3885

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Воронежская государственная лесотехническая академия»

ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ

Методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 19.03.01 Биотехнология

Воронеж 2017

1

УДК 575 Колесникова, Е. О. Основы биотехнологии Текст: Методические

указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки - 19.03.01 Биотехнология/ Е.О. Колесникова; ВГЛТУ. – Воронеж, ВГЛТУ, 2017. – ЭБС ВГЛТУ. – 26 с.

2

Техника безопасности при выполнении лабораторных работ

Правила работы в биотехнологической и химической лаборатории

Перед лабораторной работой изучите теоретический раздел и описание лабораторной работы. Покажите преподавателю конспект теоретической и практической части лабораторной работы. Сдайте преподавателю допуск для проведения лабораторной работы.

Ознакомьтесь с методикой выполнения лабораторной работы. В соответствии с техникой безопасности запрещается:

-брать реактивы больше требуемого количества;

-неизрасходованные или взятые в избытке реактивы возвращать обратно в склянки (их надо сдать лаборанту);

-загромождать рабочее место (во время работы на лабораторном столе должны находиться только необходимые приборы, реактивы и лабораторная тетрадь);

-уносить приборы, реактивы общего пользования на свое рабочее

место;

-путать пробки от склянок;

-принимать пищу в лаборатории;

-работать в лаборатории в неаккуратно застегнутой одежде, с распущенными волосами;

-нагревать на открытом огне горючие жидкости;

-сливать горячие растворы в толстостенную посуду.

Необходимо выполнять следующие требования.

Перед началом работы следует ополоснуть чистую посуду дистиллированной водой над раковиной, затем при необходимости высушить еѐ.

После окончания работы следует тщательно вымыть посуду.

Склянки и реактивы должны находиться в определенном месте, их нельзя переносить на другие столы.

Следует работать без лишней торопливости, не проливать и не просыпать реактивы, если все же это случилось, нельзя сливать загрязненный реактив обратно в склянку с чистым реактивом, а следует собрать его и передать лаборанту; стол (или другой запачканный предмет) нужно вымыть и вытереть.

Бросать бумагу, бытовое стекло и другие предметы можно только в специальные сосуды и ящик для мусора.

Если во время работы будет пролита в большом количестве кислота или другой раствор, нужно тотчас сообщить о случившемся лаборанту.

4

Удалять растворы нужно быстро, так как эти реактивы портят стол и другие предметы, и осторожно, чтобы не прожечь одежду и не повредить руки.

При всех несчастных случаях необходимо тотчас обращаться к лаборанту или преподавателю.

Внимательно наблюдать за ходом опыта, отмечая и записывая каждую его особенность (выпадение и растворение осадков, изменение окраски, температуры и т.д.).

Расходовать для осуществления химических реакций то количество реактивов, которое рекомендовано в указаниях по выполнению опыта, а если нет специальных оговорок – минимальное.

Работы с вредными веществами проводить только под тягой. Концентрированные кислоты и щелочи наливать осторожно в вытяжном шкафу; не уносить их на свои рабочие столы.

Если случайно прольете кислоту или щелочь, то быстро смойте их интенсивной струей воды из водопроводного крана, а потом обратитесь к дежурному лаборанту и по его указанию приведите в надлежащий порядок свое рабочее место.

Не выливать в раковину отработанные концентрированные кислоты и щелочи, а пользоваться для этого специально отведенной посудой, установленной под тягой. Отработанные металлы складировать в специальную емкость. Бумагу и остатки твердых веществ бросать в урну.

При работе постоянно следить за тем, чтобы реактивы (особенно кислоты, щелочи) не попадали на лицо, руки, одежду.

При нагревании реактивов или жидкостей не наклоняться над сосудом во избежание попадания брызг на лицо, одежду, обувь.

При нагревании жидкостей в колбе не держите ее отверстием к себе или в сторону соседа.

