1. Биотехнология как наука имеет тесную связь с молекулярной биологией, генетикой, генной и генетической инженерией, биохимией и микробиологией, изучающая получение продуктов с непосредственным участием биологических объектов, коими могут являться организмы, органы, ткани животных или человека. Задачи Биоте.:1)создание и освоение новых лек. препаратов, БАВ 2)создание микробиол. ср-в защиты раст., удобрений. созд новых сортов гибридов более устойчивых методом генетич. и клет. инженерии. 3)ценные БАВ, кормовые добавки, кормовой белок аминок-ты 4)технологии получ. хоз-нно ценных продуктов для пищев. хим. и др. пром. 5) технологии перераб. отходов, использ. газовозд. выбросов д.получ. биогаза.Предмет Биотехнологии является использование живых систем и их компонентов для создания и производства новых продуктов, повышающих качество жизни и улучшающих сост. окр. среды.

2.Объекты биотехнологии явл. вирусы, бактерии, грибы, клетки (ткани) растений, животных и человека.Важными параметрами биообъектов являются: чистка, скорость размножения клеток и репродукции вирусных частиц, активность биомолекул.Строение эукариот. клетки. Органоиды —постоянные, обязательно присутствующие, компоненты клетки, выполняющие специф. функции. плазматическая мембрана – это двойной липидный слой с погруженными в него белками. Основная функция плазматической мембраны –обмен веществ между самой клеткой и окружающей средой. За счет плазматической мембраны осуществляется и контакт между двумя соседними клетками. ядро – этот клеточный элемент имеет двумембранную оболочку. Основная функция ядра - сохранение наследственной информации –дезоксирибонуклеиновой кислоты. Благодаря ядру регулируется клеточная активность, передается генетический материал дочерним клеткам. митохондрии – эти органеллы присутствуют только в растительной и животной клетках. Митохондрии, как и ядро, имеют две мембраны, между которыми есть внутренние складки – кристы. В митохондриях содержится кольцевая ДНК, рибосомы, множество ферментов. Благодаря этим органеллам осуществляется кислородный этап дыхания клетки (синтезируется аденозинтрифосфорная кислота). пластиды – имеются лишь в растительной клетке, поскольку их основная функция – осуществление фотосинтеза. эндоплазматическая сеть (ретикулум) -  это целая система уплощенных мешочков – цистерн, полостей и трубочек. На эндоплазматическом ретикулуме (шероховатом) располагаются важные органеллы – рибосомы. В цистернах сети изолируются и дозревают белки, которые также транспортируются самой сетью. На мембранах гладкого ретикулума осуществляется синтез стероидов и липидов. комплекс Гольджи – система плоских одномембранных цистерн и пузырьков, прикрепленных к расширенным концам цистерн. Функция комплекса Гольджи – накопление и преобразование белков и липидов. Здесь же образуются секреторные пузырьки, выводящие вещества за пределы клетки. Строение эукариотической клетки таково, что клетка имеет собственный механизм выделения отработанных веществ. лизосомы – одномембранные пузырьки, которые содержат гидролитические ферменты. Благодаря лизосомам клетка переваривает поврежденные органеллы, отмершие клетки органов. рибосомы – бывают двух типов, но основная их функция – сборка молекул белка. центриоли – это система микротрубочек, которые построены из белковых молекул. Благодаря центриолям образуется внутренний скелет клетки, она может поддерживать свою постоянную форму.

3 .Строение вируса Вирус -«яд»Зрелые вирусные частицы называются вирионами,представляют собой геном, покрытый сверху белковой оболочкой– капсид. На поверхности белковой оболочки капсида располагается липопротеидная оболочка. Внутри оболочки располагаются капсомеры. Каждый капсомер состоит из одной или двух белковых нитей. Число капсомеров для каждого вируса строго постоянно. Каждый вирус содержит определенное число капсомеров. В природе вирусы существуют в двух состояниях:1) состояние покоя (вне клетки хозяина)называемых вирионами 2) вегетативная форма (внутри клетки хозяина) Форма вирусных частиц разнообразна. Вирусы обладают малой велич. Они не задерживаются бактериальными фильтрами и не оседают при центрифугировании.2)не способны развиваться на искусственных питательных средах,а развиваются только в чужих клетках.3) могут развиваться только в организме восприимчивого хозяина, проявляя абсолютный паразитизм.4)обладают специфичностью к отдельным органам и тканям.5)содержат нуклеиновые кислоты только одного типа: ДНК или РНК. Вирусы не размножаются в почве, но могут долго в ней сохраняться. Вирусы, размножающиеся на микроорганизмах называются фагами, размножающие на бактериях называются бактериофагами, размножающиеся в клетках грибов – микофаги, поражающие актиномицеты – актинофаги, а поражающие сине-зеленые водоросли – цианофаги. Размножение вирусов При внедрении вируса внутрь клетки-хозяина происходит освобождение молекулы нуклеиновой кислоты от белка, поэтому в клетку попадает только чистый и незащищенный генетический материал. Если вирус ДНК, то молекула ДНК встраивается в молекулу ДНК хозяина. Так появляются новые вирусные ДНК. Все процессы, протекающие в клетке, замедляются, клетка начинает работать на воспроизводство вируса. Для его жизни необходима клетка-хозяин, поэтому она не погибает в процессе размножения вируса. Гибель клетки происходит только после выхода из нее вирусных частиц

4. Строение бактериофага: Вирусы, размножающиеся на бактериях называются бактериофагами.Заключённую в головке фага нуклеиновою кислоту защищает белковая оболочка. На нижнем своём конце головка переходит в отросток, который заканчивается шестиугольной «площадкой» (базальной пластинкой) с шестью короткими выростами (шипами) и шестью длинными фибриллами (нитями). Отросток окружён чехлом по всей длине, от головки до пластинки.Жизнен.цикл. Хвостынескольких десятков фагов крепяться к определенной части бактериальной стенки,лизоцим растворяет клеточную мембрану. Аппарат хвоста вируса действует наподобие шприца: «мышцы» сокращаются и нуклеиновая кислота впрыскивается внутрь клетки, белковый чехол вируса - остается снаружи клетки. Так завершается «оккупация» бактерий фагами. Весь процесс длится всего несколько минут.Нуклеиновая кислота играет главную роль в воспроизведении фага.

