- •1. Введение
- •1. Допастеровская эра (до 1865 г.).
- •2. Послепастеровская эра (1866 – 1940 гг.).
- •3. Эра антибиотиков (1941-1960 гг.).
- •4. Эра управляемого биосинтеза (1961 – 1975 гг.).
- •5. Эра новой биотехнологии (после 1975 г.).
- •Вопросы для самоконтроля
- •2. Живая клетка – основа биологических систем
- •Эндоплазматический ретикулум (эр)
- •Аппарат Гольджи
- •Цитоплазматический матрикс
- •Клеточные органеллы
- •Хлоропласты
- •Клеточная стенка
- •3. Общая характеристика организмов – объектов биотехнологии
- •Эукариоты. Водоросли
- •Принципы подбора биотехнологических объектов
- •Вопросы для самоконтроля
- •4. Основы генетики микроорганизмов
- •Репликация
- •Синтез белка
- •Регуляция генной активности
- •Изменчивость
- •Генетическая рекомбинация
- •Плазмиды
- •Вопросы для самоконтроля
- •5. Метаболизм и принципы его регуляции
- •Анаболизм и катаболизм
- •Углеводы как источник энергии
- •Анаэробное дыхание
- •Брожение
- •Молочнокислое брожение
- •Спиртовое брожение
- •Маслянокислое брожение
- •Аминокислоты как источник энергии
- •Липиды как источники энергии
- •Двууглеродные соединения как источники энергии
- •Рост микроорганизмов на углеводных средах, спиртах, органических кислотах, углеводородах, с1-соединениях
- •Вопросы для самоконтроля
- •6. Ассимиляция у автотрофных и гетеротрофных организмов
- •Биосинтез углеводов
- •Поглощение света и возбуждение пигментов.
- •Биосинтез нуклеиновых кислот
- •Синтез пуриновых нуклеотидов:
- •Регуляция метаболизма
- •Первичные метаболиты
- •Производство аминокислот.
- •Производство органических кислот.
- •Производство спиртов.
- •Производство витаминов.
- •Вторичные метаболиты
- •Антибиотики.
- •Вопросы для самоконтроля
- •7. Питание микроорганизмов
- •Механизм поступления веществ в клетку
- •1) Пассивная диффузия.
- •4) Перенос (транслокация) групп.
- •1.Фотолитотрофия.
- •2. Фотоорганотрофия.
- •3. Хемолитотрофия.
- •4. Хемоорганотрофия.
- •Потребности микроорганизмов в дополнительных питательных веществах
- •Минеральные элементы.
- •Ростовые вещества.
- •Вопросы для самоконтроля
- •8. Рост, размножение и культивирование микроорганизмов
- •Рост бактериальной клетки
- •Размножение бактерий
- •Размножение бактериальной популяции
- •Непрерывные культуры
- •Синхронные культуры
- •Вопросы для самоконтроля
- •9. Подготовка биологических объектов для биотехнологического процесса
- •Гибридизация микроорганизмов
- •1. Получение генов.
- •2. Введение гена в вектор.
- •3. Перенос генов в клетки организма-реципиента.
- •4. Идентификация клеток-реципиентов, которые приобрели желаемый ген (гены).
- •Генетическая инженерия и конструирование новых организмов
- •Улучшение продуцентов, используемых в производстве, методами генетической инженерии
- •Клеточная инженерия
- •Получение гибридных клеток
- •Возможности клеточной инженерии
- •Культуры тканей и клеток высших растений
- •Культуры клеток животных и человека
- •Трансплантация эмбрионов
- •Гибридомная технология
- •Вопросы для самоконтроля
- •10. Культивирование биологических объектов
- •Принципы действия и конструкции биореакторов
- •Системы перемешивания и аэрации
- •1. Аппараты с механическим перемешиванием.
- •2. Аппараты с пневматическим перемешиванием.
- •3. Аппараты с циркуляционным перемешиванием.
- •Лабораторные, пилотные и промышленные биореакторы: проблемы масштабирования
- •Биотехнологические процессы и аппараты периодического и непрерывного действия
- •Периодические процессы.
