15. Вирусы.

Группа м/о, не имеющих клет. структуры, отсутствуют ядро, цитоплазма и оболочка; открыты в 1892 г. Д. И. Ивановским.Размерыочень маленькие, проходили в бактериальные фильтры, видно только в электронный микроскоп, размер между мелкой бактерией и крупной белковой молекулой. Признаки: 1) аблигатные паразиты (не могут расти на искусственной среде), 2) не имеют клет. строения (внеклет. форма жизни), 3) отсутствие собственного обмена в-в (нет собственных ферментов), 4) мельчайшие размеры (20-300 нм). Мельчайшая частица вируса наз. вируоном, в виде них вирусы переносятся в орг-мы. Хим. состав – нуклеопротеид (ДНК или РНК, окруженная белковой оболочкой). Размножение включает: 1) прикрепление вирусных частиц к клетке хозяина, 2) проникновение вируса внутрь клетки, 3) внутриклет. размножение вируса, 4) выход частиц вируса из клетки. Форма: сферическая, кубическая, палочковидная. 1) in vivo, 2) метод культивирования в курином бульоне (с 30-х гг.), 3) культивирование в клетках (in vitro) – клетки берут из эмбриональных тканей, 4) культивирование из опухолевых клеток (самый передовой метод) Þ создание противовирусных вакцин.

16. Бактериофаги

вирусы бактерий. Открыты в 1898 г. Н.Ф.Гамалея. Каждый фаг специфичен для своего вида бактерий. Размеры 0,04 до 0,1 мкм. Состот из: - белковая оболочка; - ДНК; - Внутренний стержень; - Наружный чехол; - Белковые нити. Бактериофаг в природе сущ., но не размножается (зрелый фаг). В клетке хозяина размножается, но не губит ее (профаг). Разрушение (неблагоприяные условия => быстрое размножение фага) вегетативная форма. Фагализис – растворение клетки бактерии бактериофагом. Борьба с фагализисом: соблюдение технологического процесса.

17. Влияние внешних условий.

Знание условий внешн. среды имеет практическое значение для регулирования жизни м/о. 1) физ-ие (влажность, t^o, р, свет); 2) хим-ие (р-ция среды, О₂, хим. в-ва); 3) биологические (антагонизм, метабиоз). Opt – оптимальные условия; max – max значение факторов, при котором рост еще возможен; min – min --''--. Закон минимума: Если при прочих равных условиях хотя бы 1 фактор будет < min, то рост м/о невозможен. Влажность: микробная жизнь возможна только во влажных условиях (жидкая среда, капельножидкая, твердая с влажной атмосферой), есть формы, устойчивые к высыханию (споры бактерий), высушивание применяется для консервирования продуктов (сухофрукты, сено), т. к. убиваются м/о, при влажности < 35% приостанавливается развитие бактерий, при < 15% - развитие грибов, поэтому высушивают до влажности 12-13%. Температура: 1) психрофилы («любящие холод»); 2) мезофилы («средняя t^o» - основная часть прокариотов opt 30-35^о); 3) термофилы (теплолюбивые) а) собственно термофилы, б) экстратермофилы, в) гипертермофилы.

Энергия: 1) свет (l=760-380 нм): нужен фотосинтезирующим м/о, на некоторые болезнетворные д-ет губительно, 2) уф (l=240 нм) – обработка вакцин и сывороток,стерилизация помещений, т. к. губительно д-ет на бактерии, 3) ионизирующее излучение (l<10 нм): мутации, гибель орг-ов, устойчивые – Thiobacillus ferroxidans (уран. руда), Mioroccus radiodurans, 4) инфракрасное излучение (l>760 нм) – тепло. Ультразвук: частота 20000 Гц разрушает клет. структуры, в первую очередь белковые, обладает бактерицидным д-ем Þ применяется для стерилизации

18. Влияние хим. факторов.

