etkisi altında çözünmüş bir duruma dönüştürme işlemidir.

Biyobozunma, biyoyıkıcı mikroorganizmaların etkisi altında zararlı bileşiklerin yok edilmesidir.

Tipik olarak, bir biyoteknolojik aşamada çıkış akışları olarak bir sıvı ve bir gaz akışı, bazen de yalnızca bir sıvı akışı bulunur. Proses katı fazda gerçekleşiyorsa (örneğin peynirin olgunlaşması veya atıkların biyokompostlanması), çıktı, işlenmiş katı ürün akışıdır.

Hazırlık aşamaları

Hazırlık aşamaları, biyoteknolojik aşama için gerekli hammadde türlerinin hazırlanmasına ve hazırlanmasına hizmet eder.

Hazırlık aşamasında aşağıdaki işlemler kullanılabilir.

Ortamın sterilizasyonu - yabancı mikrofloranın girişinin istenmediği aseptik biyoteknolojik işlemler için.

Biyoteknolojik bir proses için gerekli olan gazların (genellikle hava) hazırlanması ve sterilizasyonu. Çoğu zaman havanın hazırlanması, onu toz ve nemden temizlemek, gerekli sıcaklığı sağlamak ve sporlar dahil havada bulunan mikroorganizmalardan temizlemekten oluşur.

Tohum materyalinin hazırlanması. Açıkçası, mikrobiyolojik bir süreci veya izole edilmiş bitki veya hayvan hücrelerini yetiştirme sürecini gerçekleştirmek için, ana aşamaya kıyasla önceden yetiştirilmiş küçük bir biyolojik ajan miktarı olan tohum materyali hazırlamak gerekir.

Biyokatalizörün hazırlanması. Biyotransformasyon veya biyokataliz işlemleri için, önce bir biyokatalizörün (bir taşıyıcı üzerinde serbest veya sabit formda bir enzim veya daha önce enzimatik aktivitesinin ortaya çıktığı bir duruma kadar büyütülmüş bir mikroorganizma biyokütlesi) hazırlanması gerekir.

Hammaddelerin ön işlenmesi. Hammaddelerin biyoteknolojik süreçte doğrudan kullanıma uygun olmayan bir biçimde üretime girmesi durumunda, hammaddelerin ön hazırlanması için bir işlem gerçekleştirilir. Örneğin, alkol üretilirken buğday önce ezilir, ardından enzimatik "sakkarifikasyon" işlemine tabi tutulur, ardından şekerlenen şıra biyoteknolojik aşamada fermantasyon yoluyla alkole dönüştürülür.

Ürün Temizliği

Bu aşamanın görevi yabancı maddeleri uzaklaştırmak ve ürünü mümkün olduğu kadar saf hale getirmektir.

Kromatografi adsorpsiyona benzer bir işlemdir.

Diyaliz, düşük molekül ağırlıklı maddelerin yarı geçirgen bir septumdan geçebildiği, yüksek molekül ağırlıklı maddelerin kaldığı bir işlemdir.

Kristalleşme. Bu işlem, maddelerin farklı sıcaklıklarda farklı çözünürlüklerine dayanmaktadır.

Ürün konsantrasyonu

Diğer görev ise konsantrasyonunu sağlamaktır.

Konsantrasyon aşamasında, solventin çözeltiden bir tür "sıkılmasını" sağlayan buharlaştırma, kurutma, çökeltme, elde edilen kristallerin filtrasyonu ile kristalizasyon, ultrafiltrasyon ve hiperfiltrasyon veya nanofiltrasyon gibi işlemler kullanılır.

Atık Su ve Emisyon Arıtımı

Bu atık suların ve emisyonların arıtılması, çevresel açıdan olumsuz zamanlarımızda çözülmesi gereken özel bir görevdir. Esasen atık su arıtımı, kendi hazırlık aşamalarına, biyoteknolojik aşamaya, aktif çamur biyokütlesinin çökeltme aşamasına ve ek atık su arıtma ve çamur işleme aşamasına sahip ayrı bir biyoteknolojik üretimdir.

Biyoteknolojide kullanılan biyolojik nesnelerin çeşitleri, sınıflandırılması ve özellikleri. Hayvan kökenli biyolojik nesneler. Bitki kökenli biyolojik nesneler.

Biyoteknolojinin nesneleri şunları içerir: organize hücre dışı parçacıklar (virüsler), bakteri hücreleri, mantarlar, protozoalar, mantar dokuları, bitkiler, hayvanlar ve insanlar, enzimler ve enzim bileşenleri, biyojenik nükleik asit molekülleri, lektinler, sitokininler, birincil ve ikincil metabolitler.

Şu anda, biyoteknolojinin çoğu biyolojik nesnesi 3 süper krallığın temsilcileri tarafından temsil edilmektedir:

1) Acoryotac – akoryotlar veya çekirdeksiz;

2) Prokaryotak – prokaryotlar veya nükleer öncesi;

3) Ökaryotak - ökaryotlar veya nükleer.

5 krallık tarafından temsil edilirler: Akaryotlar virüsleri (hücresel olmayan organize parçacıklar) içerir; Prokaryotlar arasında bakteriler (morfolojik temel birim); Ökaryotlar mantarları, bitkileri ve hayvanları içerir. Genetik bilgi DNA'sının kodlanma türü (DNA veya RNA virüsleri için).

Baktriya hücresel bir organizasyona sahiptir, ancak nükleer materyal sitoplazmadan herhangi bir zarla ayrılmamıştır ve herhangi bir proteinle ilişkili değildir. Bakterilerin çoğu tek hücrelidir; boyutları 10 mikrometreyi geçmez. Tüm bakteriler arkiobakterilere ve öbakterilere ayrılır.

Mantarlar (Mycota) önemli biyoteknolojik nesnelerdir ve bir dizi önemli gıda bileşiği ve katkı maddesinin üreticisidir: antibiyotikler, bitki hormonları, boyalar, mantar proteini, çeşitli peynir türleri. Mikromisetler meyve veren gövdeyi oluşturmazken makromisetler oluşturur. Hayvan ve bitki özelliklerine sahiptirler.

Bitkiler (Plantae). Yaklaşık 300 bin bitki türü bilinmektedir. Bunlar, kurucu kısımları dokular (merimesent, integumenter, iletken, mekanik, bazal ve salgılayıcı) olan farklılaşmış organik bitkilerdir. Yalnızca mimetik dokular bölünme yeteneğine sahiptir. Herhangi bir bitki türü, belirli koşullar altında, bölünen hücrelerden oluşan organize olmayan bir hücresel kütle (kallus) üretebilir. En önemli biyolojik nesneler bitki hücrelerinin protoplastlarıdır. Hücre duvarından yoksundurlar. Hücre mühendisliğinde kullanılır. Deniz yosunu sıklıkla kullanılır. Bunlardan agar-agar ve aljinatlar (mikrobiyolojik ortamların hazırlanmasında kullanılan polisakkaritler) elde edilir.

Hayvanlar (Animalia). Biyoteknolojide çeşitli hayvanların hücreleri gibi biyolojik nesneler yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek hayvanların hücrelerine ek olarak tek hücreli hayvanların hücreleri de kullanılır. Yüksek hayvanlardan alınan hücreler, rekombinant DNA elde etmek ve toksikolojik araştırmalar için kullanılır.

Biyoteknolojik sürecin ana nesnesi hücredir. Hedef ürün onun içinde sentezlenir. Aslında hücre, her dakika yüzlerce karmaşık bileşiğin sentezlendiği minyatür bir kimya tesisidir.

Modern biyoteknolojik üretimin temeli, mikrobiyal hücreler kullanılarak çeşitli maddelerin sentezidir. Yüksek bitki ve hayvan hücreleri, yetiştirme koşullarına olan yüksek taleplerinden dolayı henüz yaygın kullanım alanı bulamamıştır.

Biyoteknolojik gelişimin ilk aşaması alıyor saf hücre ve doku kültürleri. Bu kültürlerle daha fazla manipülasyon yapılması, klasik mikrobiyolojik yöntemlere dayalı yaklaşımların tekdüzeliği ile karakterize edilir. Bu durumda yüksek bitki ve hayvanların hücre ve doku kültürleri mikroorganizma kültürlerine benzetilir.

Ökaryotlar ve prokaryotlar. Mikroorganizmaların çoğu tek hücreli canlılardır. Mikrobiyal hücre, dış ortamdan hücre duvarı, bazen de sadece sitoplazmik membran ile ayrılır ve çeşitli hücre altı yapıları içerir. Bir dizi temel özellik bakımından birbirinden farklı olan iki ana hücresel yapı türü vardır. Bunlar ökaryotik ve prokaryotik hücrelerdir. Gerçek bir çekirdeğe sahip olan mikroorganizmalara ökaryotlar denir (eu - Yunanca - gerçek, karyo - çekirdekten). İlkel nükleer aparata sahip mikroorganizmalar prokaryotlar (nükleer öncesi) olarak sınıflandırılır.