Не нюхайте выделяющиеся газы, близко наклоняясь к сосуду. Если нужно понюхать газ, то следует сделать это осторожно, слегка направляя рукой поток воздуха к себе.

В случае ожога (пламенем горелки или горячим предметом) обожженное место смочить крепким раствором марганцовокислого калия. Можно приложить ватку, смоченную жидкостью от ожога.

При разбавлении щелочей, кислот и т.п. веществ, а также при мытье посуды с веществами, разъедающими кожу рук, обязательно надевать резиновые перчатки.

В конце работы уберите рабочее место, выключите воду, электроприборы.

5

При работе с электроприборами необходимо соблюдать следующие правила.

Работу с приборами можно начинать только после тщательного ознакомления с инструкцией по их эксплуатации.

Включать приборы только в сеть переменного тока с напряжением

220 В.

Электроприборы должны располагаться на лабораторном столе таким образом, чтобы химические реактивы не попадали на них, а также в электрическую розетку.

Если произошло замыкание электроустановки или возник пожар, необходимо немедленно обесточить прибор. Тушить пожар следует песком и огнезащитной тканью.

Приборы должны иметь рабочую изоляцию, элемент для заземления.

В электроприборах имеются элементы, находящиеся под напряжением, поэтому запрещается самостоятельно вскрывать и ремонтировать их, а также работать с неисправными приборами.

После окончания работы необходимо отключить прибор от сети.

6

Лабораторная работа № 1

Объекты биотехнологии. Клетка растительного происхождения. Клетка животного происхождения. Прокариотическая клетка. Вирусы.

Строение бактериофага.

Цель работы: ознакомиться с основными объектами биотехнологии; изучить строение растительной и животной клеток, бактерий и вирусов.

Материалы и оборудование: микроскопы, готовые препараты различных типов клеток.

Задание:

1.Ознакомиться с общими сведениями по теме и усвоить основные понятия (прокариоты, эукариоты, вирусы, бактериофаги).

2.Рассмотреть под микроскопом и зарисовать строение прокариотической и эукариотической клетки.

3.Заполнить таблицу «Основные органоиды клетки и их функции».

4. Зарисовать строение бактериофага.

Общие сведения.

Объектами биотехнологии являются: клетки растений, животных и человека, бактерии, вирусы, грибы, некоторые вещества биологического происхождения (например, ферменты, нуклеиновые кислоты и др.), молекулы. Отсюда следует, что объекты биотехнологии относятся либо к микробам, либо к растительным или животным клеткам. Типичной клетки в природе не существует, но все эукариотические клетки имеют общие черты строения, характерные для клеток представителей различных царств живой природы (рис. 1).

7

Рис. 1. Комбинированная схема строения эукариотической клетки:

а– клетка животного происхождения; б – растительная клетка:

1– ядро с хроматином и ядрышком; 2 – плазматическая мембрана; 3 – клеточная стенка; 4 – плазмодесмы; 5 – гранулированный эндо-

плазматический ретикулум; 6 – гладкий ретикулум; 7 – пиноцитозная вакуоль; 8 – аппарат Гольджи; 9 – лизосома; 10 – жировые включения в гладком ретикулуме; 11 – центриоль и микротрубочки центросферы; 12 – митохондрия; 13 – полирибосомы гиалоплазмы; 14 – центральная вакуоль; 15 – хлоропласт

Каждая клетка состоит из двух важнейших, неразрывно связанных между собой частей – цитоплазмы и ядра. В цитоплазме находится целый ряд структур, каждая из которых имеет закономерные особенности строения и поведения в различные периоды жизнедеятельности клетки. Каждая из этих структур-органоидов обладает определенной функцией. Есть органоиды, свойственные всем клеткам: митохондрии, клеточный центр, аппарат Гольджи, рибосомы, эндоплазматическая сеть, лизосомы, а также органоиды, присущие только определенным типам клеток: миофибриллы, реснички и ряд других. Органоиды – постоянные, жизненно важные составные части цитоплазмы клеток. В цитоплазме откладываются также различные вещества

– включения. Включениями называют непостоянные структуры цитоплазмы, которые в отличие от органоидов то возникают, то исчезают в процессе жизнедеятельности клетки. Плотные включения называют гранулами,

8

жидкие – вакуолями. Включения животной клетки: гликоген, жиры, пигмент, пыль, микробы и т.д.