1) рН: [Н⁺] и [ОН^-]; влияние растворимость в-в и поступление их в орг-м; а) боль-во бактерий нейтрофилы, б) при рН=2-3 – ацидофилы (живут в болотах и кислых озерах, горячие кислые источники - Thiobacillus), в) при рН>9 алкафилы; 2) О₂: а) облигатные (строгие) аэробы – боль-во орг-ов нуждаются в О₂, б) облигатные анаэробы – О₂ явл. ядом, в) эффект Пастера (дрожжи) – способны переходить от анаэробного к аэробному состоянию при доступе О₂, г) факультативные аэробы – треб. не очень много О₂, д) факультативные анаэробы – О₂ не нужен для жизни, но не явл. ядом; 3) конц. хим. в-в: очень высокая конц. даже полезных в-в явл. нежелательными, приводит к гибели (обезвоживание клетки и т. д.) осмофилы (приспособились к выс. конц.) а) галофилы (любят соль NaCl 3-5% могут размножаться в мертвом море), б) любят сахар (70-80%) размножаются в меде, в варенье. Ag⁺ > Hg⁺ > Cu²⁺ > Pb²⁺ > Ni⁺ > Cr³⁺ > Zn²⁺ Антиокислители – ядовиты для аэробов: фенолы, хиноны, аром. амины. М/о быстро привыкают к вредным в-вам, создаются устойчивые формы.Антисептики – губительно д-ют на м/о, применяются для обеззараживания. Д-ие зависит от конц., природы в-ва и продолжительности д-ия. а) неорг. соли тяж. металлов, галогены, хлорная известь, йод,KMnO₄,H₂O₂, ; жидкий хлор (для воды), б) орг-ие антисептики растворяют мембраны – этиловый и пропиловый спирт (70%); фенолы – карболовая к-та, формальдегид (формалин). Делают перевязочные ткани, одежду мед. персонала, ткань пропитывают антисептиком.

19. Влияние биол. факторов

Проявл. во взаимоотношениях между м/о. 1) Конкуренция (антагонизм – использ. спец. хим. в-во Z. B. антибиотик, бль-во м/о-антогонистов находится в почве) 2) Кооперация (а) Симбиоз: паразитизм выгода для одного, вред для другого; коменсализм – выгодно одному, другому безразлично; б) Метабиоз – последовательное разложение – один продукт явл. субстратом для одной группы, их продукт субстратом для след. и т. д. Z.B. разложение целлюлозы)

20. Химический состав микробов.

Может очень различаться, но общее для всех было выведено Клюйером и ван Нильсом, описали его в книге «Вклад микробов в биологию». 1) В наибольшем составе встречаются биогенные элементы (C»50% (оптим. источник – углеводы, аминок-ты…), N₂»14% (необходим, т. к. входит в аминок-ты, нуклеин. к-ты; боль-во м/о потреб. восст. формы азота), O₂»20%, H₂»10% P»3%(входит в с-в фосфолипидов, нуклеин. к-т, АТФ; источники – фосфаты К и Na), S»1%) в å » 97%; 2) Макроэлементы(K»1%, Mg»Ca»0,5%); 3) Микроэлементы (ионы тяж. мет.: Zn, Mn, Cu, Co, I) в å < 1%. Всего в клетке > 70 эл-тов, в виде соединений (больше всего воды – до 85%). Вода явл. растворителем в-в, источником Н⁺ и ОН^-, дисперсионной средой для коллоидов; 4) Орг. соединения: белки, углеводы, липиды, аминокислоты, витамины. Макромолекулы состоят из мономеров. Белки эукариотов и прокариотов по хим. с-ву не различаются, за искл. диаминопонимелиновй к-ты, которая есть у прокариотов, она входит в стенку клетки.

В-во

% от сух.в-в

Белки

52

Полисахариды

17

Липиды

9

РНК

16

ДНК

3

21. Питательные среды.

Факторы роста – не синтезир. м/о, но необх. для их роста (аминок-ты, витамины, азотистые основания). Классификация: 1) по с-ву – естественные, искусственные; 2) по контистенции – плотные (агар-агар, желатин), жидкие; 3) по назначению – универсальные (Р.Кох), элективные: может развиваться 1 вид м/о (Виноградский), накопительные: интересующее в-во в избытке (окисление нефти)

22. Принцип биохимического единства жизни.

Биохимическое направление в микробиологии: А. Клюйер (1888-1956); К. ван Ниль.: а) единство конструктивных процессов; б) единство энергетических процессов; в) единство хранения и передачи генетической информации.