Mikroorganizmalar arasında prokaryotlara bakterileri, aktinomisetleri ve mavi-yeşil algleri (siyanobakteriler) içerir, ökaryotlara- diğer algler (yeşil, kahverengi, kırmızı), mikomisetler (balçık küfler), alt mantarlar - mikromisetler (maya dahil), protozoalar (kamçılılar, siliatlar, vb.).

Ortak özellikleri küçük olmalarıdır; ancak mikroskopla görülebilmektedirler. Şu anda çeşitli mikroorganizmaların 100 binden fazla türü bilinmektedir.

Prokaryotlar mitoz ve mayoz bölünme süreçlerinden geçmezler. Basit hücre bölünmesiyle daha sık çoğalırlar.

Ökaryotik bir hücredeÇevreleyen sitoplazmadan gözenekli iki katmanlı bir nükleer membranla ayrılmış bir çekirdek vardır. Çekirdek, DNA ve proteinden oluşan kalıtsal bilginin ana taşıyıcıları olan ribozomal RNA ve kromozomların sentezi için merkezler olan 1-2 nükleol içerir. Bölünme sırasında kromozomlar, mitoz ve mayoz gibi karmaşık süreçlerin bir sonucu olarak yavru hücreler arasında dağıtılır. Ökaryotların sitoplazması mitokondriyi, fotosentetik organizmalarda ise kloroplastı içerir. Hücreyi çevreleyen sitoplazmik membran, sitoplazmanın içinden endoplazmik retikuluma geçer; ayrıca bir membran organeli de vardır - Golgi aygıtı.

Prokaryotik hücreler daha basit. Çekirdek ve sitoplazma arasında net bir sınır yoktur ve nükleer membran yoktur. Bu hücrelerdeki DNA, ökaryotik kromozomlara benzer yapılar oluşturmaz. Prokaryotlar mitoz ve mayoz bölünme süreçlerinden geçmezler. Çoğu prokaryot, zarlarla çevrili hücre içi organeller oluşturmaz; mitokondri veya kloroplast yoktur.

Belirtilen özelliklere sahip mikroorganizma formlarının seçimi

Yetiştirme için gerekli olan istenen özelliklere sahip mikroorganizma formlarının seçimi birkaç aşamayı içerir.

2.1. Mikroorganizmaların izolasyonu.Örnekler mikroorganizmaların yaşam alanlarından (toprak, bitki artıkları vb.) alınır. Hidrokarbonu oksitleyen mikroorganizmalarla ilgili olarak, böyle bir yer benzin istasyonlarının yakınındaki toprak olabilir, şarap mayası üzümlerde bol miktarda bulunur, anaerobik selüloz ayrıştırıcı ve metan oluşturan mikroorganizmalar geviş getiren hayvanların işkembesinde büyük miktarlarda yaşar.

2.2. Zenginleştirme kültürlerinin elde edilmesi. Numuneler, üreticinin gelişimi için uygun koşullar yaratarak (sıcaklık, pH, enerji kaynakları, karbon,
nitrojen vb.). Kolesterol oksidaz üreticisini biriktirmek için, tek karbon kaynağı olarak kolesterol içeren ortamlar kullanılır; hidrokarbon oksitleyici mikroorganizmalar - parafinli ortamlar; proteolitik veya lipolitik enzim üreticileri - protein veya lipit içeren ortamlar.

2.3. Saf kültürlerin izolasyonu. Zenginleştirme kültürlerinden alınan numuneler katı besin ortamına aşılanır. Katı besin ortamındaki mikroorganizmaların ayrı ayrı hücreleri izole edilir
koloniler veya klonlar, yeniden tohumlandığında, aynı tip üreticinin hücrelerinden oluşan saf kültürler elde edilir.

Mikroorganizmaları seçmenin başka bir yolu da mevcut koleksiyonlardandır.Örneğin antibiyotik üreticileri genellikle aktinomisetler ve etanol - mayalardır.

Klon- bir hücreden elde edilen kültür, saf kültür- bir tür mikroorganizmanın bireylerinin toplanması, suşlar- Farklı doğal ortamlardan veya aynı ortamdan farklı zamanlarda izole edilen ürünler.

2.4. Hedef ürünü sentezleme yeteneğinin belirlenmesi -Üreticileri seçerken ana kriter. Mikroorganizmalar aşağıdaki gereksinimleri karşılamalıdır:

1) yüksek bir büyüme oranına sahip olmak;

2) ömür boyu ucuz alt tabakalar kullanın;

3) yabancı mikrofloranın neden olduğu enfeksiyona karşı dirençli olun.

Tek hücreli organizmalar, daha yüksek bitki ve hayvanlara göre daha yüksek oranda sentetik işlemlerle karakterize edilir. Böylece 500 kg ağırlığındaki bir inek günde yaklaşık 0,5 kg protein sentezler. 5 gr maya kullanılarak bir günde aynı miktarda protein elde edilebilir. Işık enerjisini kullanan ve atmosferik nitrojeni özümseyebilen fotosentetik mikroorganizmalar ilgi çekicidir. Termofilik mikroorganizmalar faydalıdır. Bunların kullanımı endüstriyel ekipmanların sterilizasyonuna ilişkin ek maliyetleri azaltır. Bu organizmaların büyüme hızı ve metabolizması mezofillere göre 1,5-2 kat daha yüksektir. Sentezledikleri enzimler ısıya, asitlere ve organik çözücülere karşı dayanıklıdır.

Biyoteknoloji yöntemleri

Biyoteknolojide 2 yöntem vardır: 1) Seçim; 2) Genetik mühendisliği. Yüksek aktifliğe sahip ürünler elde etmek için seçim yöntemleri kullanılır. Seçim kullanılarak, sentetik aktivitesi orijinal suşların aktivitesini onlarca ve yüzlerce kez aşan endüstriyel mikroorganizma türleri elde edildi.

Seçim

Seçim - Mutantların (kalıtımları ani değişikliklere uğramış organizmalar) yönlendirilmiş seçimi. Seçimin genel yolu, üreticilerin basit seçiminden genomlarının bilinçli tasarımına geçiştir. Her aşamada mikroorganizma popülasyonundan en etkili klonlar seçilir. Bu şekilde uzun bir süre boyunca bira, şarap, fırıncılık, asetik asit mayası, propiyonik asit bakterileri vb. türleri seçilmiştir. Kademeli seçim kullanılır: her aşamada en yüksek etkili klonlar arasından seçilir. mikroorganizma popülasyonu. Kendiliğinden mutasyonlara dayanan seçim yönteminin sınırlamaları, düşük frekanslarıyla ilişkilidir ve bu da sürecin yoğunlaşmasını önemli ölçüde zorlaştırır. DNA yapısındaki değişiklikler nadirdir. Bir mutasyonun meydana gelmesi için bir genin ortalama 10 6 -10 8 kez ikiye katlanması gerekir. Sürekli modda yetiştirme sırasında en verimli mutantların seçimine bir örnek, mayanın atık ürünü olan etanole karşı dirence dayalı olarak mayanın seçilmesidir. Uyarılmış mutajenez, seçimin önemli ölçüde hızlanmasına yol açar - genomdaki yapay hasar nedeniyle biyolojik bir nesnenin mutasyon sıklığında keskin bir artış. Ultraviyole, X-ışını veya y-radyasyonu ve DNA'nın birincil yapısında değişikliklere neden olan bazı kimyasal bileşikler mutajenik etkiye sahiptir. En iyi bilinen ve kullanılan mutajenlerden bazıları arasında nitröz asit, alkilleyici maddeler vb. yer alır.

Tam bir kontrol gerçekleştirin (tarama) elde edilen klonlar. En verimli klonları seçtikten sonra aynı veya başka bir mutajenle tedaviyi tekrarlarlar, tekrar en verimli seçeneği seçerler, vb. İlginin özelliğine göre aşamalı seçimden bahsediyoruz.

Emek yoğunluğu, indüklenmiş mutajenez ve ardından aşamalı seçim yönteminin ana dezavantajıdır. Yöntemin dezavantajı aynı zamanda mutasyonların doğası hakkında bilgi eksikliğidir; araştırmacı nihai sonuca göre seçim yapar.

Genetik mühendisliği

Genetik mühendisliği, yapay olarak oluşturulmuş genetik programların uygulanması sonucunda biyolojik nesnelerin hedeflenen modifikasyonudur. Genetik mühendisliğinin seviyeleri:

1)genetik– bireysel genler de dahil olmak üzere rekombinant DNA'nın doğrudan manipülasyonu;

2)kromozomal– gen gruplarının veya bireysel kromozomların manipülasyonu;

3)genomik(hücresel) – genetik materyalin tamamının veya çoğunun bir hücreden diğerine aktarılması (hücre mühendisliği). Modern anlayışta genetik mühendisliği rekombinant DNA teknolojisini içerir.

Genetik mühendisliği alanındaki çalışmalar 4 aşamayı içerir: 1) istenilen genin elde edilmesi; 2) replikasyon yeteneğine sahip bir vektöre yerleştirilmesi; 3) bir vektör kullanılarak bir genin vücuda yerleştirilmesi; 4) İstenilen geni almış hücrelerin beslenmesi ve seçimi.