- •Специализированные типы биотехнологических процессов и аппаратов Анаэробные процессы.
- •Твердофазные и газофазные процессы.
- •Поверхностные процессы.
- •Вопросы для самоконтроля
- •11. Словарь терминов
- •12.Список использованной литературы
Механизм поступления веществ в клетку
Известны два способа питания живых существ:
- голозойный: организм захватывает или заглатывает плотные частицы пищи, которая затем переваривается в пищеварительном тракте (животные);
- голофитный: организмы, не имеющие специальных органов для пищеварения, используют питательные вещества, всасывая их в виде относительно небольших молекул из водного раствора (растения и микроорганизмы).
Полимерные органические соединения (полисахариды, белки и др.) микроорганизмы не могут поглощать и использовать непосредственно в обмене веществ клетки. Такие вещества должны быть в начале расщеплены на простые соединения, для которых клеточная мембрана проницаема. Крупные молекулы расщепляются экзоферментами, выделяемыми клетками микроорганизмов в среду. В результате образуются вещества, которые обладают меньшими размерами молекул, растворимы в воде и легко поступают в цитоплазму клетки. Внеклеточное переваривание свойственно только микроорганизмам.
Поступление воды и растворенных в ней питательных веществ из окружающей среды внутрь микробной клетки, а также выход продуктов метаболизма происходит через клеточную стенку, капсулу и слизистые слои. Капсула и слизистые слои в силу рыхлости своей структуры не оказывают сдерживающего действия на прохождение в клетку большинства веществ. В отличии от них клеточная стенка более сильный барьер, она пропускает небольшие молекулы и ионы, задерживая макромолекулы массой более 600 Д. Основным регулятором поступления веществ в клетку является цитоплазматическая мембрана.
Выделяют несколько типов транспортных систем, при помощи которых вещества из окружающей среды проходят через цитоплазматическую мембрану: пассивную диффузию, облегченную диффузию, активный транспорт, перенос групп.
1) Пассивная диффузия.
Транспорт вещества происходит через цитоплазматическую мембрану под действием разности концентраций (для неэлектролитов) или разности электрических потенциалов (для ионов) по обе стороны мембраны. Таким способом в клетку поступает преимущественно вода, кислород и некоторые ионы. Скорость переноса веществ в клетку незначительна.
Большинство растворенных веществ проходит через мембрану благодаря действию специальной системы переноса, включающей белки-переносчики и ферменты пермеазы. Пермеазы – это специфические ферменты, катализирующие связь субстрата с белком-переносчиком. Подобно аллостерическим ферментам, они имеют несколько активных центров, т.е. участков, связывающихся с определенным субстратом. Они являются субстратспецифичными, их синтез индуцируется субстратом. Пермеазы локализованы в цитоплазматической мембране и составляют значительную часть мембранного белка. Они связывают молекулы растворенных веществ на внешней поверхности мембраны и переносят их к внутренней, откуда эти вещества высвобождаются в цитоплазму.
С участием пермеаз осуществляется два типа переноса веществ: облегченная диффузия и активный транспорт.
2) Облегченная диффузияосуществляется по градиенту концентрации, т.е. от большей концентрации к меньшей. Молекула вещества соединяется с молекулой-переносчиком у наружной поверхности мембраны, образовавшийся комплекс диффундирует через мембрану к ее внутренней стороне. Там он диссоциирует, и освобожденное вещество оказывается внутри клетки. Затем переносчик возвращается к наружной поверхности и может присоединять новую молекулу вещества. Облегченная диффузия отличается от пассивной тем, что она осуществляется при помощи пермеаз, но без затрат энергии. Скорость процесса зависит от концентрации вещества в наружном растворе. Считают, что выход продуктов метаболизма из клетки происходит по типу облегченной диффузии.
3) Активный транспортосуществляется против градиента концентрации, т.е. от меньшей концентрации к большей. Этот процесс, в отличие от облегченной диффузии, всегда сопровождается расходованием энергии. На перенос каждой молекулы субстрата затрачивается одна молекула АТФ, образующаяся в результате окислительно-восстановительных реакций в клетке. Большинство веществ проникает в клетку микроорганизмов в результате активного транспорта.