23. Метаболизм микроорганизмов.

Конструктивный (строительный) поступившие извне в-ва подвергаются сложной переработке, из них синтезируются в-ва клетки – питание: поступление и усвоение пищи (ассимиляция). Энергетический освобождается необходимая для жизни энергия, скрытая в орг. соед-ях – дыхание процесс разложения и окисления орг. в-в (диссимиляция). Они не отделимы друг от друга, взаимосвязаны; обуславливают рост, развитие и размножение орг-ма. Особенность обмена у м/о: необычайно интенсивное потребление ими в-в из среды, основная масса расходуется в энергетическом обмене (продукты к-ты, спирты, СО₂, Н₂…)

24. Ферменты, транспорт в-в

Ферменты – биол. катализаторы, вырабатываемые клетками орг-ма (обмен в-в, рост, развитие). По хим. природе – белки (протеины – простые белки, протеиды - сложные белки: белки (избир. способность) и простетическая (активная) группа (опред. каталитич. способность фермента)). Присущи все з-ны катализа, задача - ¯ Е_акт. Основной с-в ферментов опред. генотипом клетки (относительно постоянный). Конститутивные – присутствуют в клетках данного орг-ма, входят в число компонентов клетки; индуцируемые (адаптивные) – вырабатываются только при изменившихся условиях жизни. Эндоферменты (внутриклет.) – не выделяются при жизни в окр. среду, экзоферменты (внеклет.) – выделяются наружу, участвуют во внеклет. переваривании пищи, т. к. вызывают расщепление сложных в-в на более простые. Мех-м поступления в-в: на пути пит. в-в 2 барьера – клет. стенка и цитоплазмат. мембрана. 1) пассивная диффузия а) по градиенту конц-ции для неэлектролитов, б) по градиенту конц-ции электр. потенциала для электролитов; 2) облегченная диффузия (ферменты пермеазы); 3) активный транс-т (аминок-ты)

25. Способы добывания энергии у микроорганизмов.

1) Брожение (анаэробный процесс разложения орг. соединений; часть восст-тся, а часть мол-л окисляется). C₆H₁₂O₆ (м/о)à2C₂H₅OH + 2CO₂ +2МАТФ;C₆H₁₂O₆ (молочн. бактерии)à2CH₃CHOHCOOH; 2)Дыхание (процесс окисления с помощью O₂ , способполучения АТФ, при котором окисляютсяорг. и неорг. соед-ия. Акцептором электронов служит O₂). а) O₂ аэробное дыхание; б) SO₄^2-; NO₃^-; CO₃^2-(конечные акцепторы) – анаэробное; C₆H₁₂O₆ +6O₂à 6CO₂ + 6H₂O + 12МАТФ. 3) Фотосинтез. а) бактериохлорофил – не выделяется О₂проводится пурпурными и зелеными бактериями, б) пигмент хлорофилл – кислородный фотосинтез (в кач-ве восст-ля использ. вода) – благодаря нему стал накапливаться О₂ в атмосфере (цианобактерии); появились окисл. процессы; стал образовываться О₃Þ озоновый слойÞзащита от у/ф Þ жизнь перешла на сушу; в) пигмент бактериородопсин – О₂ не выделяется, проводится галобактериями (пурпурный цвет) – превращение свет. энергии напрямую в хим-ую (запасание АТФ). Роль АТФ. Энергетическое “колесо”. АТФ à активация разл. соед-ий à биосинтез макромолекул à транспорт à мех-ая работа (движение) à запасание пит. в-в à АДФ+Фп (Фп – фосфор неорган.) àброжениеàдыханиеàфотосинтез.

27. Технология.

Технология – совокупность способов, приемов, с пом. которых из исх. материала (сырья) получают продукт, имеющий значение для практики чел-ой деят-ти. 3 класса технологий: 1) физико-механические – технологии, в которых в ходе получения продукта сырье меняет форму или агрегатное состояние, но сохраняет состав. 2) хим-ие – технологии, в которых в процессе получения продукта сырье испытывает изменение хим. с-ва. 3) биотехнологии – это целенаправленное получение ценных для народного хоз-ва и различных областей чел-ой деят-ти продуктов, в процессе которого используется биохим. деят-ть м/о, изолированных клеток растений, животных или человека, или их компонентов.