Yüksek bitkilerin genetik mühendisliği hücresel, doku ve organizma düzeyinde gerçekleştirilir.

Hücre mühendisliğinin temeli, somatik hücrelerin hibridizasyonu, yani üremeyen hücrelerin tek bir bütün oluşturacak şekilde birleştirilmesidir. Hücrelerin füzyonu tamamlanabilir veya ayrı ayrı parçalarının (mitokondri, kloroplastlar vb.) Eklenmesiyle olabilir.

Somatik hibridizasyon genetik olarak uzak organizmaların melezlenmesine olanak sağlar. Füzyon öncesinde bitki, mantar ve bakteri hücreleri hücre duvarından arındırılarak protoplastlar elde edilir. Daha sonra dış sitoplazmik membranlar, Ca+ katyonları kullanılarak alternatif bir elektrik veya manyetik alanla depolarize edilir. Hücre duvarı enzimatik hidrolize tabi tutulur.

Kendi kendine test soruları

1. Biyoteknolojinin amacı nedir?

2. Ne tür hücresel yapılar vardır?

3. Kültür gelişiminin aşamaları nelerdir?

4. Seçilim ve genetik mühendisliği nedir?

4 Biyoteknolojik sürecin ana bağlantısı, hammaddede belirli bir değişiklik yapabilen ve gerekli bir veya daha fazla ürünü oluşturabilen biyolojik bir nesnedir. Bu tür biyoteknoloji nesneleri, mikroorganizmaların, hayvanların ve bitkilerin, transgenik hayvanların ve bitkilerin, mantarların yanı sıra hücrelerin ve bireysel enzimlerin çok bileşenli enzim sistemlerini içerebilir. Çoğu modern biyoteknolojik üretimin temeli mikrobiyal sentezdir, yani. çeşitli biyolojik olarak aktif maddelerin mikroorganizmaların yardımıyla sentezi. Ne yazık ki, bitki ve hayvan kökenli nesneler çeşitli nedenlerden dolayı henüz bu kadar yaygın bir kullanım alanı bulamamıştır. Bu nedenle gelecekte mikroorganizmaların biyoteknolojinin ana nesneleri olarak değerlendirilmesi tavsiye edilmektedir.

1 Mikroorganizmalar biyoteknolojinin ana nesneleridir.Şu anda 100 binden fazla farklı mikroorganizma türü bilinmektedir. Bunlar öncelikle bakteriler, aktinomisetler ve siyanobakterilerdir. Mikroorganizmaların bu kadar geniş bir çeşitliliği söz konusu olduğunda, çok önemli ve çoğu zaman zor bir sorun, gerekli ürünü sağlayabilecek organizmanın tam olarak doğru seçimidir; endüstriyel amaçlara hizmet eder. 5

Çoğu biyoteknolojik işlemde GRAS (genellikle güvenli olarak kabul edilir) olarak sınıflandırılan sınırlı sayıda mikroorganizma kullanılır. Bu tür mikroorganizmalar arasında Basillus subtilis, Basillus amyloliquefaciens bakterileri, diğer basil ve laktobasil türleri ve Streptomyces türleri bulunur. Bu aynı zamanda Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, Saccharomyces maya mantarı türlerini de içerir. GRAS mikroorganizmaları patojenik değildir, toksik değildir ve genellikle antibiyotik oluşturmazlar, bu nedenle yeni bir biyoteknolojik süreç geliştirilirken bunlara odaklanılmalıdır. Biyoteknolojinin temel nesneleri olarak mikroorganizmalar. 6

Mikrobiyoloji endüstrisinde şu anda faydalı özellikleri temel alınarak doğal kaynaklardan izole edilen ve daha sonra çeşitli yöntemlerle geliştirilen binlerce mikroorganizma türü kullanılmaktadır. Üretimin ve ürün yelpazesinin genişlemesiyle bağlantılı olarak, mikrop dünyasının giderek daha fazla temsilcisi mikrobiyoloji endüstrisinde yer alıyor. Öngörülebilir gelecekte bunların hiçbirinin E. coli ve Bac kadar incelenmeyeceğini belirtmek gerekir. incelikli. Bunun nedeni, bu tür araştırmaların muazzam emek yoğunluğu ve yüksek maliyetidir. 7

Sonuç olarak, biyoteknolojik süreçlerde kullanıma uygun, endüstriyel açıdan önemli üretici türler oluştururken, yeni mikroorganizmaların potansiyelinden en değerli olan her şeyin makul miktarda emekle çıkarılmasına olanak sağlayacak bir araştırma stratejisi ve taktikleri geliştirme sorunu ortaya çıkar. Klasik yaklaşım istenilen mikroorganizmanın doğal koşullardan izole edilmesidir. Varsayılan üreticinin doğal habitatlarından malzeme numuneleri alınır (malzeme numuneleri alınır) ve ilgili mikroorganizmanın tercihli gelişimini sağlayan seçici bir ortamda aşılanır; sözde zenginleştirme kültürlerini alırlar. 8

Bir sonraki adım, izole edilen mikroorganizmanın daha fazla incelenmesi ve gerekirse üretim yeteneğinin yaklaşık olarak belirlenmesi ile saf bir kültürün izolasyonudur. Üretici mikroorganizmaları seçmenin başka bir yolu daha vardır; bu, iyi çalışılmış ve iyice karakterize edilmiş mikroorganizmaların mevcut koleksiyonlarından istenen türleri seçmektir. Bu, elbette, bir dizi emek yoğun işlemi gerçekleştirme ihtiyacını ortadan kaldırır. 9

Biyoteknolojik bir nesne seçerken ana kriter, hedef ürünü sentezleyebilme yeteneğidir. Ancak buna ek olarak, sürecin teknolojisi, bazen çok ama çok önemli, hatta belirleyici olan ek gereksinimler içerebilir. Genel olarak mikroorganizmaların yüksek büyüme hızına sahip olmaları, yaşamları için gerekli olan ucuz substratları kullanmaları ve yabancı mikroflorada yerleşik olmaları, yani yüksek rekabet gücüne sahip olmaları gerekmektedir. Yukarıdakilerin tümü, hedef ürünün üretim maliyetinde önemli bir azalma sağlar. 10

Mikroorganizmaların biyoteknoloji nesneleri olarak rolünü kanıtlayan bazı örnekler verelim: 1. Tek hücreli organizmalar, kural olarak, yüksek organizmalara göre daha yüksek büyüme oranları ve sentetik süreçlerle karakterize edilir. Ancak bu tüm mikroorganizmaların özelliği değildir. Bazıları son derece yavaş büyüyor, ancak özellikle ilgi çekicidir çünkü çok değerli çeşitli maddeler üretme kapasitesine sahiptirler. on bir

2. Biyoteknolojik gelişimin nesneleri olarak özellikle ilgi çekici olan, yaşam aktivitelerinde güneş ışığının enerjisini kullanan fotosentetik mikroorganizmalardır. Bunlardan bazıları (siyanobakteriler ve fotosentetik ökaryotlar) CO2'yi bir karbon kaynağı olarak kullanır ve siyanobakterilerin bazı temsilcileri, yukarıdakilerin hepsine ek olarak, atmosferik nitrojeni özümseme yeteneğine sahiptir (yani, besinler açısından son derece iddiasızdırlar). Fotosentetik mikroorganizmalar amonyak, hidrojen, protein ve bir takım organik bileşiklerin üreticileri olarak ümit vericidir. Bununla birlikte, genetik organizasyonları ve yaşamın moleküler biyolojik mekanizmaları hakkındaki temel bilgilerin sınırlı olması nedeniyle, bunların kullanımında ilerleme sağlanmasının yakın gelecekte beklenmemesi gerektiği açıktır. 12

3. °C'de büyüyen termofilik mikroorganizmalar gibi biyoteknoloji nesnelerine biraz dikkat edilir. Bu özellik, nispeten steril olmayan yetiştirme sırasında yabancı mikrofloranın gelişmesinin önünde neredeyse aşılmaz bir engeldir; kirlenmeye karşı güvenilir koruma sağlar. Termofiller arasında alkol, amino asit, enzim ve moleküler hidrojen üreticileri bulundu. Ayrıca büyüme hızları ve metabolik aktiviteleri mezofillere göre 1,5-2 kat daha fazladır. Termofiller tarafından sentezlenen enzimler, ısıya, bazı oksitleyici maddelere, deterjanlara, organik çözücülere ve diğer olumsuz faktörlere karşı artan direnç ile karakterize edilir. Aynı zamanda normal sıcaklıklarda çok az aktiftirler. 13

Bu nedenle, termofilik mikroorganizmaların temsilcilerinden birinin proteazları 20 °C'de 75 °C'ye göre 100 kat daha az aktiftir. İkincisi, bazı endüstriyel üretimler için çok önemli bir özelliktir. Örneğin, termofilik Thermus Aquacusus bakterisinden elde edilen Tag polimeraz enzimi, genetik mühendisliğinde geniş uygulama alanı bulmuştur. Bu organizmaların çok önemli bir özelliğinden daha önce bahsetmiştik; yani yetiştirildiklerinde yaşadıkları ortamın sıcaklığı, ortam sıcaklığını önemli ölçüde aşıyor. Bu yüksek sıcaklık farkı, hızlı ve verimli ısı değişimi sağlayarak biyolojik reaktörlerin hacimli soğutma cihazları olmadan kullanılmasına olanak tanır. İkincisi ise karıştırmayı, havalandırmayı ve köpük gidermeyi kolaylaştırır ve bu da sürecin maliyetini önemli ölçüde azaltır. 14