5. Строение бактериальной клетки спирали. Бактерии - группа микроскопических клеточных организмов. По типу строения бактерии относят к прокариотам. У бактерий отсутствует половое размножение, имеют форму сферы (шаровидные), цилиндра (палочковидные),спирали. Имеет: клеточную оболочку - 2 слоя наружный и внутренний, защищает от сил внешней среды, участвует в делении, сохраняет форму.Цитоплазматическая мембрана – является осмотическим барьером бактерии, аппарат движения жгутиков, транспортировка, место нахождения ферментов.

Цитоплазма – место расположения органелл.

Ядерный аппарат – 1 или несколько молекул ДНК.

Мезосомы – энергетический обмен, спорообразования

Рибосомы – синтез белка, состоит из РНК и белковых молекул.

Капсула – слой слизи.Размножение.После достижения определенных размеров клетка подвергается делению(бинарное деление). Вариантом бинарного деления является почкование, при котором на одном из полюсов материнской клетки образуется маленький вырост (почка), увеличивающийся в процессе роста. Постепенно почка достигает размеров материнской клетки и отделяется от нее. Бактерии размножаются спорами, которые образуются при наступлении неблагоприятных условий. Внутри споры создается особая среда, уменьшается содержание воды, приостанавливаются процессы жизнедеятельности. В таком состоянии спорам не страшны ни высокие температуры, ни воздействие химических веществ. Когда благоприятные условия наступают вновь, из спор выходят молодые бактериальные организмы. Таким образом, образование спор является дополнительной возможностью сохранить жизнеспособность клеток в непригодных для жизни условиях.

6.Строение грибов Микроскопические (плесневые) грибы - низшие растения, не имеющие хлорофилла.Все они используют кислород воздуха, поэтому развиваются на поверхности продукта, давая паутинообразные разрастания. Многие из этих организмов имеют промышленное значение и используются для получения ферментных препаратов, органических кислот, антибиотиков. Отдельные виды плесневых грибов вызывают порчу пищевых продуктов и некоторых товаров, а также заболевания растений, человека и животных. Тело гриба называется грибницей (мицелием) и состоит из тонких разветвленных нитей - гиф, которые переплетены в виде войлока. Клетки мицелия имеют оболочку, цитоплазму с различными включениями, ядра и ядрышки. От мицелия поднимаются воздушные гифы. Размножение.способы размножения: бесполое(вегетативное)  и половое.При половом размножении сливаются две клетки. Далее у одних грибов образуется клетка с толстой оболочкой и двойным набором хромосом - зигота. После периода покоя она прорастает в новый мицелий. У других грибов после слияния двух клеток образуется многоклеточное плодовое тело различной величины и формы. Внутри него развиваются сумки (аски) со спорами. После их созревания сумка разрывается, споры высыпаются из нее и прорастают в новый мицелий. У некоторых грибов базидиомицетов споры образуются не в сумках, а вне клетки на специальных выростах базидиях.При бесполом слияние клеток не происходит. Бесполые споры у одних грибов образуются в специальных вместилищах (эндогенно), а у других — открыто (экзогенно). Бесполые споры, образующиеся в спорангиях, называются спорангиоспорами. Они могут быть подвижными и неподвижными. Бесполые споры, образующиеся экзогенно, называются конидиями. Они всегда неподвижны, образуются на специальных гифах — конидиеносцах.

7.Морфолог.хар-ка бактерий и дрожжей. Бактерии относятся к одноклеточным организмам, не содержащим хлорофилла. Среди них имеются крупные, средние и мелкие.Три основные формы бактерий: шаровидные(кокки), палочковидные (бактерии, бациллы и клостридии) и извитые (вибрионы и спириллы). Размножаются простым поперечным делением. В состав бактериальной клетки входит капсула, клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, цитоплазма, где располагаются мезосомы, рибосомы, нуклеоид, и включения. Некоторые бактериальные клетки имеют жгутики и образуют споры. По способу питания бактерий делят: автотрофов и гетеротрофов, по способу дыхания -на аэробов и анаэробов. Дрожжи-эукариотические клетки разнообразной формыДрожжи размножаются бесполым способом-почкованием. При почковании небольшой участок тела родительской особи отделяется, растет и превращается в новую особь.  В бесполом размножении приним. участие только одна родительская особь. Дрожжи и бактерии прим-ся в процессах брожения.

8.Сходства и различия в строении эукариот. и прокар. Ос-е отличие прокар.клеток от эукар-их -что их ДНК не организована в хромосомы и не окружена ядерной оболочкой. Эука-кие клетки устроены значительно сложнее. Их ДНК, связанная с белком, организована в хромосомы, самом крупном органоиде клетки-ядре. Кроме того, внеядерное активное содержимое такой клетки разделено на отдельные отсеки с помощью эндоплазм-й сети, образованной элементарной мембраной. Эукарио.клетки крупнее прокариотических. В эукариот-й клетке носители генов - хромосомы - находятся в морфологически оформленном ядре, отграниченном от остальной клетки мембраной. Эукари.клетка имеет разнообразные постоянные внутриклеточные структуры-органоиды(органеллы), отсутствующие в прокариотической клетке. Прокариотические клетки могут делиться на равные части перетяжкой или почковаться, т.е. образовывать дочернюю клетку меньшего размера, чем материнская, но никогда не делятся путем митоза. Клетки эукариотических организмов, делятся путем митоза. Хромосомы при этом "расщепляются" продольно(каждая нить ДНК воспроизводит около себя свое подобие), и их "половинки"-хроматиды (полноценные копии нити ДНК) расходятся группами к противоположным полюсам клетки. Каждая из образующихся затем клеток получает одинаковый набор хромосом.Рибосомы прокариотической клетки резко отличаются от рибосом эукариот по величине. Ряд процессов, свойственных цитоплазме многих эукариотических клеток,-фагоцитоз, пиноцитоз и циклоз(вращательное движение цитоплазмы)-у прокариот не обнаружен. Прокарио-й клетке в процессе обмена веществ не требуется аскорбиновая кислота, но эукариотические не могут без нее обходиться.различаются подвижные формы прокариотических и эукар-х клеток. Прокариоты имеют двигательные приспособления в виде жгутиков или ресничек