28. Биотехнология.

Биотехнология - это целенаправленное получение ценных для народного хоз-ва и различных областей чел-ой деят-ти продуктов, в процессе которого используется биохим. деят-ть м/о, изолированных клеток растений, животных или человека, или их компонентов.

29. Виды биохим. д-ти

1) Выращивание биомассы, 2) выделение продуктов, 3) утилизация опр. компонентов исх. среды, 4) обр. газа и ­ V (шампанское, пиво), 5) изъятие пит. в-в, 6) биолог. воздействие на выщелачивание металлов из руд, 7) биотрансформация – преобразование одного в-ва в другое под д-ем ферментов и м/о, 8) биокатализ – расщепление хим. в-в с обр. нов. соединений.

30. Å биотехн. процессов.

1) боль-во процессов проводится при нормальных t^o и р, 2) многие в-ва, образовавшиеся с помощью биотехн. методов явл. уникальными и не могут быть получены с помощью хим. синтезов, 3) в кач-ве сырья обычно использ. дешевые источники или отходы с/х пр-ва, 4) биотехн. процессы не оказывают сущ. воздействия на окр. среду, явл. более экологичными, 5) аппаратура, используемая в биотехн. пр-вах дешевле, чем в хим-их.

32. Биотехнологические продукты для медицины.

1) Вакцины; 2) Антибиотики (первый в 1929 году); 3) Витамины (В₁₂, Бета-каратин, С); 4) Инсулин; 5) Гормон роста; 6) Иммуномодуляторы (интерферон); 7) Иммунодепрессанты (циклоспарин С); 8) Кровозаменители (полиглюктин); 9) Стероидные гормоны; 10) Мед. ферменты (стрептокиназа, бета-галоктозидаза); 11) Коферменты – в-ва, усиливающие д-ие собственных ферментов в орг-ме человека (инозин, рибоксин, убихинон); 12) Медицинские аминокислоты; 13) Подсластители (аспартам); 14) Женьшень; 15) Биоразлагаемые полимеры (кетгут, полигидроксибутират); 16) Препарат против комаров; 17) Нейропептиды.

33. Биотехнология и пищевые продукты.

1) Вина, пиво, квас; 2) Хлеб – дрожжи; 3) Кисломолочные продукты; 4) Уксус; 5) Сыр; 6) Лимонная к-та; 7) Молочная к-та; 8) Глутамат (в пище быстрого приготовления как вкусовая добавка); 9) Витамины В₂ и В₁₂; 10) Спирт (СО₂); 11) Глюкозо-фруктозные сиропы; 12) Пищевой белок; 13) Колбасы; 14) Пищевые ферменты (пектиназа, глюкозоактидаза, протеаза); 15) Пищевые красители; 16) Пищевые консерванты (мизин).

34. Биотехнологические продукты для животноводства.

1) Вакцины; 2) Антибиотики; 3) Витамины; 4) Ростовые гормоны; 5) Кормовой белок; 6) Кормовые аминокислоты (лизин, треонин, триптофан); 7) Пробиотики – добавки к корму, содержащие живые м/о, улучшающие деят-ть желудочно-кишечного тракта у животных; 8) Силосные закваски.

35. Биотехнологические продукты для растениеводства.

1) Энтомопатогенные препараты; 2) Феромоны;

3) Бактериальные удобрения; 4) Безвирусная рассада;

5) Газонная трава; 6) Корм для рыб.

36. Биотехнология для энергетики.

1) Получение биогаза (СН₄); 2) Моторное топливо;

3) Биофотолиз воды (Н₂О à Н₂ + О₂).

46. Биокатализ, биотрансформация, иммобилизация ферментов.