Ядро – важная составная часть клетки. Клеточное ядро содержит ДНК и благодаря этому выполняет две главные функции: 1) хранения и воспроизведения генетической информации; 2) регуляции процессов обмена веществ, протекающих в клетке.

Растительная клетка отличается от животной следующими признаками: 1) прочной клеточной стенкой из целлюлозы значительной толщины; 2) особыми органоидами-пластидами, в которых происходит первичный синтез органических веществ из минеральных за счет энергии света; 3) развитой системой вакуолей, в значительной мере обуславливающих осмотические свойства клеток.

Основная особенность строения бактерий – отсутствие ядра, ограниченного оболочкой. Наследственная информация у бактерий заключена в одной хромосоме. Бактериальная хромосома, состоящая из одной молекулы ДНК, имеет форму кольца и погружена в цитоплазму (рис.

2).

Рис. 2. Схема строения прокариотической клетки

ДНК у бактерий не образует комплексов с белками, поэтому подавляющее большинство наследственных задатков – генов, входящих в состав хромосомы, «работает», т.е. с них непрерывно считывается наследственная информация. Каждая бактерия, помимо основной ДНК, может содержать несколько различных плазмид, которыми она обменивается с другими бактериями. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочечные молекулы ДНК, состоящие из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Они являются автономными генетическими элементами, реплицирующимися в бактериальной клетке не одновременно с основной молекулой ДНК. Хотя на долю плазмид приходится лишь небольшая часть клеточной ДНК (0,1-0,01%), именно они несут такие жизненно важные для бактерии гены, как гены лекарственной устойчивости. Разные плазмиды

9

содержат разные гены устойчивости к антибактериальным препаратам. Простота устройства плазмид и легкость, с которой они «входят и выхоят» из бактерий, используются в генной инженерии для введения в клетки бактерий генов высших организмов.

Вирусы – это неклеточная форма жизни. Они являются облигатными паразитами, т.е. могут функционировать только внутри организма. Ни один из известных вирусов не способен к самостоятельному существованию. Просто организованные вирусы представляют собой нуклеопротеиды, т.е. состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и нескольких белков, образующих оболочку вокруг нуклеиновой кислоты. Белковая оболочка носит название капсид. Капсиды состоят из различного числа симметрично расположенных морфологических субъединиц, называемых капсомерами. Эти капсомеры подобно своеобразному белковому «частоколу» окружают полость, в которой расположена нуклеиновая кислота. Сложно организованные вирусы имеют дополнительную оболочку, белковую либо липопротеиновую (рис. 3).

Капсомеры (вместе образуют капсид, т.е. белковую оболочку обычно с высокой степенью симметрии

Внутренняя область вирусной частицы

Генетический материал (ДНК или РНК)

Оболочка (только у некоторых более крупных вирусов)

Рис. 3. Схематический разрез вируса Вирусы размножаются не делением, а путем репликации (синтеза).

Размножение вирусов включает в себя три процесса: репликацию вирусной нуклеиновой кислоты, синтез вирусных белков и сборку вирионов. Вирусы, которые нападают на бактерии, образуют группу бактериофагов. Бактериофаг Т2, уничтожающий кишечную палочку (Escherihia coli), имеет следующее строение: головка ико-саэдрической формы, внутри которой находится нуклеиновая кислота, хвост, покрытый белковым чехлом, базальная пластинка и хвостовые нити (рис. 4).

Рис. 4. Строение бактериофага Т2:

1 – головка; 2 – сердцевина; 3 – хвост; 4 – ДНК; 5 – базальная пластинка; 6 – хвостовые нити

10