9.Ферменты микроорганизмов. Ферменты -органические катализаторы, вырабатываемые живыми клетками организма.Все биохимические процессы обмена веществ совершаются при участии ферментов.В названии ферментов оконча­ния «аза». мальтаза(расщепляет мальтозу на две молекулы глюкозы);сахараза (расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу);лактаза (расщепляет молочный сахар на галактозу и глюкозу); Каждый фермент обладает строго избирательным действием, т. е. воздействует только на какое-нибудь одно соединение, вы­зывает или ускоряет лишь определенную реакцию. Ферменты, катализирующие превращения белков, называются протеазами, или протеолитическими ферментами( пепсин, разлагающий белки до более простых соеди­нений - пептонов, трипсин, продолжающий распад белков до аминокислот). Протеолитические ферменты выделяются многими гнилостными бактериями и плесневыми грибами.Ферменты, катализирующие гидролиз и синтез углеводов, относятся к карбогидраза( амилаза, мальтаза, сахараза, лактаза, пектиназа, целлюлаза).

10 Потребностимикроорганизмов в питат веществ Потребности микр-мов в питат. вещ. разнообразны, но независимо от потребностей в питательной среде должны содержаться все необходимые элементы, которые имеются в клетках микроорганизмов, причем соотношение органогенных элементов должно примерно соответствовать этому соотношению в клетке.  Источниками водорода и кислорода являются вода, молекулярный водород и кислород, а также химические вещества, содержащие эти элементы. Источниками макроэлементов являются минеральные соли (калий фосфорнокислый, магний сернокислый, и др.) Источниками углерода и азота могут быть как органические, так и неорганические соединения.

11. Химический состав микробной клетки. Основную часть микробной клетки составляет вода (80–90%общей массы клетки). Важнейшими химическими элементами, преобладающими в клетках микроорганизмов, являются органогенные элементы – кислород, углерод, азот и водород. В состав клетки также входят макроэлементы: сера, фосфор, калий, магний, кальций, железо, натрий, хлор. Эти химические элементы образуют минеральные или зольные вещества, которые составляют 3–10% от массы сухих веществ клетки. Органические вещества клетки представлены: белковыми веществами. Они состоят из тех же аминокислот, что и белки животных и растений. В клетках микроорганизмов содержатся витамины, пигменты и другие органические вещества. Минеральные вещества клетки представлены сульфатами, фосфатами, карбонатами, хлоридами и др.

12 Способы размножения микроорг в ест и иск услов А. Основной способ размножения для большинства бактерий–бинарное деление.1.У грамположительных бактерий бинарное деление происходит путем формирования перегородки от противоположенных концов клеточной стенки к центру, где обе части перегородки сливаются, сформировав тем самым две самостоятельные клетки.2. У грамотрицательных бактерий бинарное деление происходит путем образования перетяжки: клетка как бы истончается посередине, пока не разорвется на две самостоятельные клетки.Б. Ряд бактерий могут делиться путем почкования (например, франциселлы, микоплазмы).В. Те бактерии, которые формируют нитевидные формы, могут делиться путем их фрагментации (на-пример, актиномицеты, микоплазмы).Г. У стрептомицетов сущес.способ размножения экзоспорами. При культивировании на плотных питательных средах бактерии образуют колонии —видимое невооруженным глазом скопление бактерий одного вида, являющееся чаще потомством одной клетки.Колонии бактерий разных видовотличаются:формой;величиной;прозрачностью;цветом;высотой;характером поверхности и краев;консистенцией.

13. Требов.микроорг. к факторам внеш.среды. Внешняя среда – это совокупность физических, химических и биологических факторов, от которых зависят все функции обитающего в данной среде организма и процессы его жизнедеятельности. Физические факторы.температура, влажность, давление, свет, лучистая энергия, характер питательной среды. Понижение температуры замедляет или прекращает развитие микробов, но не убивает их,повышение температуры ведёт к гибели клеток.  Содержание влаги (влажность) среды увеличивает количество растворимых питательных веществ, способствует питанию и развитию микробов. Ультрафиолетовые (свет) лучи обладают бактерицидным действием, т.е. убивают клетки микроорганизмов на поверхности в течение нескольких минут. Химические соединения губительно действуют на микробы и используются для их уничтожения. Они называются антисептиками или дезинфицирующими веществами. Биологические факторы. Микробы в процессе жизнедеятельности могут влиять друг на друга, способствуя развитию или угнетению. Многие бактерии, плесневые грибы выделяют в окружающую среду вещества – антибиотики, губительно действующие на развитие других микробов, оказывают бактерицидное действие.

14. Влияние температуры на развитие микроор. Является одним из важных физических факторов, которая определяет интенсивность роста микроорганизмов.Все микроорганизмы развиваются в определенных пределах температуры. При этом для каждого микроорганизма существуют три температурные точки развития:минимум — температура, ниже которой развитие микроорганизмов не происходит;оптимум— наилучшая температура для развития микроорганизмов;максимум— температура, выше которой развитие микроорганизмов не происходит.По отношению к температуре микроорганизмы подразделяются на три группы: психрофилы, термофилы, мезофилы.Психрофилы(холодолюбивые микроорганизмы) хорошо растут при относительно низких температурах: минимум в пределах -10 О "С, максимум 30 °С.Термофилы(теплолюбивые микроорганизмы) развиваются при относительно высоких температурах: минимум не ниже 30 "С, оптимум 55... 65 °С, максимум около 70... 80 °С.Мезофилы(средне теплолюбивые) развиваются при невысокой температуре: минимум 5... 10, оптимум 25...35°С.Повышенная температура для микроорганизмов более неблагоприятна, чем низкая. Наиболее устойчивы являются споры бактерий, который могут выдержать до 100 С.

15 условия возникновения сверхсинтеза в микробных клетках Синтез новых в-в, усваивать ранее неутелезирован-е субстраты,увелич.выход практисески ценного продукта,т.е. важен сверх синтез.Сверх синтез-такое производство продукта к-ое не требуется для роста продуцента.Изменение регуляции метаболизма 2мя путями: генетическим и биологическим.1-путем мутагенеза с последущей селекцией и отборов мутантов. 2-с использ. Современных рекомбинатных методов генетич-й и клеточной инженерией.увеличение продуктов микробного происхождения зависит от различных физиологических подходов.