2 Mikroorganizmaların izolasyonu ve seçimi En değerli ve aktif üreticileri yaratma sürecinin ayrılmaz bir bileşeni; Biyoteknolojide nesnelerin seçiminde bunların seçimi önemlidir. Seçimin ana yolu, istenen üreticinin seçiminin her aşamasında genomların bilinçli tasarımıdır. Seçilen organizmaların genomlarını değiştirmeye yönelik etkili yöntemlerin bulunmamasından dolayı bu durum her zaman gerçekleştirilememektedir. Mikrobiyal teknolojilerin geliştirilmesinde, arzu edilen faydalı özelliklerle karakterize edilen, kendiliğinden ortaya çıkan değiştirilmiş varyantların seçimine dayalı yöntemler önemli bir rol oynamıştır. 15

Bu tür yöntemlerle, genellikle aşamalı seçim kullanılır: seçimin her aşamasında, en aktif varyantlar (kendiliğinden mutantlar), bir sonraki aşamada yeni, daha etkili suşların seçildiği mikroorganizma popülasyonundan seçilir ve bu şekilde devam eder. Mutantların ortaya çıkma sıklığının düşük olmasından oluşan bu yöntemin bariz sınırlamalarına rağmen, yeteneklerinin tamamen tükendiğini düşünmek için henüz çok erken. 16

En etkili üreticilerin seçim süreci, indüklenmiş mutajenez yöntemi kullanıldığında önemli ölçüde hızlandırılır. Mutajenik etki olarak UV, X-ışını ve gama radyasyonu, bazı kimyasallar vb. Kullanılır, ancak bu tekniğin dezavantajları da vardır, bunların en önemlisi emek yoğunluğu ve değişikliklerin doğası hakkında bilgi eksikliğidir, çünkü deneyci nihai sonuca göre seçim yapar. 17

Örneğin, vücudun ağır metal iyonlarına karşı direnci, bu katyonların bakteri hücresi tarafından emilmesine yönelik sistemin baskılanması, katyonların hücreden uzaklaştırılması işleminin aktivasyonu veya hücreden uzaklaştırılan sistemin (sistemlerin) yeniden yapılandırılmasıyla ilişkili olabilir. hücredeki katyonun önleyici etkisine tabidir. Doğal olarak, sürdürülebilirliği artırmaya yönelik mekanizmaların bilgisi, nihai sonucun daha kısa sürede elde edilmesi için hedeflenen etkinin gerçekleştirilmesini ve ayrıca belirli üretim koşullarına daha uygun seçeneklerin seçilmesini mümkün kılacaktır. Listelenen yaklaşımların klasik seleksiyon teknikleriyle birlikte kullanılması, üreten mikroorganizmaların modern seleksiyonunun özüdür. 18

Örneğin, vücudun ağır metal iyonlarına karşı direnci, bu katyonların bakteri hücresi tarafından emilmesine yönelik sistemin baskılanması, katyonların hücreden uzaklaştırılması işleminin aktivasyonu veya hücreden uzaklaştırılan sistemin (sistemlerin) yeniden yapılandırılmasıyla ilişkili olabilir. hücredeki katyonun önleyici etkisine tabidir. Doğal olarak, sürdürülebilirliği artırmaya yönelik mekanizmaların bilgisi, nihai sonucun daha kısa sürede elde edilmesi için hedeflenen etkinin gerçekleştirilmesini ve ayrıca belirli üretim koşullarına daha uygun seçeneklerin seçilmesini mümkün kılacaktır. Listelenen yaklaşımların klasik seleksiyon teknikleriyle birlikte kullanılması, üreten mikroorganizmaların modern seleksiyonunun özüdür. 19

1 No'lu SINAV BİLETİ

Biyoteknoloji nesneleri ve seviyeleri

Biyoteknoloji, belirli bir kullanıma yönelik ürün veya işlemler yapmak veya değiştirmek için biyolojik sistemlerin, canlı organizmaların veya bunların türevlerinin kullanımını içeren her türlü teknoloji anlamına gelir. Biyoteknolojik kaynaklar, biyoteknolojik işlemlerde kullanılan biyolojik kaynaklardır.

Üretim nesneleri belirli gereklilikleri karşılamalıdır: - Ucuz besin ortamlarında büyüme yeteneği; - Yüksek büyüme hızı ve hedef ürünün oluşumu; - Minimum yan ürün oluşumu; - Üreticinin ve üretim özelliklerine bağlı olarak stabilitesi; - Üreticinin ve hedef ürünün insanlara ve çevreye zararsızlığı Biyolojik bir nesnenin önemli bir özelliği, kısırlığın ve faj direncinin korunması için önemli olan enfeksiyona karşı dirençtir. Biyolojik bir nesnenin işlevleri, bir dizi ardışık enzimatik reaksiyon veya yalnızca bir enzimatik reaksiyonun katalizini içeren, hedef ürünün elde edilmesinde anahtar öneme sahip olan hedef ürünün tam biyosentezidir.

Biyoteknolojinin nesneleri çok çeşitlidir ve bunların aralığı organize parçalardan (virüslerden) insanlara kadar uzanır.Hedef ürünün tam biyosentezini gerçekleştiren biyolojik bir nesneye üretici denir.Bir biyoteknoloji uzmanı tarafından kullanılan bireysel bir enzim olan biyolojik bir nesne. , endüstriyel biyokatalizör olarak adlandırılır.

b) bakteri ve siyanobakteriler;

d) algler;

e) protozoa;

g) bitkiler – alt (anabena-azolla) ve yüksek – su mercimeği.

Bu durumda biyolojik nesneler moleküller (enzimler, immünomodülatörler, nükleozitler, oligo ve polipeptitler vb.), organize parçalar (virüsler, fajlar), tek hücreli (bakteri, maya) ve çok hücreli bireyler (ipliksi yüksek mantarlar, bitki dokuları, tek katmanlı kültürler memeli hücreleri), bütün bitki ve hayvan organizmaları. Ancak bir biyomolekül biyoteknolojinin bir nesnesi olarak kullanıldığında bile, çoğu durumda onun ilk biyosentezi karşılık gelen hücreler tarafından gerçekleştirilir. Sonuç olarak biyoteknolojinin nesnelerinin ya mikroplara ya da bitki ve hayvan organizmalarına ait olduğu ileri sürülebilir.

Organizmaların hücreleri hangi yeteneklere sahiptir?

Hücre, kendini yenileyebilen, çoğalabilen ve gelişebilen temel bir biyolojik sistemdir. Hücresel yapılar bitki ve hayvanların yapısının temelini oluşturur. Organizmaların yapısı ne kadar çeşitli görünürse görünsün, benzer yapılara, hücrelere dayanır.
Hücre, canlı bir sistemin tüm özelliklerine sahiptir:
madde ve enerji alışverişi yapar;
büyür;
özelliklerini miras yoluyla çoğaltır ve aktarır;
harici sinyallere (uyaranlara) tepki verir;
hareket edebilir.
Tüm bu özelliklere sahip, organizasyonun en alt seviyesi, canlıların en küçük yapısal ve işlevsel birimidir. Ayrı olarak da yaşayabilir: Çok hücreli organizmaların izole edilmiş hücreleri, besin ortamında yaşamaya ve çoğalmaya devam eder.

Bir hücredeki işlevler, hücre çekirdeği, mitokondri vb. gibi çeşitli organeller arasında dağıtılır. Tüm canlı organizmalar ya çok hücreli hayvanlar, bitkiler ve mantarlar gibi birçok hücreden oluşur ya da birçok protozoa ve bakteri gibi tek hücrelidir. hücreli organizmalar. Tek hücreli organizmalar- vücudu tek (çok hücreli hücrelerin aksine) hücrelerden oluşan sistematik olmayan bir canlı organizma kategorisi ( tek hücrelilik). Hem prokaryotları hem de ökaryotları içerebilir. Dünyadaki ilk canlıların tek hücreli olduğuna inanılıyor. Bunların en eskilerinin bakteri ve arkeler olduğu düşünülmektedir. Çok hücreli organizma- vücudu birçok hücreden oluşan, çoğu (örneğin bitkilerdeki kambiyum hücreleri gibi kök hücreler hariç) farklılaşmış, yani yapı ve işlevler bakımından farklılık gösteren ekstra sistematik bir canlı organizma kategorisi. Ayırt edilmeli çok hücrelilik Ve sömürgecilik. Sömürge organizmaları gerçek anlamda farklılaşmış hücrelerden ve dolayısıyla vücudun dokulara bölünmesinden yoksundur. Modern hücre teorisi aşağıdaki hükümleri içerir:
1) hücre - tüm organizmaların yapı ve gelişim birimi;
2) canlı doğanın farklı krallıklarından organizma hücreleri yapı, kimyasal bileşim, metabolizma ve yaşam aktivitesinin temel belirtileri bakımından benzerdir;
3) ana hücrenin bölünmesi sonucu yeni hücreler oluşur;
4) çok hücreli bir organizmada hücreler dokuları oluşturur;
5) Organlar dokulardan oluşur.

