Поверхностные процессы.

Поверхностное культивирование биообъектов в жидкой питательной среде вблизи раздела фаз газ-жидкость используется в процессах, сопровождающихся накоплением внеклеточных продуктов в культуральной среде или зависящих от контакта между организмом и воздушной средой. Такой контакт необходим мицелиальным грибам при переходе к определенным стадиям развития. Биореакторы для поверхностных процессов имеют достаточно простую конструкцию.

Вопросы для самоконтроля

1. Каково назначение биореактора?

2. Перечислите основные системы биореактора?

3. По каким критериям можно классифицировать ферментеры?

4. В чем особенность аппаратов с механическим, пневматическим и циркуляционным перемешиванием?

5. Дайте характеристику лабораторным ферментерам. Для решения каких основных задач они используются?

6. Какие задачи решаются на этапе пилотного и промышленного биореактора?

7. Дайте характеристику периодическим процессам культивирования микроорганизмов.

8. Непрерывное культивирование. В чем заключается принцип работы хемостата и турбидостата?

9. Охарактеризуйте специализированные типы биотехнологических аппаратов.

11. Словарь терминов

Азотистые основания (пурины и пиримидины) – азотсодержащие гетероциклические соединения, входящие в состав нуклеиновых кислот.

Азотфиксация– перевод атмосферного азота (N₂) в растворимую биологически доступную форму с помощью азотфиксирующих организмов.

Аллель – одно из возможных структурных состояний гена.

Аллостерические ферменты– ферменты, изменяющие свою активность в результате присоединения к их регуляторному (аллостерическому) центру вещества-эффектора.

Аминокислоты – карбоновая кислота с аминогруппой в α-положении, составные элементы белков.

Анаэробное брожение– процесс разложения субстрата анаэробными микроорганизмами (не нуждающимися для нормальной жизнедеятельности в присутствии кислорода).

Бактериофаги – вирусы, инфицирующие бактерии.

Бактериофаг ƛ– умеренный бактериофаг E. coli, широко используемый в качестве вектора при клонировании ДНК.

Бациллы– грамположительные бактерии рода Bacillus.

Вектор – молекула ДНК, автономно реплицирующаяся в клетке-хозяине; к вектору можно присоединить фрагмент ДНК, чтобы обеспечить его репликацию.

Вирус– мельчайшая неклеточная частица, состоящая из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки (капсид). Внутриклеточные паразиты, размножаясь только в живых клетках, они используют их ферментативный аппарат и переключают клетку на синтез зрелых вирусных частиц – вирионов. Вызывают болезни растений, животных и человека.

Вирион – вирусная частица, внеклеточная форма существования вируса.

Ген– единичная структура генетической информации, участок хромосомы (молекулы ДНК), кодирующий структуру одной или нескольких полипептидных цепей, или молекул РНК, или определенную регуляторную функцию.

Генная инженерия– совокупность приемов, методов и технологий, в том числе технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, по выделению генов из организма, осуществлению манипуляций с ними и введению их в другие организмы.

Генетический код (ГК)– система записи наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот. Единицей ГК служит кодон (триплет, тринуклеотид). ГК определяет порядок включения аминокислот в синтезирующуюся полипептидную цепь.

Геном – совокупность всех генов организма.

Генотип– совокупность аллелей всех генов клетки (хромосомных и внехромосомных).

Гидрофобный– «ненавидящий воду», неполярные молекулы или группы, нерастворимые в воде.

Гидрофильный – «водолюбивый», полярные или заряженные молекулы либо группы, соединяющиеся с водой.

Гистоны– белки, образующие в комплексе с ДНК нуклеосомы – структурные единицы хроматина в ядрах эукариот.

Гликопротеиды– сложные белки, содержащие углеводные компоненты.

Делеция– мутация, в результате которой определенная последовательность нуклеотидов утрачивается.

ДНК– молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты, состоящей из нуклеотидов (аденин, гуанин, цитозин, тимин), дезоксирибозы и остатков фосфорной кислоты.

Интроны– последовательности внутри структурного гена, которые не участвуют в кодировании белкового продукта гена. После транскрипции гена последовательности, соответствующие интронам, удаляются из мРНК в процессе сплайсинга.

Каллюсы– скопления недифференцированных клеток, получаемые in vitro.

Капсид– белковая оболочка вируса.

кДНК– комплементарная ДНК – ДНК, синтезированная обратной транскриптазой на матрице РНК.

Клон – совокупность клеток или особей, произошедших от общего предка путем бесполого размножения.

Клональное микроразмножение– получение in vitro неполовым путем растений, генетически идентичных исходному растению.

Кодон– триплет нуклеотидов, кодирующий определенную аминокислоту или комплементарный терминирующий сигнал.

Конъюгация– один из способов обмена генетическим материалом у бактерий.

Лигаза– фермент, способный устранять разрывы в молекуле ДНК, восстанавливая ковалентные связи между 5'- и 3'-концами молекул.

Липкий конец– свободный одноцепочечный конец двуцепочечной ДНК, комплементарной одноцепочечному концу, принадлежащему этой же или другой молекуле ДНК.

Липополисахариды– сложные углеводсодержащие биополимеры, структурные компоненты клеточной стенки бактерий.

Меристема– ткань растений, клетки которой долго сохраняют способность к делению.

Метаболизм– обмен веществ.

Метаболит– промежуточный продукт в катализируемых ферментами реакциях метаболизма.

Митохондрии – органеллы животных и растительных клеток, где протекают окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие клетки энергией. У прокариот отсутствуют.