16.Этапы культивирования микро-орг.1.подготовка питат.среды.2получение посевного материала(маточной культуры)3.выращивание произв-й культуры в поверхностных или глубиных условиях.4.выделение конечного продукта.

17.Способы стерилизации при культ микоорганиз Стерилизация бывает: физическая и химическая.Физическая подразделяется на термическую и холодную. Термическая -стерилизация под действием высоких температур, вызывающих денатурацию клеточных белков, разрушающих осмотический барьер клеток, нарушающих равновесие ферментативных реакций, что приводит к гибели клетки. Термическая стерилизация осуществляется различными способами: 1.Прокаливание в пламене горелки. Так стерилизуют бактериальные петли, иглы, кончики пинцетов, горлышки колб и пробирок, ватные пробки (кратковременно).2. Кипячение. Производят в стерилизаторе. Стерилизуют шприцы, ножницы, скальпели, пинцеты, резиновые перчатки и резиновые пробки. 3. Стерилизация сухим жаром в сушильных шкафах 4. Стерилизация в автоклаве .Холодная стерилизация проводится с помощью 1.фильтрования через мелкопористые антибактериальные или антивирусные фильтры. Фильтр, представляющий собой диск, закрепляется в специальном держателе.2. Стерилизацию облучением.Бактерицидные лампы используют для частичной стерилизации открытых поверхностей и воздуха. 

18.Требования к питат.средам. Среды должны содержать все необходимые для микроорганизма источники питания.  Недостаток или избыток питательных элементов неблагоприятны для роста микроорганизмов. Среды должны иметь достаточную влажность, кислотность,быть стерильными, чтобы обеспечить рост чистых культур микроорганизмов,прозрачность (чтобы был виден рост бактерий, особенно для жидких сред).Все элементы должны наход. в легкоусвояем. форме.Иметь источники углерода,азота,факторы роста.Иметь не менее 20% воды,рН(4.5-8.5), стерильной. Колония – это видимое невооруженным глазом, изолированное скопление бактерий на твердой питательной среде.

19.Классификация пит.сред. По консистенции:1) твердые (содержат 3–5 % агар-агара);2) полужидкие (0,15—0,7 % агар-агара);3) жидкие (не содержат агар-агара).  По составу:1) простые – мясопептонный агар, мясопептонный бульон;2) сложные – это простые с добавлением дополнительного питательного компонента (кровяного, шоколадного агара): сахарный бульон, желчный бульон, сывороточный агар, желточно-солевой агар. По происхождению:1) естественные (молоко, желатин, картофель);2) искусственные – среды, приготовленные из специально подготовленных природных компонентов (пептона, дрожжевого экстракта);3) синтетические – среды известного состава, приготовленные из химически чистых неорганических и органических соединений.

20.Характер. и треб. к сырью для пригот. пит.сред. Исходным сырьём для приготовления большинства сред служат продукты животного и растительного происхождения, а также готовые полуфабрикаты.Этапы приготовления1. варка: среды варят на открытом огне, водяной бане, автоклаве или варочных котлах.2. установление pH: ориентировочно производят с помощью индикаторной бумаги, для точного определения пользуются потенциометром или компаратором. При стерилизации pH снижается на 0,2, поэтому сначала готовят более щелочной раствор.3. осветление производят, если при варке среды мутнеют или темнеют. Для этого используют белок куриного яйца или сыворотку крови.4. фильтрация жидких и расплавленных желатиновых сред производят через влажный бумажный или матерчатый фильтры. Фильтрация агаровых сред затруднена -- они быстро застывают. Обычно их фильтруют через ватно-марлевый фильтр.5. разливают среды.6. стерилизация: режим стерилизации зависит от состава среды и указан в её рецепте.7. контроль.  для контроля стерильности среды ставят на 2 суток в термостат, после чего их просматривают. химический контроль окончательно устанавливает pH,  для биологического контроля несколько образцов среды засевают специально подобранными культурами, и по их росту судят о питательных свойствах среды.

21.Технолог.получ.посевн.материала.Посевной  материал  – это чистая культура, размноженная до такого количества, чтобы ею можно было засеять промышленный ферментер. Выращивание  посевного   материала  производится по следующимстадиям:1ст.выращивания  посевного   материала  осуществляется в заводской лаборатории. Исходную культуру размножают на скошенной агаризованной среде в пробирке в стерильных условиях при оптимальных составе питательной среды и режиме выращивания (рН_, температура, длительность). На 2стадии выращивания  посевного   материала  готовую культуру из колб стерильно переносят в  посевной  аппарат (инокулятор), в который предварительно вносят питательную среду и минеральные соли в определенных количествах. Культивирование продолжают до тех пор, пока в среде не накопится дрожжей или других микроорганизмов. 3стадия культивирования  посевного   материала  осуществляется в  посевном  аппарате объемом 3,2 м³. Для этого все содержимое малого инокулятора перекачивается в аппарат большего объема, в котором находится простерилизованная питательная среда. 4стадия процесса осуществляется в аппарате объемом 50 м³. Перед приемом дрожжевой суспензии с предыдущей стадии в аппарате готовят питательную среду путем подачи питательной среды, растворов питательных солей и микроэлементов. Среду доводят до оптимальных значений рН и температуры, перекачивают засевные дрожжи с предыдущей стадии и начинают процесс выращивания при непрерывной аэрации и перемешивании.

22. Способы культивирования микроорг. Способ культивирования зависит от конечной цели культивирования (целью является либо накопление биомассы, либо получение определенного продукта жизнедеятельности – метаболита). Поверхностное культивирование заключается в выращивании аэробных микроорганизмов на поверхности жидких и сыпучих питательных сред. При этом микроорганизмы получают кислород непосредственно из воздуха. При поверхностном культивировании на жидких средах микроорганизмы растут в виде пленок. Осуществляется поверхн. культ-ие в специальных ваннах – кюветах. Глубинное культивирование проводится на жидких питательных средах, в которых микроорганизмы развиваются во всем объеме питательной среды. Сочетание питательной среды и растущих в ней микроорганизмов называют культуральной жидкостью. Осуществляется глуб. культ-ние в специальных аппаратах – ферментаторах, снабженных мешалками и системой подвода стерильного воздуха для обеспечения роста аэробных микроорганизмов. При непрерывном культивировании культура находится в специальном аппарате, куда постоянно притекает питательная среда и откуда с такой же скоростью отводится культуральная жидкость

