- •1. Биотехнология как межотраслевая область научно-технического прогресса и раздел практических знаний
- •2. Этапы развития биотехнологии
- •3. Основные факторы, обусловившие развитие современной биотехнологии
- •4. Связи биотехнологии с биологическими, химическими, техническими и другими науками
- •5. Практические задачи биотехнологии и важнейшие, исторические этапы ее развития (вторая часть – это вопрос 2)
- •6. Области применения достижений биотехнологии
- •7. Микроорганизмы (бактерии и высшие протисты) – основные объекты биотехнологии
- •8. Преимущества микроорганизмов перед другими объектами в решении современных биотехнологических задач
- •9. Принципы подбора биотехнологических объектов: модельные и базовые микроорганизмы, штаммы микроорганизмов, использующиеся в биотехнологии
- •10. Выделения и селекция микроорганизмов, продуцентов биологически активных веществ
- •11. Принципиальные подходы к улучшению штаммов промышленных микроорганизмов
- •12. Промышленные энзимы, продуцируемые микроорганизмами
- •13. Клетки животных и растений как объекты биотехнологии
- •14. Использование клеточных культур в биотехнологических процессах
- •15.Трансгенные животные и растения как новые объекты биотехнологии
- •16. Требования, предъявляемые к питательным субстратам, использующимся в биотехнологических процессах
- •17.Природные сырьевые материалы растительного происхождения
- •18. Отходы различных производств, как сырьё для биотехнологических процессов
- •19.Химические и нефтехимические субстраты, применяемые в качестве сырья для биотехнологии
- •20. Преимущества и недостатки биотехнологических производств по сравнению с химическими технологиями
- •21. Принципиальные схемы биотехнологических процессов, определяющие конструкции биореакторов(ферментёров)
- •22. Основные требования, предъявляемые к системам, используемым для процессов ферментации
- •23. Типы и режимы ферментации: периодические и непрерывные процессы
- •24. Проблемы аэрирования, пеногашения , асептики и стерильности при различных ферментациях
- •25. Открытые и замкнутые ферментационные системы
- •26. Хемостатные и турбидостатные режимы культивирования продуцентов
- •27. Основные требования, предъявляемые к биореакторам
- •28. Системы перемешивания, применяемые в современных ферментах
- •29. Принципы масштабирования технологических процессов: лабораторные, пилотные и промышленные ферментеры и решаемые с их использованием задачи
- •30. Специализированные ферментационные технологии: анаэробные, твердофазные и газофазные процессы
- •31.Особенности культивирования клеток животных и растений
- •32. Конечные стадии получения продуктов биотехнологических процессов
- •33. Отделение биомассы: флотация, фильтрование и центрифугирование
- •34. Методы дезинтеграции клеток: физические, химические и энзиматические
- •35. Выделение целевого продукта: осаждение, экстрагирование, адсорбция, электрохимические методы, ионообменная хроматография
- •36. Концентрирование, обезвоживание, модификация и стабилизация целевых продуктов биотехнологических процессов
- •37. Биотехнология производства «одноклеточного» белка
- •38. Продуценты «одноклеточного» белка
- •39. Требования, предъявляемые к микробному белку и возможности его использования
- •40. Сырьевая база производства белка одноклеточных организмов; высокоэнергетические субстраты, отходы сельского хозяйства и других производств
- •41.Область применения энзимов в биотехнологических процессах
- •42. Преимущества и недостатки энзимных технологий
- •43.Технология производства энзимов для промышленных целей
- •44. Требования, предъявляемые к продуцентам
- •45.Иммобилизованные энзимы и преимущества их применение в биотехнологии
- •46. Носители, используемые для иммобилизации энзимов природные и синтетические органические носители
- •47. Типы неорганических носителей
- •48. Способы иммобилизации энзимов: адсорбция, включение в гели и полупроницаемые мембраны; химические методы иммобилизации ферментов
- •49. Иммобилизованные клетки в биотехнологии
- •50. Получение рекомбинантных белков с помощью прокариотических систем
- •51.Особенности производства белков продуктов медицинского назначения
- •52.Использование достижений биотехнологии в сельском хозяйстве и охране окружающей среды
- •53. Получение и использование трансгенных растений для повышения продукции сельского хозяйства и качества продуктов питания
- •54. Получение трансгенных животных для продукции белков медицинского назначения
- •55. Возможные риски использования генетически модифицированных организмов (гмо) для здоровья человека и окружающей среды
- •56. Достижения молекулярной биотехнологии в генотерапии
- •57. Биотехнология очистки промышленных отходов
- •58. Биотехнологические способы получения энергоносителей
- •59. Исследования генома человека и его результаты
- •60. Получение рекомбинантных белков с помощью эукариотических систем
12. Промышленные энзимы, продуцируемые микроорганизмами
Получение ферментов с помощью микроорганизмов более выгодно, чем из растительных и животных источников.
