- •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
Эукариоты. Водоросли
Водоросли – это автотрофные растения, в клетках которых присутствуют различные модификации хлорофилла и др. пигменты, обеспечивающие фотосинтез (рис. 20).
Известны одноклеточные, нитчатые, колониальные формы, а также многоклеточные. Отличительной особенностью водорослей является отсутствие дифференциации их тела на ткани и органы. Их тело называется слоевище илиталлом. Клетки большинства водорослей существенно не отличаются от типичных клеток высших растений, однако у них есть свои особенности. В клетках водорослей имеютсяхроматофоры (хлоропласты) — органоиды, в которых протекает процесс фотосинтеза. В отличие от хлоропластов высших растений хроматофоры более разнообразны по форме, размерам, числу, строению, месторасположению и набору пигментов. В хроматофорах сосредоточены фотосинтезирующие пигменты: хлорофиллы a, b, c, d, каротиноиды (каротины и ксантофиллы), фикобилины (фикоцианин, фикоэритрин). Состав пигментов обуславливает цвет водорослей, они могут быть зелеными, бурыми, красными, золотистыми. В хроматофорах водорослей содержаться особые белковые тельца – пиреноиды, которые являются зоной синтеза и местом скопления запасных питательных веществ: крахмала, других полисахаридов, моносахаров, масла. Размножаются водоросли вегетативно (частями таллома, выводковыми почками), одноклеточные - делением клетки на 2 или 4, а многоклеточные – как бесполым, так и половым путем.
Рис. 20. Строение одноклеточных водорослей
В биотехнологической промышленности водоросли активно используются как эффективный источник белка. Белок водорослей пригоден не только для кормовых, но и пищевых целей.
Вирусы
Вирусы – это группа ультрамикроскопических облигатных внутриклеточных паразитов, способных размножаться только в клетках живых организмов.
Вирусы обладают рядом характерных особенностей:
- не имеют клеточного строения;
- не способны к росту и бинарному делению;
- не имеют собственных систем метаболизма;
- содержат нуклеиновые кислоты только одного типа – ДНК или РНК;
- используют рибосомы клетки-хозяина для синтеза собственных белков;
- не размножаются на искусственных питательных средах и могут существовать только в организме восприимчивого к ним хозяина.
Вирусы существуют в двух формах: внеклеточной - в виде вириона и внутриклеточной, называемой репродуцирующимся вирусом. У вириона отсутствует обмен веществ, он не растет и не размножается. Внутриклеточная форма является активным агентом, который, попав в клетку хозяина, использует ее биосинтетический и энергетический аппарат для репродукции новых вирусов, в последствии может вызвать гибель клетки.
Вирусы имеют уникальный геном, так как содержат либо ДНК, либо РНК. Поэтому их подразделяют на две группы – ДНК-геномные и РНК-геномные.
Химический состав вирусов прост. Кроме нуклеиновой кислоты и белков, они содержат липиды и углеводы в составе наружных оболочек. У бактериофагов обнаружены ферменты.
Вирусы разнообразны по форме и имеют сложное строение. Различают следующие формы вирусов: палочковидную, нитевидную, сферическую, кубовидную, булавовидную (рис. 21).
Рис. 21 Типы симметрии у вирусов
У простоустроенных вирусов нуклеиновая кислота связана с белковой оболочкой (капсид). Капсид состоит из повторяющихся морфологических субъединиц – капсомеров. Нуклеиновая кислота и капсид, взаимодействуя друг с другом, образуют нуклеокапсид. У сложноустроенных вирусов капсид окружен дополнительной липопротеидной оболочкой – суперкапсидом, имеющей «шипы». Для многих вирусов бактерий (фагов) характерен сложный тип симметрии: головка фага имеет форму многогранника, хвостовой отросток – форму цилиндра (рис. 22). Капсид и суперкапсид защищают вирионы от влияния окружающей среды, обусловливают избирательное взаимодействие с клетками, определяют антигенные и иммуногенные свойства вирионов.
Рис. 22. Схематичное строение Т-фага кишечной палочки со смешанным типом симметрии: 1 - кубоидальная капсидная головка, 2 - двухнитчатая ДНК, 3 - стержень, 4 - спиралеобразный сокращающийся капсид (чехол), 5- базальная пластинка, 6 - хвостовые фибриллы.