23Принципы устройства биореактора(ферментера) для культ микроог Назначением всякого биореактора является создание оптимальных условий для жизнедеят.культивируемых в нём клеток и микроорганизмов, а именно обеспечивать дыхание, подвод питания и отвод метаболитов путём равномерного перемешивания газовой и жидкой составляющих содержимого биореактора. При этом нежелательно подвергать клетки тепловому или механическому воздействию. В механическом биореакторе перемешивание осуществляется механической мешалкой, что приводит к недостаточно равномерному перемешиванию с одной стороны, и к гибели микроорганизмов с другой. В аэрлифтном биореакторе перемешивание осуществляется за счёт продувки газовой фазы через жидкость (барботажное перемешивание), что не всегда обеспечивает достаточно интенсивное перемешивание и приводит к нежелательному пенообразованию.В биореакторе газо-вихревого типа перемешивание осуществляется квазистационарным потоком с осевым противотоком, который создаётся аэрирующим газовым вихрем за счёт перепада давления над поверхностью и силы трения воздушного потока о поверхность суспензии

24 Подготовка биореактора к посеву и выращ микрооргПри культивировании микроорганизмов чаще всего применяется способ глубинного выращивания в специальных аппаратах – ферментерах. В простерилизованный термическим способом ферментер подается заранее измельченное, охлажденное и отстоянное сырье, которое подвергнется кислотному гидролизу. Рабочий цикл выращивания культуры микроорганизмов длится около 20 часов. По окончании рабочего цикла культуральная жидкость вместе с суспендированными в ней клетками микро-мов выводится из ферментера, а в него вновь подается питательный субстрат и культура дрожжевых или бактериальных клеток для выращивания. Выведенная из ферментера суспензия подается на флотационную установку,где производится отделение биомассы от культуральной жидкости. После отстаивания микробная масса концентрируется с помощью сепаратора. Микробная масса упаривается до необходимой концентрации и высушивается до влажности 8-10%. В полученной сухой дрожжевой массе содержится 40-60% сырого белка, 25-30% усвояемых углеводов, 3-5% сырого жира, 6-7% клетчатки и зольных веществ, а также большое количество витаминов (до 50 мг%).

25 Периодич и непрервн культивир микроог При периодическом культивировании весь объем питательной среды засевают чистой культурой, которую выращивают в оптимальных условиях определенный период времени до накопления нужного количества целевого продукта. Если культивирование ведется на невозобновляемой питательной среде (в стационарных условиях), то клетки все время находятся в меняющихся условиях. Таким образом, периодическую систему можно рассматривать как замкнутую систему. При непрерывном культивировании культура находится в специальном аппарате, куда постоянно притекает питательная среда и откуда с такой же скоростью отводится культуральная жидкость. Для микроорганизма создаются неизменные условия среды, поэтому непрерывную систему можно рассматривать как открытую систему. Поверхностное культивирование может быть только периодическим, в то время как глубинное культивирование может осуществляться и периодическим, и непрерывным способом.

26. Фазы роста и размножения микроор. При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается рост культуры. Рост подразделяют на несколько фаз1. Начальная(лаг-фаза) период между посевом бактерий и началом размножения. Продолжительность 4—5 ч. Бактерии при этом увеличиваются в размерах и готовятся к делению; 2. Экспоненциальная (логарифмическая) фаза период интенсивного деления бактерий. Продолжительность ее около 5—6 ч. бактерии могут делиться каждые 20—40 мин. 3. Стационарнаяфаза наступает когда число клеток перестает увеличиваться. При уменьшении в питательной среде концентрации питательных веществ, снижении парциального давления кислорода, накоплении токсических продуктов обмена, уменьшается скорость роста бактерий. несколько часов и зависит от вида бактерий.4. Фаза гибели характеризующаяся отмиранием бактерий в условиях истощения источников питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма бактерий. Продолжительность ее колеблется от 10 ч до нескольких недель. 

27 Концентрир и отдел биомассы от культурн жидкости В культуральной жидкости после окончания процесса ферментации содержатся микроорганизмы, продукты их жизнедеятельности, остатки питательной среды, пеногаситель, растворимые и нерастворимые вещества. Целевым продуктом биосинтеза могут быть непосредственно сами микроорганизмы либо их метаболиты, растворенные в культуральной жидкости или находящиеся внутри клеток микроорганизмов. Почти во всех случаях для получения целевого продукта необходимо отделить взвешенную фазу – массу микроорганизмов – от культуральной жидкости. Культуральные жидкости обычно являются сложными смесями и содержат большое число компонентов, многие из которых обладают близкими физико-химическими свойствами. Наряду с растворенными минеральными солями, углеводами, белками и другими органическими веществами культуральные жидкости содержат в значительном количестве полидисперсные коллоидные частицы и взвеси. Следовательно, они яв- ляются не только многокомпонентными растворами, но и суспензиями. Дисперсная фаза этих суспензий состоит из мицелия или клеток микроорганизмов, а также из твердых частиц, со- держащихся во многих питательных средах: муки, хлопьев из кукурузного экстракта и т.п. Содержание микроорганизмов в культуральной жидкости, как правило, очень низкое. В 1 л со- держится обычно 5-10 г сухой биомассы. Отделение такого количества взвешенной фазы – трудная технологическая задача, которую приходится решать путем концентрирования различ- ными способами (флотирование, сепарирование, упаривание). Способы отделения клеточной биомассы микроорганизмов от культуральной жидкости можно разделить на: - механические (отстаивание, фильтрование, центрифуги- рование); - теплотехнические (сушка)

28.Выделение целевых продуктов микроб.синтеза. Все методы выделения продуктов микробиологического синтеза из культуральной жидкости делят на две группы: 1) экстракция, ионный обмен, адсорбция, кристаллизация, если целевой продукт в растворе; 2) осаживание, фильтрование, центрифугирование, сепарирование, если целевой продукт в виде твердой фазы. При выделении растворенных веществ культуральную жидкость приходится подвергать предварительной обработке и очистке с помощью осаживания, фильтрования, центрифугирования, сепарирования и мембранных методов( ультра- и микрофильтрация). Осаживание (седиментация) – это процесс расслоения дисперсных систем под действием силы тяжести и отделение дисперсной фазы в виде осадка. Центрифугирование – это разделение неоднородных систем под воздействием поля центробежных сил. Фильтрование – это разделение твердой и жидкой фаз суспензии при пропускании ее через пористую перегородку. Экстракция – процесс разделения смеси твердых и жидких веществ с помощью избирательных (селективных) растворителей (экстрагентов). Адсорбция – это процесс поглощения одного или несколь- ких компонентов целевого продукта из газовой смеси или рас- твора твердым веществом – адсорбентом. Кристаллизация – это выделение твердой фазы в виде кри- сталлов, главным образом из растворов и расплавов. Упаривание – это процесс концентрирования жидких рас- творов путем частичного удаления растворителя испарением при нагревании жидкости.