Это процессы получения одного и более в-в под д-ем ферментов в очищенном виде или в сос-ве клетки. Биотрансф-ция – процессы, когда в-ва превращаются в продукты, структура которых не сильно отличается от исходной (1,2, max 3 фермента). Биокатализ – происх. синтез нов. в-ва, большие превращения, д-ет сложный ферментный комплекс или целые клетки. Все ферменты – белки, стр-ра белк. мол-лы – клубок (продуманный беспорядок), она может реагировать со своим субстратом; имеется активный (каталитический центр: субстрат подходит к мол-ле белка на 1,5-2 нм и связ. с ним) «+» специфичность, без многоступенчатой подготовки, мало стадий, большая скорость, мягкие условия; «-» выделение чистого фермента, использ. 1 раз, быстро инактевируется, необх. пост. добавлять в проточном процессе (мембранная технология для устранения, но сложно и все равно теряет активность). Иммобилизация (60-70-е гг.) – закрепление ферментов в активной форме к нерастворимой основе (носителю) или заключение их в гель. Можно многократно использовать, работают неделями и месяцами. Методы 1) Мех-ие – заключение в капсулу а) включение в матрицу (целлюлоза), б) микрокапсула (нейлон); 2) связывание а) адсорбция (оксиды Ме, бентонит), б) хим. связывание (ковалентная связь). Оценка кач-ва: 1) потеря активности во время иммобилизации, 2) по стабильности биокатализатора (время полужизни) – активность снижается в 2 раза. Иммобил. клеток: «+» 1) получение выс. конц-ций биомассы Þ повышение продуктивности процесса, 2) легкое разделение клеток и жидкости, 3) повторное многократное использование клеток. Получение: прикрепление – естественное и искусственное, внедрение в пористые материалы (керамика, полиуритан, альгинат Са), включение в заранее подготовленную оболочку (несмешивающиеся жидкости), агрегация – добавление флокулянтов.

47. Основная стадия биотехнологического пр-ва.

Ферментация, биотрансформация, биокатализ, биоокисление, метановое брожение, биокомпостирование, биосорбция, биодеградация.

48. Процессы для разделения жидкости и биомассы м/о.

Отстаивание, фильтрация, сепарация, центрофугирование, микрофильтрация, коагуляция.

49. Процессы для выделения внутриклеточных продуктов.

Экстракция, адсорбция, ионный обмен, ультрафильтрация, центрофугирование, осаждение + ректификация.

50. Процессы для очистки продуктов микробиологич. синтеза.

Экстракция, осаждение, адсорбция, ионный обмен, кристаллизация, нанофильтрация, диализ, хромотография.

51. Процессы для концентрирования продуктов микробиологич. синтеза.

Выпаривание, сушка, осаждение, кристаллизация, фильтрация, нанофильтрация.

52. Стадии ферментации. Ее основные хар-ки.

1) Сама биомасса м/о явл. целевым продуктом. 2) Продукт – продукты метаболизма (внеклет. и внутриклет.) – процессы биосинтеза. 3) Утилизация опред. компонентов исх. среды – задача ферментации (биоокисление, биокомпостирование, метановое брожение, биодеградация). Исх. среда часто наз. субстратом, по нему различают: 1) поверхностная (твердофазная) ферментация, где культивирование осущ. агаровых средах, на зерне пр-во сыра и колбас, биокомкомпостирование на загрязненном грунте). 2) глубинная (жидкофазная) ферментация, в ней биомасса м/о суспензирована в жидкой питательной среде, через которую при необходимости продувается воздух или другие газы. 3) газофазная ферментация: м/о сущ-ют в капельках аэрозоля. Протекают на носителях, где закрепляются м/о, носители взвешены в воздухе в виде аэрозоля (для очистки газов от загрязнения). По отношению к О₂: 1) аэробная; 2) анаэробная; 3) факультативно анаэробная. По отношению к свету: 1) фототрофная (световая); 2) хемотрофная (теневая). По степени защищенности от посторонней микрофлоры: 1) асиптическая; 2) неасиптическая (при очистке сточных вод, на парафинах); 3) Условно асиптическая (допускается некоторое попадание посторонней микрофлоры). По числу видов м/о: 1) монокультуры (чистые культуры) – один целевой орг-м; 2) смешанные культуры – совместное развитие 2 и более м/о (является целевыми). По способу организации процесса: 1) периодические; 2) непрерывные; 3) многоциклические; 4) отьемно-доливные; 5) периодические с подпиткой субстрата; 6) полунепрерывная с подпиткой субстрата.

