Нанобиотехнологии в кормлении животных, производстве и переработке сельхозпродукции. Учебное пособие

Биополимеры – высокомолекулярные природные соединения (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и их производные), которые состоят из повторяющихся, сходных по структуре низкомолекулярных соединений (мономеров), являются структурными частями живых организмов и играют важную роль в процессах жизнедеятельности.

Биосовместимость – способность материала, изделия или устройства выполнять свои функции в живом организме, не вызывая его отрицательных реакций.

Биосфера –оболочкаЗемли,состав,структураиэнергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов.

Биореактор – устройство, в котором протекают биохимические реакции при участии живых микроорганизмов, клеточных экстрактов или ферментов.

Биота – сложившийся естественным путём комплекс живых организмов, обитающий на какой-то крупной территории, изолированной естественными барьерами (например, геологическими структурами).

Биотоп – относительно однородное по абиотическим факторам пространство, занятое биоценозом.

Биотехнология – совокупность методов, использующих живые организмы и биологические процессы для производства ценных продуктов (ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и т. д.).

Биотопливо – топливо, вырабатываемое живыми организмами.

Биочип – матрица размером несколько сантиметров, с помощью которой можно получить данные о функциональной активности генов организма.

Биоценоз – совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, совместно населяющих участок суши и водоёма.

181

Генетическая (генная инженерия) – раздел биологии, зада-

чей которого является создание новых комбинаций генетического материала, способного размножаться в клетке организма хозяина и изменять ее обмен веществ.

Денатурация ДНК – разрушение водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями и распад молекулы ДНК на две полинуклеотидные цепочки при нагревании до 93–95о С.

Диффузия – распространение (перенос) частиц в определенной среде, обусловленное хаотическим тепловым движением молекул (атомов).

Ионизация – процесс, в результате которого вода приобретает большой отрицательный потенциал и становится низкомолекулярной.

Имплантат – биологическая структура (орган, ткань и т. п.) природного или искусственного происхождения, которая пересаживается в живой организм в роли протеза (заменителя отсутствующего органа человека) либо в качестве идентификатора (например, чип с информацией о домашнем животном, вживляемый под кожу).

Иониты – вещества, способные к ионному обмену. Подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты обладают способностью обменивать ионы водорода и другие положительные ионы (катионы) металлов. Аниониты способны обменивать гидроксильные ионы (или другие отрицательные ионы), содержащиеся в растворе.

Иммуноглобулины – сложные белки, способные связываться с чужеродными веществами – антигенами и обеспечивающие гуморальный иммунитет.

Ионы – электрически заряженные частицы, образующиеся при потере или приобретении электронов атомами или группой атомов. Положительно заряженные ионы назы- ваютсякатионами,отрицательнозаряженные–анионами.

182

Иммуннология–биологическаяимедицинскаянаучнаядис- циплина, изучающая защитные реакции организмов, на- правленныенаподдержаниеихструктурно-функциональ- ной целостности и биологической индивидуальности.

Кавитация – процесс парообразования и последующей конденсации пузырьков пара в потоке жидкости, сопровождающийся гидравлическими ударами с образованием кавитационных пузырьков. Перемещаясь спотоком в область с более высоким давлением, кавитационный пузырек схлопывается, образуя при этом ударную волну.

Каналообразующие белки – белки, которые формируют при изменении своей пространственной структуры каналы (поры), сквозь которые проникают ионы и другие неорганические вещества.

Клетка – основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, на уровне которой проявляются все свойства живого.

Крахмал – природный углевод, накапливаемый в клетках растений в виде крахмальных зерен. Общая формула

(С6Н10О5) n Н2О.

Кудюрит – минеральное вещество кудюров, составляющее минеральную пищу животных-литофагов.

Литофагия(«литос»–камень;«фагос»–пожирание)–кам- неедение. Явление, чрезвычайно широко распространённое в природе. Литофаги – все травоядные и всеядные животные: лошади, коровы, олени, яки, козы, бараны, свиньи.

Липосома – сферический пузырек, стенка которого образована липидами, которые формируют обычно двойной слой – липидный бислой.

Макрофаги–неоднороднаягруппаклетокиммуннойсисте- мы организма. Включает все клетки, способные поглощать из крови коллоидные частицы и микроорганизмы,

183

участвует в формировании иммунитета и поддержании гомеостаза.

Метаболизм – обмен веществ.

Микротрубочки – часть цитоскелета, состоящая из белка тубулина, имеющая вид полых цилиндрических структур. Длина микротрубочек варьирует от 100 нм до 1 млн нм (1мм), диаметр 25 нм, толщина стенки составляет 5 нм. Выполняют опорную функцию в клетке, формируют веретено деления, входят в состав клеточного центра, базальных телец, ресничек и жгутиков.

Микрофиламенты актиновые – часть цитоскелета, пред-

ставленная нитевидными структурами актина диаметром 7 нм. Принимают участие в изменении формы клетки, прикреплении к субстрату, амебоидном движении клетки.

