ТОПТ. Б ИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ Б ИОТЕХНОЛОГИИ
Биотехнология – это отрасль науки, сочетающая в себе черты как биологии, так и техники. Биотехнология изучает пути изменения окружающей среды в связи с потребностями человека. Цель - интенсификация производства и получения новых видов продуктов. Как отрасль промышленности биотехнология включает в себя промышленную микробиологию, техническую биохимию, генную инженерию и клеточную инженерию.
Междисциплинарная природа биотехнологии
ОтрасльПримеры Сельское хозяйство Получение новых штаммов, новые методы селекции растений и животных (включая клонирование) Производство химических веществ Получение органических кислот, использование ферментов в составе моющих средств Энергетика Увеличение потребления биогаза, крупномасштабное производство этанола как жидкого топлива Контроль за состоянием окружающей среды Улучшение методов тестирования и мониторинга, прогнозирование превращений ксенобиотиков, благодаря более глубокому пониманию биохимии микроорганизмов, усовершенствованию методов переработки бытовых и промышленных отходов, защита атмосферы, охрана земель, очистка вод, использование возобновляемых источников энергии, переработка отходов растительности Некоторые направления, развивающиеся на основе биотехнологии, и продукты, получаемые с ее помощью
ОтрасльПримеры Пищевая промышленностьСоздание новых методов переработки и хранения пищевых продуктов, получение пищевых добавок, использование белка, синтезируемого одноклеточными организмами, и ферментов при переработке пищевого сырья МатериаловедениеВыщелачивание руд, дальнейшее изучение и контроль биоразложения МедицинаПрименение ферментов для усовершенствования диагностики, создание датчиков на основе ферментов, использование микроорганизмов и ферментов при производстве сложных лекарств
Б ИОТЕХНОЛОГИИ В ЭНЕРГЕТИКЕ
Биомасса представляет собой постоянно возобновляемый источник химической энергии: метан, этиловый спирт или водород. Производство сырья для химической промышленности Пища для людей 1. Пищевые продукты и напитки 1.1. Брожение Производство различных сортов пива, вина и сброженных.продуктов. Брожение – это процесс микробиологического синтеза. Исходным сырьем для процессов брожения являются углеводороды – крахмал, сахар, целлюлоза. Конечным продуктом могут служить спирты (спиртовое брожение), кислоты (брожение уксуснокислое, пропионовокислое, маслянокислое, молочнокислое, а также СО 2 и другие соединения)..
С ЕМА ПРОЦЕССОВ БРОЖЕНИЯ
С 6 Н С С 2 Н 5 ОН Сырье – отходы производства сахара, крахмал кукурузы или картофеля. Процесс осуществляется с использованием микроорганизмов, имеющих оптимум развития при 48–50 С, так что такая высокая температура снижает опасность заражения посторонней микрофлорой. Брожение продолжается 6–8 суток, в течение которых через определенные промежутки времени постоянно добавляют сахар.
Молекула аденозинтрифосфата
Генная инженерия Генная инженерия совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Генная инженерия является инструментом биотехнологии, используя исследования таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.
Состав ДНК и РНК пуриновые и пиримидиновые основания, углеводы (рибоза и дезоксирибоза), фосфорная кислота
Нуклеиновые основания Пиримидин Пурин A А: Аденин; G Г: Гуанин; C Ц: Цитозин; T Т: Тимин (5-метилурацил), не встречается в РНК, занимает место урацила в ДНК; U У: Урацил, не встречается в ДНК, занимает место тимина в РНК
Нуклеиновые основания Пиримидиновые Урацил Ura (2,4-диоксопиримидин) Тимин Thy (5-метил-2,4- диоксопиримидин, 5-метилурацил Цитозин Cyt (4-амино-2- оксопиримидин)
Нуклеиновые основания Пуриновые Аденин Ade (6-аминпурин) Гуанин Gua (2-амино-6-оксопурин )
Углеводы в составе ДНК и РНК R=OH -D-рибофураноза R=H 2-Дезокси- -D-рибофураноза
НУКЛЕОЗИДЫ Общая структура нуклеозида R=OH Рибонуклеозид R=H Дезоксирибонуклеозид Соединение пентозы и азотистого основания называется нуклеозидом.
НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ РНК (РИБОНУКЛЕОЗИДЫ)
НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ ДНК (ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДЫ)
Нуклеотиды нуклеотид - вещество, состоящее из азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты
СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ Общее строение полинуклеотидной цепи
СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ Первичная структура участка цепи ДНК d(…AСGТ...)
СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ СБОРКА ПОЛИМЕРНОЙ ЦЕПИ ДНК из фрагментов фосфорной кислоты и дезоксирибозы
СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ ПРИСОЕДИНЕНИЕ К ПОЛИМЕРНОЙ ЦЕПИ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ГЕТЕРОЦИКЛОВ
Первичная структура нуклеиновых кислот
СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ Вторичная структура нуклеиновых кислот число пуриновых оснований в ДНК всегда равно числу пиримидиновых, количество аденина равно количеству тимина, а гуанина количеству цитозина. Такая закономерность получила название правило Чаргаффа. Какой-либо пурин в одной цепи всегда связан водородными связями с одним из пиримидинов в другой цепи. Аденин может спариваться лишь с тимином, а гуанин только с цитозином. При этом между аденином и тимином образуются две водородные связи, а между гуанином и цитозином три. Противоположные последовательности и соответствующие полинуклеотидные партнеры называются комплементарными.
Объемная модель молекулы ДНК
РАЗМЕЩЕНИЕ ДВУХ ПОЛИМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ ДНК и образование водородных связей между парами А – Т и Г – Ц. Свободные валентности на концах цепи (отмечены красным и синим цветом) указывают на полимерный характер молекул ДНК. Цепи располагаются, чтобы их направление было противоположным (см. расположение синих и красных свободных валентностей), именно в этом случае группы А, Т, Г и Ц оказываются оптимально ориентированными навстречу друг другу.
Вторичная структура нуклеиновых кислот
Упаковка молекулы ДНК в хромосоме В состав каждой из хромосом входит одна молекула ДНК, состоящая из двух связанных между собой нитей и имеющая вид двойной спирали толщиной 2 нм. По своей структуре ДНК напоминает закрученные ступеньки, и поэтому ее определяют как двойную закрученную спираль. Она состоит из двух очень тонких нитей, которые соединены перемычками. Структурными единицами этой спирали являются нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из трех частей: сахара, остатка фосфорной кислоты и азотистого основания (аденина, тимина, цитозина или гуанина). Два основания, аденин - тимин и цитозин - гуанин, соединяясь между собой с помощью водородной связи, образуют ступеньки спиральной лестницы. Остатки фосфорной кислоты образуют перила лестницы, а молекулы сахара являются связующими звеньями одной цепи молекулы ДНК. Молекула ДНК состоит из отдельных фрагментов, называемых генами
Вторичная структура нуклеиновых кислот