37. Типовая блок-схема.

Блок-схема – это граф. изображение последоват-ти технол. стадий при получении продукта.

1) подготовительные стадии (приготовление и стерилизация среды, газов, подготовка посевных материалов, биокатализатора, предварительная обработка сред); 2) биотехнологические стадии (Ферментация, биотрансформация, биокатализ, биоокисление, метановое брожение, биокомпостирование, биосорбция, биодеградация);

3) разделение жидк-ти. и биомассы (Отстаивание, фильтрация, сепарация, центрофугирование, микрофильтрация, коагуляция); 4) выделение внеклет. продуктов (дезинтеграция, ферментолиз, гидролиз); 5) выделение внутриклет. продуктов. (Экстракция, адсорбция, ионный обмен, ультрафильтрация, центрофугирование, осаждение+ректификация); 6) очистка продукта (Экстракция, осаждение, адсорбция, ионный обмен, кристаллизация, нанофильтрация, диализ, хромотография); 7) концентрирование продукта (Выпаривание, сушка, осаждение, кристаллизация, фильтрация, нанофильтрация); 8) приготовление готовых форм (гранулирование, дражирование, таблицирование, розлив, фасовка, ампулирование).

38. Очистка почв от нефтяных загрязнений.

1) вспашка, рыхление; 2) увлажнение; 3) внесение удобрений и биопрепаратов; 4) подкормка, 5) биокомпостирование; 6) посев травяных культур® очищенная почва

39. Пр-во биогаза.

1) приготовление сырья; 2) приготовление посевного материала, 3) метановое брожение, 4) комплинирование ® биогаз; 5) сушка сброженного осадка®удобрение.

40. Пр-во спирта.

1) приготовление пит. среды; 2) фермент: солод, спец ферменты ® осахаривание (крахмал = глюкоза); 3) брожение; 3') приготовление посевного материала (дрожжи); 4) затаривание в баллоны (исп. в газ. Напитках); 5) ректефикация; 6) розлив конц. фазы (спирт); 7) куб .остаток – спирт-барда: сушка; 8) кормовой продукт.

41. Пр-во кормового лизина

1) приготовление среды; 2) приготовление посевного материала; 3) комплимирование воздуха; 4) стерилизация среды; 5) стерилизация воздуха; 6) ферментация; 7) выпарка; 8) отруби ® гранулирование; 9) сушка ® ККЛ (кормовой концентрат лизина).

42. Пр-во живой вакцины.

1) приготовление среды; 2) комплинирование воздуха, 3) приготовление посевного материала; 4) стерилизация среды; 5) стерилизация воздуха; 6) ферментация; 7) ултра- или микрофильтрация ® сток без бактерий; 8) нагревание среагентом;9) диализ (массопередача через полупроницаемую перегородку низкомолекулярных соединений)®низкомолекулярные соединения; 10) ампулирование ® вакцина.

43. Пр-во антибиотика (эритромицина).

1) приготовление среды; 2) подготовка воздуха; 3) приготовление посевного материала; 4) приготовление р-ров глюкозы; 5) ферментация; 6) микрофильтрация ® мицелий; 6') сушка ® удобрение; 7) нанофильтрация ® сток; 8) бутилацетат ® экстракция® сток; 9) бутилацетатный экстракт®; KCNS® получение роданида эритромицина; 9') регенерация - ректификация®бутилацетат на 8; 10) роданид® сушка; 11) NaOH® получение эритромицина основания; 12) сушка; 13) таблецирование® антибиотик.

44. Пр-во пекарских дрожжей.

1) приготовление посевного материала; 2) комплинирование воздуха; 3) осветление мелассы (отход свёкло-сахарного пр-ва); 4) приготовление пит. среды; 5) ферментация; 6) сепарирование (центробежн. сепараторы отделение биомассы от жидкости); 7) прессование ® пресс. дрожжи (более живые); 8) сушка ® суш. дрожжи (дольше хранятся).

45. Пр-во вина

1) подготовка сырья, выжим сока; 2) подготовка винных дрожжей; 3) брожение; 4) фильтрование ® винные дрожжи (отход); 5)выдержка; 6) розлив ® вино