Микрофлора – совокупность микроскопических организмов,обитающихворганеилиопределеннойэкосистеме.

Модификация белков – химические превращения полипептида, разрезание молекулы на фрагменты, сшивание отдельных фрагментов и т. д.

Нанобактерии (нанобы) – самые маленькие микроорганизмы сферической формы, диаметр которых от 20 до 150 нм, впервые открытые в конце ХХ в.

Нанобиокомплексы–сложныебиологическиеструктурынад- молекулярного(субклеточного)уровняорганизациижизни (клеточная мембрана, субъединица рибосомы и т. п.).

Нанобиосенсор – искусственное наноустройство, в котором чувствительный слой, содержащий рецепторы (антитела, ферменты и т. д.), непосредственно реагирует на присутствие в биологическом материале определяемого компонента. При этом он генерирует сигнал, функционально связанный с концентрацией этого компонента. Конструктивно нанобиосенсор представляет собой ком-

184

бинированное устройство, состоящее из двух преобразователей – биохимического и физического, находящихся с тесном контакте друг с другом.

Нанобиотехнологии – раздел в нанотехнологиях, посвященный изучению воздействия наночастиц на живые системы, а также разработке способов применения биологических наноструктур и нанопроцессов в медицине, экологии, сельском хозяйстве и других отраслях производства. Область науки на стыке биологии и нанотехнологии. Этот термин используют как в случаях применения нанотехнологических устройств и наноматериалов в биотехнологии, так и при использовании биологических молекул для нанотехнологических целей.

Нанобиореакторы – живые организмы, используемые для получения наночастиц.

Наноколышки – массив нанотрубок, на котором выращивают клетки. Наноколышки прободают плазмалемму и проникают в цитоплазму на разную глубину, не вызывая повреждения клетки.

Нанокомпозитные материалы – наноматериалы, сфор-

мированные двумя и более веществами (структурами), например, нанокомпозитный материал, получаемый из биологической мембраны и вирусов.

Наноконтейнеры – полые веретенообразные капсулы из белковых молекул, предназначенные для доставки лекарств, ДНК, РНК.

Нанолитография (нанопечать) – методика получения большого количества биологических мембран; в качестве «чернил» используются липиды, которые с помощью атомно-силового микроскопа наносятся на стекло или кремниевую пластинку.

Наномедицина – диагностика и лечение заболеваний человека на молекулярном и субклеточном уровнях.

185

Нанометр – одна миллиардная часть метра (10–9 м). Нанопроцессы – процессы, в которые вовлекаются нано-

структуры (наночастицы).

Наносомы (мицеллы) – мельчайшие сферы, состоящие из липидов, но не имеющие, в отличие от липосом, внутренней полости; от внешней среды наносомы отделены однослойной липидной стенкой.

Наноструктуры – объекты, размеры которых лежат в диапазоне от 1 до 100 нм.

Нанотело – вариабельная часть верблюжьего антитела, в котором исходно отсутствуют легкие полипептидные цепи. По размерам нанотело в 10 раз меньше антитела.

Нанотехнология – процесс создания новых веществ или материалов путем манипуляции атомов или частиц менее одной миллиардной доли метра (10–9 метра).

Нанотрубки – липидно-белковые структуры; глобулярный белок тубулин образует остов нанотрубок, который покрывается липидным биослоем; последний, в свою очередь, окружается снаружи кольцами или спиралями из тубулина.

Наночастицы небиогенной природы (минералы) – могут быть носителями биомакромолекул, предназначенных для целевого воздействия на биологические объекты.

Наноявления – явления живой природы, протекающие с участием наноструктур.

Нуклеоид – зона цитоплазмы прокариот, содержащая одну кольцевидную молекулу ДНК.

Олигомеризация белков – процесс объединения полипептидов (протомеров, субъединиц) в олигомерную структуру (олигомерную молекулу).

Орган – анатомически оформленная и функционально специализированная часть организма; элементами органов могут быть клетки, межклеточное вещество, кровеносные и лимфатические сосуды, нервы.

186

Организм – целостная живая система, являющаяся реальным носителем жизни, характеризующаяся всеми фундаментальными свойствами и проявлениями жизни.

Осахаривание крахмала – заключительная стадия гидролиза крахмала с получением гидролизата заданного состава.

Патока – сахаристый продукт, получаемый осахариванием (гидролизом) крахмала (главным образом картофельного и маисового) разбавленными кислотами или ферментами с последующим фильтрованием и увариванием сиропа.

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – эксперименталь-

ный метод, позволяющий значительно увеличивать малыеконцентрацииопределенныхфрагментовнуклеиновой кислоты (ДНК) в биологическом материале (пробе).

Полимеразы – ферменты, катализирующие матричный синтез нуклеиновых кислот.

Полипептид – полимер, образованный в результате соединения множества аминокислот (мономеров) посредством пептидных (азот-углеродных) связей.

Промежуточные филаменты – часть цитоскелета, обра-

зованная нитевидными структурами диаметром около

10 нм.