29.Источник   ферментов. Ферменты  животного происхождения выделяют из органов, в которых протекают интенсивные биохимические процессы. Из слизистой желудка свиней и крупного рогатого скота получают препарат пепсина. Из поджелудочной железы свиней получают смеси трипсина, хемотрипсина, липаз и амилаз. Из желудка телят выделяют сычужный  фермент , широко используемый в сыроделии. Для нужд медицины и биохимии ферментные препараты выделяют из мышц, в том числе из сердца, печени, селезенки, почек, тонкого кишечника. Принцип действия ферментов. Вещество, подвергающееся превращению в присутствии фермента, называют субстратом. Субстрат присоединяется к ферменту, который ускоряет разрыв одних химических связей в его молекуле и создание других; образующийся в результате продукт отсоединяется от фермента.

30. Класифик.ферментов.ферменты разделяют на 6 классов. оксидоредуктазы-они осуществляют перенос водорода и электронов. Трансферазы – принимают участие в промежуточном обмене веществ. Гидролазы -при расщепление различных субстратов при участии молекул воды. Лиазы -в результате их действия образуются двойные связи. Изомеразы- ферменты, катализирующие превращение изомерных форм друг в друга. Лигазы- принимают участие в реакции соединения двух молекул, то есть синтетических процессах, сопровождающихся расщеплением макроэнергитических связей АТФ или других макроэргов.

31Получение ферментов микробн способом.Ферменты-катализаторы белковой природы,вырабатывае. Клетками и тканями организ-в и они ускоряют течение биохим-х и хим-х реакций,не входя в состав конечных продуктов. Технология получения из м.о.сложная, т.к. включает этап культивир-я м.о. (получ-е посев-го материала и произв-е культуры).Д.произв-ва посев. материала исп-т исход. штамм продуцентов, получаемый из лабор. чистых культур, которые выращ-т разными способами на предварительно стерилиз-х тверд-х или жидких средах до опред-го возраста. Далее посевной материал консервируют (высушиванием ил при низкой темп-ре)до дальнейш-го использ-я. Производств-е к-ры прдуцентов получ-т, выращивая посевной материал м.о. Исп-т поверхностное и глубинное культ-е м.о.Исп-т более экономич-й глубинный метод. Примен-т ферментёры, снабжают перемеш-ми устр-ми, устр-ми для подачи стерил-го воздуха. Сначала ферментёр заполн-т пит-й средой, автоклавируют, засев-т чист. к-рой. В ферментёрах поддерж-т повыш-е давление, д.предотвращ-я инфекции., оптим-е знач-я кислот-ти, температуры. Наиболее перспектив-й явл. проточный метод культивир-я орг-в, обеспеч-ий непрерывную подачу в ферментёр пит. Среды и посевного материала. Ферментёр предст-т собой вращ-ся трубкообразный реактор ч/з один конец поступает пит-я среда и кул-ра м.о., а с др.- выводятся ферменты, прд-ты жизнедеят-ти и бактер-я масса. Очень важно кач-во пит-й среды, она д.б. полноценной по составу, обеспеч-ть рост м.о. и биосинтез фермента.

32иммобилизация ферментовВ живых системах ферменты способны длительно работать без потери активности. В искусс-х условиях ферментные препараты после 1-разового использ-я ферменты инактивируются, поэтому созд-т препараты многократ-го использ-я. Препараты, ферменты в активной форме прикрепл-т к нерастворим-й основе. Иммобилизиров-е ферм-е препараты- это единая система , сост. из 3-х частей.: фермента, носителя и связующего их звена. Свойства носителя: -д.б. нерастворимым,- высок. хим. и биол. стойкость.-значит-я гидрофильность,-достат-я проницаемость,-легко активир-ся.

33 Выделение и очистка продуктов ферментацииЕсли фермент можно исполь. виде неочище.препарата, его не очищают.Неочищ-е ферменые препараты получают путем высушивания в мягком режиме культуры м.о. вместе с остатками пит.среды.Их получают путем упаривания экстрата из культуры продуцента, выращеного поверхностным способом или фильтрата культуральной жидкости.Также исп. метод ацетоновых порошков-осаждении и обезвоживании при темпер.невыше-10⁰С тканей иливытяжек из них,содержащихферменты. Для выделения ферментов необ. Измельчить исходный материал. Получ.очищеных препаратов:термическое фракционирование, осаждение ораническими растворителями, солями и тяжелыми металлами, фильтрация на молекулярных ситах,электрофорез,ионообменная хроматография. Очищ.фермен-ые препараты хранят при низк.темпер до -80 ⁰С.

34Примен фермен в перер промышПептидогидролаза – лизис белка, использ-т в получении сыра, умягчении мясных и рыбных изделий, пивоварении, виноделии, хлебопечении. Амилазы – гидролиз-т крахмал. В пивоварении, хлебопечении, спиртовой пром-ти, получ-ии патоки и глюкозы. Целлюлазы - гидролиз целлюлозы. Произв-во пищ-х и кормовых белк-х препар-в, получение этанола, глю – фру сиропов.

В перерабатывающей промышленности используются растительные протеазы - папаин и химопапаин (плоды дынного дерева); фицин и бромеалин (млечный сок инжира и свежий сок ананаса. Область применения: кожевенная промышленность (при обезволаживании и мягчении шкурок), парфюмерии (для создания добавок в кремы, лосьоны, зубные пасты); производстве синтетических моющих средств (для удаления загрязнений белковой природы); пищевая промышленность (виноделие, пивоварение, производство спирта, хлебопечение, сыроделие). Протеазы семян растений злаковых и бобовых культур, участвующих при прорастании семян в расщеплении запасных белков до аминокислот, используются для улучшения хлебопекарных качеств муки.