Mantar, bitki ve hayvan hücreleri benzer yapıya sahiptir. Bir hücrenin üç ana kısmı vardır: çekirdek, sitoplazma ve plazma zarı. Plazma zarı lipitler ve proteinlerden oluşur. Maddelerin hücreye girişini ve hücreden salınmasını sağlar. Bitki hücrelerinde, mantarlarda ve çoğu bakteride, plazma zarının üzerinde bir hücre zarı bulunur. Koruyucu bir işlevi yerine getirir ve bir iskeletin rolünü oynar. Bitkilerde hücre duvarı selülozdan oluşur ve mantarlarda kitin benzeri bir maddeden yapılır. Hayvan hücreleri, aynı dokudaki hücreler arasındaki teması sağlayan polisakkaritlerle kaplıdır.

SINAV BİLETİ -3

1. Biyolojik nesnelere yönelik gereksinimler? Biyonesneİstenilen ürünü biyosentezleyen bir üretici veya bir katalizör, kendi doğal reaksiyonunu katalize eden bir enzimdir.

Biyolojik nesneler için gereksinimler

Biyoteknolojik süreçlerin uygulanması için biyolojik nesnelerin önemli parametreleri : saflık, hücre proliferasyon hızı ve viral partiküllerin çoğalması, biyomoleküllerin veya biyosistemlerin aktivitesi ve stabilitesi.

Seçilen bir biyolojik biyoteknoloji nesnesi için uygun koşullar yaratırken, aynı koşulların örneğin mikroplar - kirletici maddeler veya kirleticiler için de olumlu olabileceği akılda tutulmalıdır. Kirletici mikrofloranın temsilcileri bitki veya hayvan hücre kültürlerinde bulunan virüsler, bakteriler ve mantarlardır. Bu durumlarda kirletici mikroplar biyoteknoloji üretiminin zararlıları olarak hareket eder. Enzimleri biyokatalizör olarak kullanırken, onları izole edilmiş veya hareketsiz bir durumda, sistemin steril olmaması nedeniyle dışarıdan biyoteknolojik sürece nüfuz edebilen banal saprofitik (patojenik olmayan) mikrofloranın tahribatından korumaya ihtiyaç vardır.

Biyolojik nesnelerin aktif durumdaki aktivite ve stabilitesi, bunların biyoteknolojide uzun süreli kullanıma uygunluğunun en önemli göstergelerinden biridir.

Bu nedenle, biyolojik nesnenin sistematik konumu ne olursa olsun, pratikte ya doğal organize parçacıklar (fajlar, virüsler) ve doğal genetik bilgiye sahip hücreler, ya da yapay olarak belirlenmiş genetik bilgiye sahip hücreler, yani her durumda hücreleri kullanırlar, ister bir mikroorganizma olsun, ister bir bitki, ister bir hayvan, ister bir insan. Örneğin bu tehlikeli hastalığa karşı aşı oluşturmak amacıyla çocuk felci virüsünün maymun böbreği hücrelerinin kültüründen elde edilmesi sürecinden bahsedebiliriz. Her ne kadar burada virüsün birikmesiyle ilgilensek de üremesi hayvan vücudunun hücrelerinde gerçekleşir. Başka bir örnek, hareketsizleştirilmiş bir durumda kullanılacak enzimlerle ilgilidir. Enzimlerin kaynağı aynı zamanda izole edilmiş hücreler veya bunların gerekli biyokatalizörlerin izole edildiği doku formundaki özel birlikleridir.

Gen kaynaklarını listeler misiniz?

Biyolojik kaynaklar – balıkçılığa konu olan veya olabilecek organizmalar; biyosferin yaşam ortamını oluşturan tüm bileşenleri (üreticiler, tüketiciler, ayrıştırıcılar). Tükenebilir yenilenebilir doğal kaynaklar kategorisine aittirler. Bitki kaynakları, hayvan kaynakları, avcılık, otlatma vb. vardır. Genetik kaynaklara, yani canlıların genetik kodunda yer alan kalıtsal genetik bilgiye özel önem verilmektedir.

Biyoteknolojinin gelişimi genetik kaynakların kullanımıyla yakından ilişkilidir. Bunlar, kural olarak, dünyanın bireysel bölgelerinin benzersiz bir mülküdür ve tarımın, hayvancılığın ve tıbbın asırlık gelenekleri ve ulusal özellikleri genellikle bunların kullanımına dayanmaktadır.

Genetik kaynaklar, gerçek veya potansiyel değere sahip genetik materyaldir.

Buna karşılık genetik materyal, kalıtımın fonksiyonel birimlerini içeren bitki, hayvan, mikrobiyal veya diğer kökenli herhangi bir materyal olarak tanımlanır.

Biyolojik kaynaklar, insanlık için fiili veya potansiyel faydası veya değeri olan genetik kaynaklar, organizmalar veya bunların parçaları, popülasyonlar veya ekosistemlerin diğer biyotik bileşenleridir.

Biyolojik nesnelerin işlevleri nelerdir?

Biyoteknolojik süreçteki ana bağlantı biyolojik nesnelerdir.

Biyonesne - biyoteknolojik üretimin özgünlüğünü yaratan merkezi ve zorunlu bir unsurudur.

Biyolojik bir nesne, yaşayabilirliğini koruyan çok hücreli veya tek hücreli bir organizma olabilir. Çok hücreli bir organizmanın izole edilmiş hücreleri olabileceği gibi, belirli bir metabolik sürece dahil olan hücrelerden izole edilmiş virüsler ve çoklu enzim kompleksleri de olabilirler. Ayrıca biyolojik bir nesne, ayrı ayrı izole edilmiş bir enzim olabilir.

Biyolojik bir nesnenin işlevi- Hedef ürünün elde edilmesinde anahtar öneme sahip olan bir dizi ardışık enzimatik reaksiyon veya yalnızca bir enzimatik reaksiyonun katalizini içeren hedef ürünün tam biyosentezi.

Enzimlerin üretimde immobilize formda kullanılmasının, yani; Çözünmeyen bir taşıyıcıyla ilişkili olanlar en rasyonel olanıdır, çünkü bu durumda kullanımlarının tekrarı ve tekrarlanan üretim döngülerinin standardizasyonu sağlanır.

Biyolojik nesneler hem makromolekülleri hem de mikro ve makroorganizmaları içerir. Enzimler makromolekül olarak kullanılır. Kullanımları en rasyonel olanıdır, çünkü bu durumda kullanımlarının tekrarı ve tekrarlanan türev döngülerinin standardizasyonu sağlanır.

Virüsler aşıların hazırlanmasında biyolojik nesneler olarak kullanılır. Modern biyoteknolojik süreçteki baskın konum, ökaryotların ve prokaryotların mikrobiyal hücreleri tarafından işgal edilmektedir. İlaç olarak kullanılan birincil metabolitlerin üreticileridir (hedef ürünün tam biyosentezini gerçekleştiren biyolojik bir nesne).

Yüksek bitkiler ilaçların en kapsamlı kaynağıdır. Bitkileri biyolojik nesneler olarak kullanırken asıl dikkat, bitki dokularının yapay ortamlarda yetiştirilmesi konularına odaklanır.

Biyoteknolojik nesneler farklı organizasyon seviyelerinde bulunur:

a) hücre altı yapılar (virüsler, plazmitler, mitokondriyal ve kloroplast DNA, nükleer DNA);

b) bakteri ve siyanobakteriler;

d) algler;

e) protozoa;

f) bitki ve hayvan hücre kültürleri;

g) bitkiler - daha düşük (anabena-azolla) ve daha yüksek - su mercimeği.

DNA türleri ve fonksiyonları?

Nükleik asitler

Diğer kimyasal maddeler arasında DNA, 1869 yılında ayrı bir gruba izole edildi. Ancak DNA'nın yapısı ve üç boyutlu yapısı, İngiliz bilim adamı F. Crick ve Amerikalı J. Watson tarafından ancak 1953'te çözülebildi. DNA. Her iki teli de hayali bir eksen etrafında bükülmüş olan çift sarmaldır.

DNA, dört türe ayrılan birçok deoksiribonükleotid biriminden oluşur. Her bir canlı organizmanın karakteristik spesifik dizilerini oluştururlar. Bu deoksiribonükleotidler, heterosiklik bir bazdan (pürinler - adenin veya guanin veya pirimidinler - timin veya sitozin) oluşan ve daha sonra deoksiriboz ile birleştirilen üç bileşenli oluşumlardır.

Prokaryotik hücreler, çift sarmallı DNA içeren bir kromozom içerir. Ökaryotik hücreler, proteinlerle ilişkili ve çekirdek içinde organize edilen çeşitli DNA molekülleri içerir. Çekirdek çift membranlı bir sistemle çevrilidir.

