- •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
Потребности микроорганизмов в дополнительных питательных веществах
Для нормального роста и развития микроорганизмам необходимы, кроме наличия в питательной среде источников энергии и доноров электронов, минеральные элементы и ростовые вещества.
Минеральные элементы.
Концентрации элементов минерального питания для разных видов микроорганизмов неодинаковы. При этом, такие элементы, как фосфор, магний, калий требуются в сравнительно больших количествах – 0,2 – 0,5 г/л – это макроэлементы. Микроэлементы – молибден, цинк, медь, кобальт и др. – нужны в очень низких концентрациях (0,1-0,001 мг/л), однако без них невозможно осуществление важнейших жизненных функций.
Минеральные элементы входят в состав различных органических веществ клетки. Некоторые из них (железо, сера, медь, цинк) входят в состав активной группы ферментов. Активация различных ферментов – это основная функция минеральных элементов в клетке.
Фосфорвходит в состав ряда важных органических соединений клетки (нуклеиновые кислоты, фосфолипиды, коферменты и др.). Ряд органических соединений фосфора (АТФ и АДФ) используются в живых организмах как аккумуляторы энергии, высвобождающейся в ходе окислительных процессов. Фосфор поступает в клетки микроорганизмов виде молекулы фосфорной кислоты, в неизменной форме участвует в различных биохимических превращениях. Наилучший источник фосфора – соли ортофосфорной кислоты.
Калийиграет важную роль в углеводном обмене микроорганизмов и синтезе клеточного вещества.
Магнийвходит в состав бактериохлорофилла у зеленых и пурпурных бактерий, хлорофилла у цианобактерий, а также служит активатором ряда ферментов. Источником калия и магния являются их соли.
Незаменимым питательным элементом, требующимся микроорганизмам в небольших количествах, является железо. Оно входит в состав важных ферментов – цитохромов, участвующих в дыхании микроорганизмов. Источником железа являются сульфаты и другие его соли.
Ростовые вещества.
Кроме источников основных питательных веществ, многие микроорганизмы нуждаются в специфических соединениях, которые регулируют рост – ростовые вещества (факторы роста).
В эту группу веществ входят витамины, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, органические кислоты. Некоторые микроорганизмы синтезируют их самостоятельно. Если микроорганизм неспособен синтезировать то или иное соединение, оно становится для него незаменимым фактором роста.
Микроорганизмы, нуждающиеся в факторах роста, называются ауксотрофными, а не нуждающиеся – прототрофными. Ауксотрофными, как правило, являются мутанты прототрофов, которые можно получить из прототрофов путем искусственного мутагенеза.
Ростовые факторы нужны микроорганизмам в очень малых количествах (мкг/л). Они чаще всего входят в состав ферментов, поэтому играют незаменимую роль в физиологии микробной клетки. Например, витамин В2(рибофлавин) содержится в дыхательных ферментах, поэтому необходим всем аэробным микроорганизмам. Многие виды синтезируют его самостоятельно и хорошо развиваются на питательных средах, где это вещество отсутствует. Некоторые молочнокислые бактерии не способны синтезировать рибофлавин, поэтому он должен находиться в готовом виде в питательной среде.
Ростовыми факторами некоторых микроорганизмов являются аминокислоты. Глутаминовая кислота, например, стимулирует рост гемолитических стрептококков, палочки сибирской язвы, гонококка. Молочнокислые бактерии нуждаются в пуриновых и пиримидиновых основаниях.
Источниками ростовых веществ могут служить экстракты из органов животных (печень, сердце), растений (семена, проростки), а также и самих бактериальных тел.