Протеазы животного происхождения трипсин, химотрипсин применяются для производства гидролизатов, пепсин и реннин входят в состав сычужного фермента и используются для свертывания казеина молока и для растворения белковой мути в пиве.

35.Строение и функции ДНК. ДНК представляет собой спираль, состоящую из двух комплиментарных полинуклеотидных цепей, закрученных вправо. В состав нуклеотидов ДНК входят: азотистое основание, дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты. Азотистые основа­ния делят на пуриновые (аденин и гуанин) и пиримидиновые (тимин и цитозин). Две цепи нуклеотидов соединяются между собой через азотистые основания по принципу комплементарности: между аденином и тимином возникают две водородные связи, между гуанином и цитозином — три. Функции ДНК: 1) обеспечивает сохранение и передачу генетической информа­ции от клетки к клетке и от организма к организму2) регуляция всех процессов, происходящих в клетке, обеспе­чиваемая способностью к транскрипции с последующей тран­сляцией. Процесс самовоспроизведения (авто-репродукции) ДНК назы­вается репликацией. Репликация обеспечивает копирование гене­тической информации и передачу ее из поколения в поколение, генетическую идентичность дочерних клеток, образующихся в результате митоза, и постоянство числа хромосом при митоти-ческом делении клетки.

36.Современное представление о строении генов у прокариот и эукариот.1.Геном прокариот.отсутствие ядра, отгороженного ядерной мемб­раной от цитоплазмы. механизмы регуляции экспрессии генов,не встречаются у прокариот. Ген-ед-ца наследст.информ, заним.опре­деленное положение в геноме или хромосоме и контролир.выполнение опред-ой функции в орган. ген с-т из 2х элементов: регуляторной части и собственно коди­рующей части. Кол-во неко­дирующих послед-ей нуклеотидов миним-о.5'-конец прокариотического гена имеет организацию регуляторных элементов,на расстоянии 50-70 н.п. от точки инициации транскрип­ции. Этот участок наз.промотором. Он д.транс­крипции гена, сам в РНК не транскрибируется. Противопо­ложный3'-конец-терминаторная область д.терминации транскрипции. В РНК он не транскрибируется. Последовательности ДНК, яв.сигналами остановки транскрипции, находятся на3'-конце гена-транскрипционными терминаторами. Они содержат последовательно­сти,к-е в транскрибируемой РНК формируют структуру шпильки.Кроме хромосомы у бактерий сущест.др.способные к автономной репликации структуры-плазмиды. Это двуцепочечные кольцевые ДНК,несущие гены, необязательные д.клетки-хозяина, или гены, необх-е лишь в определенной среде.

2.Геномэукариот.наличиеядра. Информационной макромолекулой яв.ДНК, к-я неравномерно распределена по нескольким хромосомам в виде комплексов с многочисленными белками. генетическая информация заключена и во внехромосомных молекулах ДНК.Геном эукариот отличается от генома прокариот: избы­точность. Эук.клетка содержит больше генов, чем прокариотическая. часть их геномной ДНК-представлена некодирующими послед-ми нуклеотидов. Эукариотический ген-совокуп­ность сегментов ДНК, к.вместе составляют экспрессируемую единицу, ответственную за образование функ­ционального продукта - либо молекулы РНК, либо полипептида.К сегментам ДНК, относятся элементы:-Единица транскрипции-участок ДНК, кодирующий первичный транскрипт. Он вкл:а)последовательность, в молекулах РНК;б)интроны (д.мРНК);в)промежуточные последовательно­сти-спейсеры(д.рРНК).г)5'-и3'-нетранслируемые последовательности.

-Минимальные последовательности, д.начала транскрипции (промотор) и конца транскрипции (терминатор).

-Последовательности, регулирующие частоту инициации транскрипции, ответственные за индуцибельность и репрессию транскрипции-это энхансеры и сайленсеры -это последовательности ДНК.Многие гены эукариот имеют мозаичное стро­ение. чередо­вание кодирующих (экзоны) и некодирующих (интроны)

37.Синтез белка в клетке.Синтез белка осущ-ся в два этапа: транскрипция и трансляция.

I.Транскрипция-переписывание генетич-й информации с молекулы ДНК на молекулу и-РНК (информационную,матричную). ДНК деспирализуется, рвутся водородные связи м-у азотистыми основаниями, и цепочки расходятся на участке какого-либо гена. Затем на смысловой цепочке ДНК, на участке структурного гена, синтезируется молекула и-РНК (при помощи фермента РНК-полимеразы) по правилу комплементарности (А-У; аденин, урацил, Г-Ц гуанин и цитозин) из свободных нуклеотидов.

II.Трансляция-синтеза белка, происходящий в рибосомах ядра и цитоплазмы. В нем активное участие принимают транспортные РНК,к-е подносят к рибосоме активированные аминокислоты и участвуют в расшифровке генетического кода. Небольшие молекулы т-РНК способны сворачиваться и образуют структуры, напоминающие по форме клеверный лист. В клетке имеется столько же разных т-РНК, сколько кодонов, шифрующих аминокислоты. На вершине среднего «листа» имеется распознающий триплет – антикодон.

Последовательность триплетов в молекуле и-РНК определяет последовательность аминокислотных остатков в синтезируемой на данной матрице молекуле белка.

Если антикодон т-РНК комплементарен кодону и-РНК, т-РНК оставляет в рибосоме принесенную аминокислоту, и она присоединяется к синтезируемой белковой цепочке.

В рибосоме могут находиться одновременно две т-РНК. Таким образом, зная строение ДНК (гена), можно расшифровывать структуру молекулы белка. Если известны изменения в ДНК, то можно предвидеть изменения в структуре белка.

38.Способы передачи генетического материала у бактерий и вирусов.У вирусов один–трансформация. У бактерий 3:трансформация, трансдукция, конъюгация.

Трансформация бактерий–перенос ДНК, изолированной из одних клеток, в другие. При трансформации ДНК, выделенную из клеток одного штамма, поглощают клетки другого штамма–реципиента.

2типа бактериальной трансформации: естественная и индуцированная,к-я связана с тем, что бактериальная клетка специально готовится к процессу переноса ДНК, т.е. она приобретает компетентность к трансформации.