Мицелий– многоклеточная структура; сильно разветвленная система жестких трубочек, заполненных цитоплазмой.

Мутация– спонтанное или индуцированное изменение гена, последовательности нуклеотидов хромосомы, генома, приводящее к изменению тех или иных признаков и сохранению их в поколении.

Мутагены– факторы, увеличивающие частоту возникновения мутаций в молекуле ДНК.

Нуклеоид– ядерная зона в прокариотической клетке, содержащая кольцевую хромосому; мембрана отсутствует.

Обратная транскриптаза– РНК-зависимая ДНК-полимераза – фермент, осуществляющий синтез ДНК на матрице.

Оперон– единица генетической экспрессии, состоящая из одного или нескольких связанных между собой генов, а также из промотора, оператора и других регулярных участков, контролирующих транскрипцию оперона.

Органеллы – постоянные специализированные компоненты клеток, окруженные двухслойной мембраной (например, митохондрии, аппарат Гольджи, пластиды и др.). Некоторые из них содержат собственную ДНК, отличную от хромосомной, и способны к делению.

Пенициллин – антибиотик, нарушающий биосинтез клеточной стенки бактерий.

Плазмиды– кольцевые молекулы ДНК, способные стабильно существовать в автономном, не связанном с хромосомой состоянии.

Пластиды – цитоплазматические органеллы растительных клеток. Нередко содержат пигменты, обусловливающие окраску пластиды. У высших растений зеленые пластиды – хлоропласты, бесцветные – лейкопласты, различно окрашенные – хромопласты; у большинства водорослей пластиды называют хроматофорами. Способность автотрофных организмов к фотосинтезу связана с пластидами, содержащими хлорофилл.

Прокариоты– организмы, не обладающие, в отличие от эукариот, оформленным клеточным ядром. Генетический материал в виде кольцевой цепи ДНК лежит свободно в нуклеотиде и не образует настоящих хромосом. Типичный половой процесс отсутствует.

Промотор– специфическая последовательность в ДНК, необходимая для инициации транскрипции РНК-полимеразой.

Протеолитические ферменты (протеазы)– ферменты класса гидролаз, катализируют расщепление пептидных связей в белках и пептидах.

Протопласт – клетка (у растений), полностью лишенная клеточной стенки и имеющая только клеточную мембрану.

Процессинг – совокупность реакций, ведущих к превращению первичных продуктов транскрипции и трансляции в функционирующие молекулы.

Рекомбинация – перераспределение генетического материала родителей, приводящее к наследственной комбинативной изменчивости.

Репликация– процесс самовоспроизведения нуклеиновых кислот, обеспечивающий точное воспроизведение генетической информации.

Рестрикционные эндонуклеазы (рестриктазы)– обширная группа прокариотических эндонуклеаз, специфически узнающих определенные короткие последовательности в ДНК и расщепляющих ДНК.

Рибосома– органоид клетки, осуществляющий биосинтез белка и состоящий из рРНК и белков.

мРНК– информационная (матричная) РНК, которая служит матрицей при синтезе белков на рибосомах.

рРНК- рибосомальная РНК – компонент рибосом, необходимый для поддержания их структуры и функционирования.

тРНК– транспортная РНК – класс молекул РНК, участвующих в биосинтезе белка. Молекула тРНК содержит участок, к которому присоединяется специфическая аминокислота, и антикодон, комплементарный кодону в мРНК.

РНК-полимеразы– ферменты, синтезирующие РНК (мРНК, тРНК, рРНК и РНК других классов) на матрице ДНК.

Сбраживание – анаэробное расщепление молекул питательного вещества (например, глюкозы), сопровождающееся выделением энергии.

Соматические мутации– мутации, происходящие в клетках тела, а не в гаметах.

Сплайсинг– ферментативное удаление интронов и соединение экзонов при синтезе мРНК.

Тотипотентность– свойство клеток реализовывать генетическую информацию ядра, обеспечивающую их дифференцировку; это свойство соматических клеток реализуется в культуре тканей растений.

Точковая мутация– мутация, в результате которой происходит замена одной нуклеотидной пары на другую.

Трансдуцирующие фаги– фаги, переносящие в своем геноме гены бактерии-хозяина.

Транскрипция– матричный синтез РНК на ДНК, осуществляемый ферментами РНК-полимеразами.

Трансляция– синтез белка в рибосомах при участии иРНК, тРНК и других факторов.

Транспозон– перемещающийся генетический элемент – фрагмент ДНК, который может менять свое положение в геноме.

Фенотип – совокупность проявляющихся признаков клетки (организма, индивидуума).

F-фактор– фактор фертильности – эписома, контролирующая способность бактерий к конъюгации.

R-фактор– эписома, обеспечивающая устойчивость бактерий к лекарственным препаратам.

Хромосомы – генетические структурные образования ядра клетки, состоящие из ДНК и белков. В хромосомах заключена наследственная информация организма.

Цианобактерии– сине-зеленые водоросли - группа фототрофных прокариотических организмов.

Экзоны– участки структурного гена, кодирующие аминокислотную последовательность белкового продукта; экзоны разделены интронами и объединяются в мРНК в непрерывную последовательность в результате сплайсинга.

Экспрессия гена– проявление функционирования генетической информации, записанной в гене, в форме рибонуклеиновой кислоты, белка и фенотипического признака.

Эписомы– плазмиды – генетические элементы, которые могут существовать в клетке либо независимо от хромосомы, либо встраиваться в нее.

Эукариоты– организмы, обладающие оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал заключен в хромосомах. Клетки имеют митохондрии, пластиды и другие органеллы. Характерен половой процесс.