DNA'nın işlevi her organizma türünün tüm proteinlerinin ve tüm RNA türlerinin yapısını kodlamak için kullanılan genetik bilgiyi depolaması, bileşenlerin hücresel ve doku biyosentezini düzenlemesi ve her organizmanın bireyselliğini sağlamasıdır. Bazı virüsler genetik materyal olarak DNA'yı da kullanır. Viral DNA'nın boyutu bakteriyel DNA'dan daha küçüktür.

DNA'nın yapısı. DNA birincil, ikincil ve üçüncül yapılara ayrılabilir.

DNA'nın birincil yapısı- bu, polinükleotit zincirlerindeki deoksiribonükleotit kalıntılarının miktarı, kalitesi ve düzenlenme sırasıdır.

DNA'nın ikincil yapısı- bir DNA molekülündeki polinükleotid zincirlerinin organizasyonunu temsil eder. Bir DNA molekülü, birbirine zıt yönlendirilmiş ve bir çift sarmal oluşturacak şekilde sarmal bir eksen etrafında sağ elle bükülmüş iki polinükleotid zincirinden oluşur. Çapı 1.8-2.0 nm olup kimlik periyodu 3.4 nm'dir.

Heliksteki karbonhidrat-fosfat grupları dışta (şeker-fosfat bazı), azotlu bazlar ise içte bulunur. İki zincirin azotlu bazları, tamamlayıcılık ilkesine göre hidrojen bağları ile birbirine bağlanır: adenin, timin ile çift bağ oluşturur ve guanin de sitozin ile üç bağ oluşturur. Çift sarmal çoğu DNA molekülü için karakteristik bir yapıdır. Bazı virüsler tek sarmallı DNA'nın yanı sıra dairesel DNA - plazmid formları içerir.

DNA'nın üçüncül yapısı- bu, DNA molekülünün sarmal ve süper sarmal formlarının uzayda oluşmasıdır. DNA'nın üçüncül yapısı (prokaryotlar ve ökaryotlar), hücrelerin yapısı ve işleviyle ilişkili bazı özellikler bakımından farklılık gösterir. Ökaryotik DNA'nın üçüncül yapısı, molekülün çoklu aşırı sarılmasından dolayı oluşur ve proteinli DNA kompleksleri şeklinde gerçekleştirilir.

SINAV BİLETİ No. 5_____

Biyolojik nesnelerin sınıflandırılması

Makro moleküller

Tüm sınıfların enzimleri (genellikle hidrolazlar ve transferazlar); dahil tekrarlanan üretim döngülerinin yeniden kullanılabilirliğini ve standardizasyonunu sağlayan hareketsizleştirilmiş bir formda (bir taşıyıcıyla ilişkili);

DNA ve RNA - yabancı hücrelerin bir parçası olarak izole edilmiş biçimde.

Mikroorganizmalar

Virüsler (zayıflamış patojeniteye sahip aşılar elde etmek için kullanılır);

Prokaryotik ve ökaryotik hücreler birincil metabolitlerin üreticileridir: amino asitler, azotlu bazlar, koenzimler, mono ve disakkaritler, replasman tedavisi için enzimler, vb.); -ikincil metabolit üreticileri: antibiyotikler, alkaloidler, steroid hormonları vb.;

Normoflora - disbiyozun önlenmesi ve tedavisinde kullanılan belirli mikroorganizma türlerinin biyokütlesi;

Bulaşıcı hastalık ajanları aşı üretimi için antijen kaynaklarıdır;

Transgenik m/o veya hücreler, insanlar için türe özgü protein hormonlarının, spesifik olmayan bağışıklığın protein faktörlerinin vb. üreticileridir.

Makroorganizmalar

Daha yüksek bitkiler biyolojik olarak aktif maddelerin üretimi için hammaddelerdir;

Hayvanlar – memeliler, kuşlar, sürüngenler, amfibiler, eklembacaklılar, balıklar, yumuşakçalar, insanlar;

Transgenik organizmalar.

RNA türleri ve fonksiyonları?

Yirminci yüzyılın ikinci yarısındaki en önemli keşiflerden biri, insanın doğanın sırlarını çözmeye daha da yaklaştığı RNA ve DNA nükleik asitleriydi.

Nükleik asitler- Bunlar yüksek moleküler özelliklere sahip organik bileşiklerdir. Hidrojen, karbon, azot ve fosfor içerirler.

DNA'dan çok daha kısa olan tek bir polinükleotid zinciridir (virüsler hariç). Bir RNA monomeri aşağıdaki maddelerin kalıntılarıdır: nitrojen bazları; beş karbonlu monosakarit; fosfor asitleri. RNA'da pirimidin (urasil ve sitozin) ve purin (adenin, guanin) bazları bulunur. Riboz, RNA'nın bir monosakkarit nükleotididir.

Hücre RNA'sı ilk kez Alman biyokimyacı R. Altmann tarafından maya hücreleri üzerinde çalışırken keşfedildi. Yirminci yüzyılın ortalarında DNA'nın genetikteki rolü kanıtlandı. Ancak o zaman RNA türleri ve işlevleri açıklandı.

RNA türüne bağlı olarak işlevleri de farklılık gösterir. Birkaç türü vardır:

1) Haberci RNA (i-RNA). Bu biyopolimere bazen haberci RNA (m-RNA) adı verilir. Bu tip RNA, hücrenin hem çekirdeğinde hem de sitoplazmasında bulunur. Temel amaç, proteinin yapısı hakkındaki bilgilerin deoksiribonükleik asitten, protein molekülünün birleştiği ribozomlara aktarılmasıdır. Tüm moleküllerin %1'inden azını oluşturan nispeten küçük bir RNA molekülü popülasyonu.

2) Ribozomal RNA (r-RNA). En yaygın RNA türü (hücredeki bu türdeki tüm moleküllerin yaklaşık% 90'ı). R-RNA ribozomlarda bulunur ve protein moleküllerinin sentezi için bir şablondur. Diğer RNA türlerine göre en büyük boyuta sahiptir. Molekül ağırlığı 1,5 milyon Dalton'a veya daha fazlasına ulaşabilir.

3) RNA'yı (tRNA) aktarın. Esas olarak hücrenin sitoplazmasında bulunur. Temel amaç, amino asitleri protein sentezi bölgesine (ribozomlara) taşımaktır (transfer etmektir). Transfer RNA, hücrede bulunan tüm RNA moleküllerinin %10'una kadarını oluşturur. Diğer RNA moleküllerine göre en küçük boyuta sahiptir (100 nükleotide kadar).

4) Küçük (küçük) RNA'lar. Bunlar, hücrenin çeşitli yerlerinde (zar, sitoplazma, organeller, çekirdek vb.) Bulunan, çoğunlukla küçük moleküler ağırlığa sahip RNA molekülleridir. Rolleri tam olarak anlaşılmamıştır. Ribozomal RNA'nın olgunlaşmasına yardımcı olabilecekleri, proteinlerin hücre zarı boyunca transferine katılabilecekleri, DNA moleküllerinin çoğaltılmasını teşvik edebilecekleri vb. kanıtlanmıştır.

5) Ribozimler. Hücresel enzimatik süreçlerde enzim (katalizör) olarak aktif rol alan, yakın zamanda tanımlanmış bir RNA türü.

6) Viral RNA. Herhangi bir virüs yalnızca bir tür nükleik asit içerebilir: DNA veya RNA. Buna göre RNA molekülü içeren virüslere RNA içeren virüsler adı verilir. Bu tip bir virüs hücreye girdiğinde ters transkripsiyon süreci (RNA bazlı yeni DNA oluşumu) gerçekleşebilir ve virüsün yeni oluşan DNA'sı hücrenin genomuna entegre edilerek varlığını ve çoğalmasını sağlar. patojenin. İkinci senaryo, gelen viral RNA'nın matrisi üzerinde tamamlayıcı RNA'nın oluşmasıdır. Bu durumda, yeni viral proteinlerin oluşumu, virüsün hayati aktivitesi ve çoğalması, deoksiribonükleik asidin katılımı olmadan yalnızca viral RNA'ya kaydedilen genetik bilgiye dayanarak gerçekleşir.

Genlerin türleri ve işlevleri?