Фрагмент ДНК выходит в окружающую среду и связывается с поверхностью комплементарных клеток.

В ходе трансформации одна из двух цепей ДНК деградирует и в клетку проникает другая, которая спаривается с гомологичным участком ДНК в реципиентной клетке, с цепью, являющейся комплементарной ей. Процесс трансформации завершается в течение 10-30 мин. Трансдукция– перенос генов из одной бактериальной клетки в др. при помощи бактериофагов. Раз-т 3 типа трансдукции: общую (неспецифическую),ограниченную и абортивную. В общей трансдукции фрагменты бактериальной донорской ДНК случайно включаются в созревшую частицу вместе с ДНК фага.При ограниченной-профаг включается в определенное место хромосомы бактерии и трансдуцирует определенные гены.

При абортивной-фрагмент хромосомы донора, перенесенный в клетку реципиента, не всегда включается в хромосому реципиента, а может сохраняться в цитоплазме клетки, и в таком виде способен поддерживаться и проявляться фенотипически. При делении бактерий он попадает только в одну из дочерних клеток.

Конъюгация – непосредственный контакт между клетками бактерий, сопрвождаемый переносом генетического материала из клеток донора в клетки реципиента. Для появления рекомбинантов необходим непосредственный контакт между бактериальными клетками.

39.Задачи и методы генной инженерии. Создание генномодифицированных источников пищи.Генная инженерия–раздел биотехнологии, связанный с целенаправленным конструированием in vitro новых комбинаций генетического материала.

Задачи:1Получение генов путем их ьсинтеза или выделений из клеток.2Получение рекомбинантных молекул ДНК.3Клонирование генов или генетических структур.4Введение в клетку генов или генетических структур и синтез чужеродного белка.

Методы:1Выделение молекулы ДНК из различных естественных и природных в-в.2Разделение молекулы ДНК на фрагменты с помощью различных ферментов.3Склеивание фрагментов ДНК разных структур.4Выявление последовательности нуклеотидов и нукле-х кислот (ДНК и РНК).5Получение множественного копирования фрагментов ДНК и создание фрагментов ДНК и создание банка копий.6Перенос генов одной клетки в другую.

Генетически модифицированные источники пищи (ГМИ)-используемые человеком в пищу в натуральном или переработанном виде пищевые продукты, полученные из генетически модифицированных организмов.ГМИ-позволяет повысить продуктивность, оптимизировать отдельные части и ткани туш, улучшить консистенцию, вкусовые и ароматические свойства мяса,. изменить структуру и цвет мышечной ткани, степень и характер жирности, рН, жесткость, влагоудерживающую способность.Но до настоящего времени не проведены детальные исследования в отношении безопасности этой продукции для организма человека.

40.Ферменты генетической инженерии.

Ферменты генетической инженерии – ферменты, позволяющие проводить различные манипуляции с молекулами ДНК: разрезать в определенных местах, соединять различные по происхождению фрагменты, синтезировать новые, не существующие в природе последовательности, и т.д. основные ферменты:I группа. ДНК-полимеразы. Функции:1Построение второй комплиментарной цепи.2Применяется для заполнения бреши в цепи ДНК.3Используется для введения радиоактивной метки во фрагмент ДНК.4Используется термостабильная ДНК–полимеразы.5Применяется при ПЦР (полимеразная цепная реакция).

IIгр. ДНК-лигаза осуществляет одну функцию – соединение фрагментов ДНК путем восстановления фосфодиэфирных связей между соединениями нуклеотидами. С помощью лигазы Т4 соединяют любые фрагменты ДНК с любыми концами: «липкими» или «тупыми».

IIIгр Нуклеазы–большая группа ферментов, катализирующих реакцию гидролиза молекул нуклеиновых кислот. В результате действия нуклеаз молекула ДНК или РНК распадается на фрагменты или отдельные нуклеотиды. Различают ДНК-нуклеазы, РНК-нуклеазы, рестриктазы – специфические эндонуклеазы.В генной инженерии наиболее широко используются около 200 рестриктаз.Рестриктазы могут указывать короткую нуклеотидную последовательность из 4-6 нуклеотидных пар и разрывать межнуклеотидные связи только в этом месте.

41Конструирование рекомбинантных днк.

Под рекомбинантными понимают ДНК, образованные объединением in vitro (в пробирке) двух или более фрагментов ДНК, выделенных из различных биологических источников.

Рекомбинантная ДНК–искусственно полученная ДНК. Фрагменты ДНК, получают при помощи рестриктаз. Рестриктазы могут образовывать фрагменты с тупыми, и с липкими концами.

Последовательность генно-инженерных процессов.

1Получение гена.

2Встраивание гена в векторы и их размножение – клонирование.

3Перенос гена в клетки реципиентов.

4Склиринг – отбор бактерий или клеток в которые встроился ген.

5Встраивание гена в ДНК реципиента и его экспрессия).

6Вылавливание генных продуктов из «грязной» смеси.

Получение генов.Ген можно получить двумя методами:

1.Рестрикционный,2.Синтез генов: химический,ферментативный, химико-ферментативный.1впервые синтезировали химическим путем алланиновой т-РНК, ген включал 77 пар нуклеотидов. Ученые синтезировали нуклеотиды, затем соединяли их между собой при помощи ферментов – лигазы.Ген при введении к клетку кишечной палочки работать не стал, т.к. не имел регуляторных участков (промотора, ферментатора).В 1976 г Корана с сотрудниками осуществил синтез гена супрессорной–теразиновой т-РНК, также они синтезировали промотер, терминатор с концами присоединили тетро-нуклеотиды А-А-Т-Т–ТТАА в этом случае ген начал работать.2Ферментативный синтез. В 1970 г Темин с сотрудниками обнаружил фермент у онкогенных вирусов – обратная транскрептаза или ДНК-ревертаза.С помощью ДНК-зонда отыскивают нужную и-РНК и при помощи обратной транскриптазы синтезируют на ней комплиментарную цепочку ДНК, а затем при помощи ДНК-полимеразы двойную цепочку ДНК.3.Химико-ферментативный синтез – сам ген синтезируется ферментативным путем, а все регуляторные элементы (олигонуклеотиды) – проймеры, линкеры, адапторы, промотеры – синтезируются химическим путем.