Микробные клетки продуцируют более 2 тысяч ферментов, катализирующих биохимические реакции, связанные с ростом, дыханием и образованием продуктов. Многие из этих ферментов могут быть выделены и проявляют свою активность независимо от клетки. Для получения ферментных препаратов используют как микроскопические грибы, так и бактерии и дрожжи. Иногда получение технического ферментного препарата кончается проведением процесса ферментации, однако активность ферментов в культуральной жидкости быстро снижается. Поэтому широко практикуют получение сухих технических ферментных препаратов.
В мире производится около 20 ферментов в объеме 65 тыс. тонн (а существует, как предполагают 25000 ферментов). Например, промышленным способом производят такие ферменты как амилаза, глюкоамилаза, протеаза, инвертаза, пектиназа, каталаза, стрептокиназа, целлюлаза и др.
Амилазы и протеазы используют в текстильной, хлебопекарной и кожевенной промышленности. Пектолитические ферменты могут быть использованы для мацерации тканей при переработке растительного сырья, например при получении льноволокна. Щелочные протеазы, особенно иммобилизованные, очень эффективно используются в составе моющих средств. Кроме протеолитических ферментов в состав моющих средств вводят липазу, целлюлазу, оксидазу и амилазу для удаления загрязнений крахмального происхождения. Использование иммобилизованной глюкозоизомеразы для непрерывного получения глюкозы является наиболее крупным процессом такого рода в мире.
Микробные ферменты активно используют в клинической диагностике при определении уровня холестерина в крови и мочевой кислоты. Ферменты предлагают использовать для очистки канализационных и водопроводных труб и т.д. и т.п. Ферменты для медицинских или аналитических целей должны быть высокоочищенными.
В биологических объектах ферменты обычно находятся в фиксированном состоянии на поверхности различных клеточных структур - наиболее часто на мембранах. Благодаря этому ферменты сохраняют свою активность длительное время. В технологии долгое время применялись препараты свободных ферментов; в таком состоянии срок их использования был коротким - один производственный цикл. Для повышения стабильности выделенных ферментов используют технику иммобилизации, т.е. связывания ферментов на поверхности нерастворимого в воде носителя, например, органических полимеров, стекла, минеральных солей, силикатов и т.п. Иммобилизованные ферменты можно длительное время использовать в биохимических реакторах в условиях непрерывного процесса.
Иммобилизация и получение связанных ферментных препаратов стала возможным благодаря детальному изучению строения многих ферментов. Раскрыт аминокислотный состав ряда ферментных белков, их пространственная конфигурация, выявлены активные центры, значение различных функциональных групп в проявлении каталитической активности фермента и т. д.
Примеры использования иммобилизованных ферментов - изомеризация глюкозы во фруктозу, гидролиз белков, трансформация стероидов, гормонов и т.д. Новая область применения иммобилизованных ферментов - создание на их основе бессеребряных фотоматериалов. На основе действия ферментов построены биолюминесцентные и иммуноферментные методы анализа, отличительной чертой которых является высокая чувствительность и абсолютная специфичность.