Gen, gen sınıflandırması ve organizasyonu
Genetik, tüm canlı organizmalar için evrensel olan kalıtım ve değişkenlik yasalarını inceler.
Kalıtımın temel ayrık birimleri şunlardır: genler. Genlerin çoğalması ve eylemi doğrudan matris süreçleriyle ilgilidir. Şu anda gen, kalıtsal materyalin işleyiş birimi olarak kabul edilmektedir. Bir genin kimyasal temeli DNA molekülüdür.
Genlerin sınıflandırılmasına yönelik çeşitli yaklaşımlar vardır ve bunların her biri,ontogenez sırasındaki işleyişinin özelliklerini yansıtır. Kalıtsal materyalin işlev birimleri olarak genler yapısal, düzenleyici ve modülatör genlere ayrılır.
Yapısal genler, proteinlerin (polipeptitler) ve ribonükleik asitlerin (ribozomal ve taşıma) yapısı hakkında bilgi içerirken, genetik bilgi, transkripsiyon ve translasyon veya yalnızca transkripsiyon sürecinde gerçekleştirilir.İnsanlarda yaklaşık 30.000 yapısal gen vardır, ancak yalnızca birkaçı bunlardan ifade edilmektedir.
Hücrelerin hayati aktivitesi, aralarında "temizlik" genleri - GOP (genel hücresel fonksiyonların genleri) ve "lüks" genler - GSP (özel fonksiyonların genleri) bulunan küçük bir dizi işleyen gen tarafından sağlanır. HOP'lar, tüm hücrelerin aktivitesi için gerekli olan evrensel hücresel fonksiyonların (histon genleri, r-RNA ve t-RNA genleri vb.) uygulanmasını sağlar. GSP: 1- fenotiplerini belirleyerek (globin genleri, immünoglobulinler vb.) özel hücrelerde seçici olarak eksprese edilir; 2 - belirli çevresel koşullar altında işlev görür ve "adaptif yanıt" genlerini temsil eder. GOF veya SHG'ye ait olup olmadığı başlatıcının yapısına göre belirlenir.
Düzenleyici genler (laktoz operon düzenleyici gen, TFM geni, vb.), hücre seviyesindeki yapısal genlerin aktivitesini ve ayrıca organizma seviyesinde genlerin baskılanmasını ve baskılanmasını koordine eder. Düzenleyici genlerin yanı sıra, işlevi belirli proteinlerle etkileşimde ortaya çıkan düzenleyici diziler (promoter, operatör, sonlandırıcı, arttırıcılar, susturucular, promotörden önceki eleman) vardır.
Modülatör genler, fonksiyonel aktivitelerini değiştirerek yapısal genlerin etkisini arttırır veya zayıflatır.
Yapısal genler prokaryotlarda ve ökaryotlarda farklı şekilde düzenlenir.
Prokaryotlarda yapısal genler bağımsız genler, transkripsiyon birimleri ve operonlar halinde organize edilir.
Bağımsız genler sürekli bir kodon dizisinden oluşur, sürekli olarak ifade edilirler ve transkripsiyonel seviyede (laktoz operonunun gen düzenleyicisi) düzenlenmezler. Transkripsiyon birimleri, işlevsel olarak ilişkili olan ve eş zamanlı olarak kopyalanan, daha sonra aynı sayıda sentezlenen ürünü sağlayan farklı gen gruplarıdır. Genellikle bunlar proteinler veya nükleik asitlere yönelik genlerdir (E. coli'de transkriptonlardan biri iki t-RNA geni ve üç r-RNA geni içerir).
Bir operon, bir operatörün (DNA'nın belirli bir bölümü) kontrolü altında birbirini takip eden bir grup yapısal gendir.
Yapısal genler ortak bir promotere, operatöre ve sonlandırıcıya sahiptir, aynı metabolik döngüye katılırlar ve koordineli olarak düzenlenirler.
Ökaryotlarda, işlevi düzenleyici olanlarla ilgili olan yapısal genler, bağımsız genler, tekrarlanan genler ve gen kümeleri şeklinde düzenlenir.
Bağımsız genler genellikle ayrı ayrı bulunur, transkripsiyonları diğer genlerin transkripsiyonuyla ilişkili değildir. Bazılarının aktivitesi hormonlar tarafından düzenlenir.
Tekrarlayan genler, kromozom üzerinde bir genin - histon genlerinin, tRNA, rRNA'nın tekrarları (kopyaları) şeklinde bulunur. Histon genlerinin tekrarlanmasının nedeni, çekirdeğin ana yapısal proteinleri olan çok sayıda histonun sentezlenmesi ihtiyacı ile belirlenir (toplam histon kütlesi, DNA kütlesine eşittir).
Bir gen kümesi, kromozomların belirli bölgelerinde lokalize olan, ilgili işlevlere sahip farklı genlerden oluşan bir gruptur. Küme, aktif olarak işleyen genleri ve psödojenleri içerir (Psödojenlerin nükleotid dizileri, işlevsel olarak aktif genlerin dizilerine benzer, ancak psödojenler ifade edilmez ve bir protein oluşturmaz. Kümeler genellikle bir ata genden türeyen bir gen ailesidir.
Klasik bir örnek, A ve B kümelerindeki globin genleridir. Hemoglobin, hem ve protein tetramer-globin ile temsil edilir. Globin tetramer iki özdeş zincirden ve iki özdeş zincirden oluşur. Her globin zincirinin amino asit dizisi, sırasıyla A veya B kümesinin parçası olan kendi geni tarafından kodlanır. İnsanlarda A kümesi 16. kromozomda, B kümesi ise 11. kromozomda yer alır (Şekil 20). B kümesi, DNA'nın 50 bin baz çiftini ölçen bir bölümünü kaplar ve işlevsel olarak aktif beş gen ve bir psödojen içerir: gen (epsilon); iki gen (gama); psödojen (beta); gen (delta) ve gen (beta).
Küme A daha kompakt bir şekilde bulunur ve 28 bin baz çiftinden daha büyük bir DNA bölgesini kaplar ve aktif gen (zeta), psödojen (zeta), psödojen (alfa) ve genler (alfa) iki ve (alfa) bir içerir, aynı proteinleri kodlayan Globin genleri iç yapı olarak mozaiktir.
Tekrarlanan genler ve globin gen kümeleri multigen ailelerine aittir.

SINAV BİLET NO: 7_____

Protein üreticileri

Mikrobiyal biyokütle üretimi en büyük mikrobiyolojik üretimdir. Mikrobiyal biyokütle evcil hayvanlar, kuşlar ve balıklar için iyi bir protein takviyesi olabilir. Mikrobiyal biyokütle üretimi, soya fasulyesini büyük ölçekte yetiştirmeyen ülkeler için özellikle önemlidir (soya fasulyesi küspesi, yem için geleneksel bir protein katkı maddesi olarak kullanılır).

Bir mikroorganizma seçilirken belirli bir substrat üzerindeki spesifik büyüme hızı ve biyokütle verimi, akış kültivasyonu sırasındaki stabilite ve hücre boyutu dikkate alınır. Maya hücreleri bakterilerden daha büyüktür ve santrifüjleme yoluyla sıvıdan daha kolay ayrılır. Büyük hücreli poliploid maya mutantları yetiştirilebilir. Şu anda, büyük ölçekli endüstriyel üretim için gerekli özelliklere sahip olan yalnızca iki grup mikroorganizma bilinmektedir: n-alkanlar (normal hidrokarbonlar) üzerindeki Candida cinsinin mayası ve metanol üzerindeki Metilophillus metilotrophus bakterisi.

Mikroorganizmalar ayrıca gazlar, petrol, kömür, kimya, gıda, şarap ve votka ve ağaç işleme endüstrilerinden kaynaklanan atıklar gibi diğer besin ortamlarında da yetiştirilebilir. Kullanımlarının ekonomik avantajları açıktır. Yani, mikroorganizmalar tarafından işlenen bir kilogram yağ, bir kilogram protein ve örneğin bir kilogram şeker verir - yalnızca 500 gram protein. Maya proteininin amino asit bileşimi, geleneksel karbonhidrat ortamında yetiştirilen mikroorganizmalardan elde edilenlerden pratik olarak farklı değildir. Hidrokarbonlar üzerinde yetiştirilen maya preparatlarının hem ülkemizde hem de yurt dışında gerçekleştirilen biyolojik testleri, test hayvanlarının vücudunda herhangi bir zararlı etkinin bulunmadığını ortaya koydu. Onbinlerce laboratuvar ve çiftlik hayvanının birçok nesli üzerinde deneyler gerçekleştirildi. İşlenmemiş haliyle maya, spesifik olmayan lipidler ve amino asitler, biyojenik aminler, polisakkaritler ve nükleik asitler içerir ve bunların vücut üzerindeki etkileri hala tam olarak anlaşılamamıştır. Bu nedenle proteinin mayadan kimyasal olarak saf bir biçimde izole edilmesi önerilmektedir. Onu nükleik asitlerden kurtarmak da basitleşti.

Mikroorganizmaların kullanımına dayalı modern biyoteknolojik süreçlerde protein üreticileri maya, diğer mantarlar, bakteriler ve mikroskobik alglerdir.

