Сабақ биотехнологияның негізгі бағыттары
Биотехнологияда қолданылатын биологиялық жүйелер
жүктеу/скачать 110 Kb.
|
№ 2 Практикалық сабақ БИОТЕХНОЛОГИЯНЫҢ НЕГІЗГІ БАҒЫТТАРЫ
| Биотехнологияда қолданылатын биологиялық жүйелер. Биологиялық жүйенің табиғаты (микроорганизмдер, жәндіктердің, өсімдіктер мен сүтқоректілердің жасушалық желілері, көп жасушалы организмдер) биотехнологиялық процесс үшін өте маңызды.
Прокариоттар және эукариоттар. Барлық тірі организмдер әдетте екі негізгі топқа бөлінеді: прокариоттар мен эукариоттар. Прокариоттық бактерия жасушасында хромосомалық ДНҚ тікелей цитоплазмада орналасады, жасуша қатты жасуша қабырғасымен қоршалған. Жасушада жүз жасушалы цитоплазмалық органеллалар болмайды (1-сурет). Оңтайлы жағдайларда прокариот жасушасы әрбір 20 минут сайын бөлініп, бір тәулікте 10 миллиардтан астам жасуша туа алады. Эукариоттық жасушада (2-сурет) цитоплазмадан ядролық мембранамен бөлінген ядро бар, хромосомалық ДНҚ ядрода болады. Цитоплазмада әртүрлі жасушалы органеллалар бар: ядро айналасындағы мембраналар, липидтер мен ақуыздар синтезделетін эндоплазмалық ретикулумның (ЭПР) лабиринтін құрайтын митохондрия. Мембраналар әртүрлі органикалық молекулаларды синтездеуге және тасымалдауға қатысатын Гольджи аппаратын құрайтын жалпақ көпіршіктердің қадаларын құрайды. Мембраналар лизосомаларды қоршайды (диаметрі 0,20-0,5 мкм кіші жасушалық құрылымдар), құрамында жасуша ішілік ас қорытуға қажетті гидролитикалық ферменттер бар. 1-сурет - Прокариоттық бактерия жасушасы 2-сурет – Эукариоттық жануар жасушасы Бактериялардың екі тобы бар-топырақты, суды және басқа организмдерді мекендейтін эубактериялар және батпақтар, мұхит тереңдігі, өте тұзды сулар және ыстық қышқыл бұлақтар сияқты мекендейтін жерлерде кездесетін архебактериялар. Осы немесе басқа микроорганизмдер таңдаған температура режиміне сүйене отырып, олар термофилдерге (45-тен 90 °C-қа дейін және одан жоғары), мезофилдерге (10-нан 47 °C-қа дейін) және психрофилдерге немесе психротрофтарға (-5-тен 35 °C-қа дейін) бөлінеді. Белгілі бір температура диапазонында белсенді түрде көбейетін микроорганизмдер әртүрлі биотехнологиялық мәселелерді шешудің пайдалы құралы болып табылады. Мысалы, термофилдер көбінесе термостабильді ферменттерді кодтайтын гендердің көзі ретінде қызмет етеді, ал генетикалық түрлендірілген психротрофтар топырақ пен судағы улы қалдықтарды биодеградациялау үшін төмен температурада қолданылады. Молекулалық биотехнологияда қолданылатын көптеген биологиялық нысандардың ішінде негізгілері-Escherichia coli бактериялары, Saccharomyses cerevisiae бір клеткалы ашытқылар және жануарлардан шыққан әртүрлі жасушалық сызықтар. Олардың барлығы клондалған гендермен кодталған ақуыздарды алуда маңызды рөл атқарады. Escherichia coli-ұзындығы 1 мкм-ден аз грам-теріс емес патогенді емес жылжымалы таяқша. Оның дәстүрлі тіршілік ету ортасы-адамның ішектері, топырақ, су. Escherichia coli штамдары аминқышқылдары, дәрумендер, тұздар, микроэлементтер және көміртегі көзі бар байытылған сұйық қоректік ортада өсіріледі. E. coli-ді аэробты және анаэробты жағдайда өсіруге болады, бірақ рекомбинантты ақуыздарды оңтайлы өндіру үшін E. coli және басқа микроорганизмдер әдетте аэробты жағдайда өсіріледі. Жасуша массасының өсуі мен ақуыз өндірісі қоректік ортада ерітілген оттегінің құрамымен шектеледі, ол үшін ферменттерде аэрация жағдайлары жасалады. E. coli-ден басқа молекулалық биотехнологияда көптеген басқа микроорганизмдер қолданылады, олар екі топқа бөлінеді: 1. микроорганизмдер нақты гендердің көзі ретінде. 