Регенерация – свойство живых организмов восстанавливать поврежденные клетки, ткани, а иногда и целые органы.

Рекомбинантная (гибридная) ДНК – искусственно соз-

данная из двух и более фрагментов молекула ДНК. Рестриктазы – группа ферментов, разрезающих молекулу

ДНК на фрагменты.

Самоорганизация – процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Свойство самооргани-

187

зации характерно для живой клетки, целого организма, биологической популяции, биогеоценоза.

Самоорганизация белка – самосборка и самоукладка молекулы белка в естественную (нативную) трехмерную структуру.

Самосборка – спонтанное упорядоченное объединение биополимеров, приводящее к образованию надмолекулярных структур (цитоскелета, мембран и др.). Не требует затрат энергии и осуществляется посредством образования нековалентных, вторичных связей.

Секвенирование – установление последовательности звеньев (нуклеотидов, аминокислот) в молекулах нуклеиновых кислот или белков.

Сенсорный белок – белок, выполняющий функцию вос- приятиясигнала.Чащевсегоэтобелок-рецептор,распо- ложенный в клеточной мембране.

Стволовые клетки – клетки, входящие в состав постоянно обновляющихся тканей животных и способные специализироваться, преобразовываться в другие виды клеток.

Субстрат – вещество, химическое превращение которого происходит при участии фермента.

Суспензия–дисперснаясистема,состоящаяизчастицтвер- дого тела (дисперсной фазы), распределенных в жидкой среде.

Трансгенные растения – растения, содержащие чужеродные гены.

Трансплантация генов (трансгенез) – встраивание новых генов вДНК организма хозяина (организма-реципиента).

Ферментация – процесс расщепления органических веществ под действием ферментов до наночастиц.

Ферменты – биологические катализаторы, ускоряющие биохимические реакции по превращению сложных питательных веществ в наночастицы, простые соедине-

188

ния: сахара, аминокислоты и т. д. С участием ферментов реализуется генетическая информация и осуществляются все процессы обмена веществ и энергии в живых организмах.

Фибриллы – микроскопические волокна, образуемые молекулами белков.

Фуллерен – форма углерода (наряду с алмазом, карбином и графитом), представляющая собой сферические замкнутые многогранники, состоящие из четного числа атомов углерода.

Энодофуллерен – фуллерен, внутрь которого заключены один или несколько атомов или простейших молекул.

Ценоз – сообщество: фитоценоз – растений, зооценоз – животных и т. д.

Экология – наука о взаимоотношениях живой и неживой природы.

In vitro (лат. буквально «в стекле») – технология выполнения эксперимента вне живого организма, «в пробирке».

In vivo (лат. буквально «в живом») – технология выполнения эксперимента в живом организме.

189

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. АйлерР.Химиякремнезема.–М.:Мир,1982.–Ч.1.–1127с. 2. Аксёнов В. В. Комплексная переработка растительного крахмалосодержащего сырья в России // Вестн. КрасГАУ. –

2007. – № 5. – С. 213–218.

3. Акуличев В. А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях. – М.: Наука, 1978. –278 с.

4. Аминокислотное питание свиней и птицы / А. Я. Аврутина, А. П. Дмитроченко, П. А. Наумов, А. В. Тоичкина, А. И. Черепанова. – М.: Колос, 1966.

5. Аминокислотное питание свиней и птицы: сб. материалов совещ. по вопр. аминокислот. питания с.-х. животных (Харьков, 1962 г.). – М., 1963.

6. Амромин Э. Л. Метод решения нелинейных нестационарных задач теории кавитационных течений идеальной жидкости // Журн. техн. физики. –1993. – Т. 63, № 4. – С. 194–199.

7. Андреев Н. Р. Прогнозные оценки развития крахмалопаточного производства / Н. Р. Андреев, Н. Д. Лукин, Л. А. Медведева // Пищ. пром-сть. – 1999. – № 12. – С. 34–35.

8. Балабудкин М. А. Роторно-пульсационные аппараты в хи- мико-фармацевтической промышленности. – М.: Медицина, 1983. – С. 160.

9. Бгатов В. И. Функции природных минералов в обменных процессах сельскохозяйственной птицы / В. И. Бгатов, К. Я. Мото- вилов,М. А.Спешилова//С.-х.биология.–1987.–№ 7.–С.98–182.

10. Белоглазов И. Н. О некоторых особенностях моделирования гидродинамических процессов / И. Н. Белоглазов, Н. К. Белоглазов, М. И. Курочкина // Там же. – 1992. – Т. 65, № 5. – С. 1139–1146.

11. Бокова Т. И. Детоксиканты различного происхождения// Кормление с.-х. животных и кормопроизводство. – 2012. – № 4. – С. 65–68.

12. Бокова Т. И. Эколого-технологические аспекты поведения тяжелых металлов в системе почва – растение – животное – продукт питания человека / РАСХН. Сиб. отд-ние; ГНУ СибНИПТИП. – Новосибирск, 2004. – 206 с.

190