Teknolojik açıdan bakıldığında bunların en iyisi mayadır. Avantajları öncelikle “üretilebilirlik”te yatmaktadır: mayanın üretim koşulları altında yetiştirilmesi kolaydır. Yüksek büyüme oranları, yabancı mikrofloralara karşı dirençleri, herhangi bir besin kaynağını emebilmeleri, kolayca ayrılabilmeleri ve havayı sporlarla kirletmemeleri ile karakterize edilirler. Maya hücreleri %25'e kadar kuru madde içerir. Maya biyokütlesinin en değerli bileşeni, amino asit bileşimi açısından tahıl taneli proteinden üstün olan ve süt ve balık unu proteinlerinden sadece biraz daha düşük olan proteindir. Maya proteininin biyolojik değeri, önemli miktarda esansiyel amino asitlerin varlığıyla belirlenir. Vitamin içeriği açısından maya, balık unu dahil tüm proteinli yemlerden üstündür. Ek olarak, maya hücreleri eser elementler ve doymamış yağ asitlerinin hakim olduğu önemli miktarda yağ içerir. İneklere yem mayası verildiğinde süt verimi ve sütteki yağ içeriği artar, kürklü hayvanlarda kürk kalitesi artar. Hidrolitik enzimlere sahip olan ve ön hidroliz olmadan polisakkaritler üzerinde büyüyebilen mayalar da ilgi çekicidir. Bu tür mayanın kullanılması, polisakkarit içeren atıkların pahalı hidroliz aşamasını önleyecektir. Tek karbon kaynağı olan nişasta üzerinde iyi yetişen 100'den fazla maya türü vardır. Bunların arasında hem glukoamilazlar hem de β-amilazlar oluşturan, ekonomik katsayısı yüksek olan nişasta üzerinde büyüyen ve nişastayı sadece asimile etmekle kalmayıp aynı zamanda fermente edebilen iki tür öne çıkıyor: Schwanniomyces occidentalis ve Saccharomycopsis fibuliger. Her iki tür de nişasta içeren atıklar üzerinde umut verici protein ve amilolitik enzim üreticileridir. Yerli selülozu parçalayabilecek maya için de bir araştırma sürüyor. Selülazlar çeşitli türlerde bulunmuştur, örneğin Trichosporon pullulans'ta, ancak bu enzimlerin aktivitesi düşüktür ve bu tür mayaların endüstriyel kullanımından henüz söz edilmemektedir. Kluyveromyces cinsinden mayalar, aynı zamanda maya proteini üretmek için de kullanılabilen önemli bir yem ürünü olan Kudüs enginar yumrularındaki ana depolama maddesi olan inulin üzerinde iyi gelişir.

Enzimlerin sınıflandırılması

Enzimlerin sınıflandırılması etki mekanizmalarına göre yapılır ve 6 sınıf içerir.

Biyokatalizör olarak enzimler, yüksek katalitik aktivite ve etki seçiciliği gibi bir takım benzersiz özelliklere sahiptir. Bazı durumlarda enzimlerin mutlak özgüllüğü vardır ve yalnızca tek bir maddenin dönüşümünü katalize ederler. Her enzimin katalitik etkisinin maksimum olduğu kendi optimum pH'ı vardır. PH'da keskin bir değişiklik olduğunda, geri dönüşü olmayan denatürasyon nedeniyle enzimler etkisiz hale gelir. Artan sıcaklıkla reaksiyonun hızlanması da belirli sınırlarla sınırlıdır, çünkü zaten 40-50 o C sıcaklıkta birçok enzim denatüre olur. Yeni bir ilacın teknolojisi geliştirilirken enzimlerin bu özellikleri dikkate alınmalıdır.

Enzimler protein niteliğindeki maddeler olduğundan, diğer proteinlerle karışım halindeki miktarlarını belirlemek neredeyse imkansızdır. Bir preparatta bir enzimin varlığı yalnızca enzimin katalize ettiği reaksiyonun seyri ile belirlenebilir. Bu durumda, enzim içeriğinin kantitatif bir değerlendirmesi, oluşan reaksiyon ürünlerinin miktarının veya tüketilen substrat miktarının belirlenmesiyle yapılabilir. Bir birim enzim aktivitesi, belirli standart koşullar altında dakikada bir mikromol substratın dönüşümünü katalize eden enzim miktarı olarak alınır - standart bir aktivite birimi.

Endüstriyel olarak üretilen enzimlerin ana kısmı hidrolazlardır. Bunlar öncelikle amilolitik enzimleri içerir: a-amilaz, β-amilaz, glukoamilaz. Ana işlevleri nişasta ve glikojenin hidrolizidir. Hidroliz sırasında nişasta dekstrinlere ve daha sonra glikoza parçalanır. Bu enzimler alkol endüstrisinde ve fırıncılıkta kullanılmaktadır.

Proteolitik enzimler bir peptid hidrolaz sınıfını oluşturur. Eylemleri, proteinler ve peptidlerdeki peptid bağlarının hidrolizini hızlandırmaktır. Önemli özellikleri, protein molekülündeki peptit bağları üzerindeki etkilerinin seçici doğasıdır. Örneğin, pepsin yalnızca aromatik amino asitlerle olan bağa etki eder, trypsin ise arginin ve lizin arasındaki bağa etki eder. Endüstride proteolitik enzimler belirli bir pH aralığında aktif olma yeteneklerine göre sınıflandırılır:

· pH 1,5 - 3,7 - asidik proteazlar;

· pH 6,5 - 7,5 - proteazlar;

· pH > 8,0 - alkalin proteazlar.

Proteazlar çeşitli endüstrilerde geniş uygulama alanı bulur:

· et - eti yumuşatmak için;

· tabaklama - derinin yumuşatılması;

· film üretimi - filmin yenilenmesi sırasında jelatin tabakasının çözünmesi;

· parfümeri - diş macununa, kremlere, losyonlara katkı maddeleri;

· deterjan üretimi - protein kirleticilerinin giderilmesine yönelik katkı maddeleri;

· ilaç - inflamatuar süreçlerin, trombozun vb. tedavisinde.

Pektolitik enzimler, pektin maddelerinin moleküler ağırlığını azaltır ve viskozitesini azaltır. Pektinazlar hidrolazlar ve transeliminazlar olmak üzere iki gruba ayrılır. Hidralazlar metil kalıntılarını parçalar veya glikosidik bağları kırar. Transeliminazlar, çift bağ oluşumuyla pektin maddelerinin hidrolitik olmayan parçalanmasını hızlandırır. Tekstil endüstrisinde (işlenmeden önce ketenin ıslatılması), şarap yapımında - şarapların arıtılmasında ve ayrıca meyve sularının konservelenmesinde kullanılırlar.

SINAV BİLETİ 8

1 Siyanobakterilerin en yaygın temsilcileri nelerdir? Siyanobakteriler veya mavi-yeşil algler (lat. Siyanobakteriler), ayırt edici özelliği fotosentez yapma yeteneği olan büyük bir gram negatif bakteri grubudur. Siyanobakteriler en karmaşık ve farklılaşmış prokaryotlardır. Siyanobakteriler denizlerde ve tatlı su kütlelerinde, toprak örtüsünde yaygındır ve simbiyozlara (likenler) katılabilir. Nadir türler insanlar için toksik ve fırsatçıdır. Mavi-yeşil algler suyun “çiçeklenmesine” neden olan, balıkların toplu ölümüne, hayvanların ve insanların zehirlenmesine yol açan ana unsurlardır. Bazı türler, nadir görülen bir özellik kombinasyonuyla karakterize edilir: fotosentez yapma ve aynı zamanda atmosferik havadaki nitrojeni sabitleme yeteneği.

Siyanobakteriler koloniler oluşturabilen tek hücreli organizmalardır; filamentli formlar bilinmektedir. Üreme ikili bölünme yoluyla gerçekleştirilir, çoklu bölünme mümkündür. Uygun koşullar altında yaşam döngüsü 6-12 saattir.

Siyanobakteriler dünya çapında çok çeşitli ekolojik ortamlarda yaygın olarak dağılmışlardır ve bu da onlara kozmopolit organizmalar adını kazandırmıştır. Bu kadar geniş dağılım, siyanobakterilerin biyolojik özellikleriyle ilişkilidir - spesifik metabolizma, sıcaklık, nem, ışık, tuzluluk, ultraviyole ve radyasyona maruz kalma vb. gibi çevresel parametrelerdeki değişikliklere karşı yüksek direnç. Siyanobakteriler tundrada, karda ve buzda, çöllerde, sıcaklığı 80°C'ye varan kaplıcalarda, tuzlu göllerde ve toprakta yaşar.

SINAV BİLETİ NO: 9

10 No'lu SINAV BİLETİ

11 No'lu SINAV BİLETİ

12 No'lu MUAYENE KARTI

1. Yararlı bakterilere ne denir? Bu tür bakterilere örnekler verir misiniz?

Yararlı bakteriler öbakteriler olarak sınıflandırılır. Gluconobacter ve Acetobacter cinsleri tarafından temsil edilen asetik asit bakterileri, etanolü asetik asite ve asetik asidi karbondioksit ve suya dönüştüren gram negatif bakterilerdir. Bacillus cinsi, endospor oluşturabilen ve peritrik flagelasyona sahip gram-pozitif bakterilere aittir. B.subtilis katı bir aeroptur, B.thuringiensis ise anaerobik koşullarda yaşayabilir. Anaerobik, spor oluşturan bakteriler Clostridium cinsi ile temsil edilir. C. acetobutylicum şekerleri aseton, etanol, izopropanol ve n-butanole (asetobutanol fermantasyonu) fermente eder; diğer türler ayrıca nişastayı, pektini ve çeşitli nitrojen içeren bileşikleri de fermente edebilir.