2. белгілі бір мәселелерді шешу үшін гендік-инженерлік әдістермен құрылған микроорганизмдер. Saccharomyses cerevisiae-жасуша диаметрі шамамен 5 мкм болатын патогенді емес бір клеткалы организмдер, көп жағдайда E. coli эукариоттық аналогын білдіреді. S. cerevisiae бүршіктену арқылы көбейеді, олардың қантты этанол мен көмірқышқыл газына айналдыру қабілеті ежелден сусындар мен нан жасау үшін қолданылған. Ашытқы жасушалары әр 1,5-2 сағат сайын бөлінеді. S. cerevisiae-бұл басқа эукариоттарды, соның ішінде адамды зерттеу үшін ыңғайлы модель, өйткені S. cerevisiae жасушаларының бөлінуін реттеуге жауапты көптеген гендер адамға ұқсас. Бұл неоплазмалардың дамуына жауап беретін адамның гендерін анықтауға және сипаттауға ықпал етті. Ашытқының генетикалық жүйесі адамның ДНҚ-ны зерттеуге арналған барлық зерттеулердің ажырамас бөлігі болып табылады. Бактериалды жасушамен синтезделген эукариоттық ақуыз жиі: ақуыздың дұрыс жұмыс істеуі үшін қажет ақуыз молекуласына төмен молекулалы қосылыстар қосу арқылы ферментативті модификацияға ұшырайды. Алайда, E. coli және басқа прокариоттар бұл модификацияны жүзеге асыра алмайды, сондықтан толық эукариотты ақуыздарды алу үшін S. cerevisiae және ашытқының басқа түрлері қолданылады. Эукариоттық жасушалар культурасы молекулалық биотехнологияда биологиялық жүйелер ретінде қолданылады. Белгілі бір ағзаның (жәндіктер, өсімдіктер, сүтқоректілер) тіндерінің бір бөлігі жасушааралық материалдың ақуыздарын ыдырататын протеолитикалық ферменттермен (трипсинмен) өңделеді, өсімдік жасушаларымен жұмыс кезінде жасуша қабырғасын бұзатын ферменттер қолданылады. Шығарылған жасушалар аминқышқылдары, антибиотиктер, дәрумендер, тұздар, глюкоза және өсу факторлары бар қоректік ортаға орналастырылады. Мұндай жағдайларда (сүтқоректілер жасушаларының бөлінуі күніне бір рет жүреді) культурасы бар контейнердің қабырғасында жасушалық жеке қабырға пайда болады. Егер осыдан кейін жасушалар жаңа қоректік ортасы бар контейнерлерге берілмесе, өсу тоқтайды. Әдетте культураның бастапқы (бастапқы) жасушасымен 50-100-ге дейін жасуша генерациясын өткізуге және сақтауға болады, содан кейін жасушалар бөліну қабілетін жоғалтып, өле бастайды. Молекулалық биотехнологияда вакциналар мен рекомбинантты ақуыздарды кең көлемде өндіру, вирустарды көбейту және ДНҚ-ның клондалған тізбектерімен кодталған ақуыздарды анықтау үшін қолданылады. Тапсырмалар: 1. Теориялық материалды зерттеу. 2. Прокариоттық және эукариоттық жасушалардың құрылымын дәптерге салыңыз. 3. E. coli және ашытқы қандай мақсатта қолданылатынын табыңыз және жазыңыз (өндіруші ретінде, биомассаны пайдалану). Бақылау сұрақтары: 1. Медициналық (ветеринарлық) биотехнологияның негізгі бағыттары қандай? 2. Биотехнология әдістерін атаңыз. Оларды сипаттаңыз. 3. Қандай биологиялық жүйелер бар? 4. Олар биотехнологияда қалай қолданылады? жүктеу/скачать 110 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|