3. Изучение нового материала

Витамины - группа низкомолекулярных природных органических соединений, абсолютно необходимых для гетеротрофных организмов (что это за организмы?). Автотрофные организмы обладают способностью к синтезу витаминов. (под запись)

Антибиотики - низкомолекулярные регуляторы обычно природного происхождения, способные подавлять рост живых клеток.

Итак, в процессе роста организмы вырабатывают различные низкомолекулярные (какие ещё вы знаете?) продукты (метаболиты). Они подразделяются на первичные (абсолютно необходимы) и вторичные (не требующиеся для выживания).

Таким образом, вторичные метаболиты повышают адаптационные возможности организмов.

масса организма I - первичные метаболиты

II - вторичные (синтезируются

на завершающей стадии роста)

время роста

К каким метаболитам вы отнесете аминокислоты, углеводы? Почему?

В норме обмен веществ в клетке осуществляется по принципу строжайшей экономии. Задача биотехнолога состоит в обеспечении сверхсинтеза одного из продуктов метаболизма, что обеспечивается следующими методами:

1) Изменение генетической программы организма:

а) селекция - направленный отбор организмов со скачкообразным изменением генома. Но для возникновения мутации интересующий нас ген должен удвоиться ~107 раз.

б) искусственный мутагенез - химический, УФ, радиационный.

2) Нарушение регуляторных систем организма: (на доске)

Сегодня мы рассмотрим также производство кормового белка как прообраз современного управляемого биосинтеза аминокислот, витаминов и антибиотиков.

В соответствии с нормами питания человек должен ежедневно получать с пищей 60-120 г. полноценного белка (содержащего все незаменимые аминокислоты). Незаменимые аминокислоты наиболее сбалансированы в белках семян сои, также риса и гороха. В белках зерна пшеницы мало лизина, метионина и изолейцина.

Особый интерес представляет использование микроорганизмов в качестве источника белка и витаминов:

1) использование разнообразных сред для культивации (вплоть до отходов производства);

2) высокая интенсивность роста

удвоение белковой массы: крупный рогатый скот - 5 лет,

свиньи - 4 месяца,

дрожжи - 1-6 часов;

3) повышенное содержание незаменимых аминокислот;

4) относительная простота влияния на процессы синтеза.

Дрожжевые клетки способны использовать жидкие фракции углеводородов нефти (10-30?С). В России первый завод по производству кормовых дрожжей из жидких парафинов нефти вступил в действие в 1971 году. При выращивании в среду добавляют также минеральные соли, витамины и воду. Полученная высушенная дрожжевая масса гранулируется и используется как белково-витаминный концентрат (БВК), содержащий до 60% белковых веществ.

Хорошим субстратом для выращивания кормовых дрожжей является молочная сыворотка - отход при переработке молока, а также низшие спирты. Хороший резерв пищевого белка и витаминов - остаточные пивные дрожжи. Организм человека усваивает свыше 90% питательных веществ, содержащихся в них.

Известно также более 30 видов бактерий, которые могут быть применены в качестве источника полноценного белка. Например, водородоокисляющие бактерии способны накапливать в клетках до 80% сырого протеина (среда 75% Н2, 20% О2, 5% СО2).

Используются также одноклеточные водоросли (Chlorella, Seenedesmus). Обычно их выращивают в естественных условиях южных регионов в бассейнах открытого типа (70 т/га в год).

Микопротеин - белок грибного происхождения. Среда культивации - глюкозный сироп (гидролизат кукурузного крахмала).

4. Заключение

Итак, острота проблемы глобального перенаселения, сокращение с/х площадей в результате роста городов и деградации земель выводит нас на новый виток развития биотехнологии, а именно, крупномасштабное использование микроорганизмов для наработки белково-витаминной продукции.

УРОК №5 по теме «Производство аминокислот, витаминов и антибиотиков»

Задачи:

1. Образовательная: изучить примеры некоторых производств аминокислот, витаминов и антибиотиков. Другие промышленно важные процессы эры управляемого биосинтеза: производство лимонной и молочной кислот.

2. Развивающая: а) развитие познавательного интереса учащихся в процессе ознакомления с материалом;

б) формирование логического мышления;

в) формирование умений и навыков умственного и практического труда.

3. Воспитательная: а) в целях формирования диалектического мировоззрения показать использование человеком природных систем для получения некоторых БАВ;

б) воспитание мотивации к обучению в связи с важностью биотехнологических методов в современной химической промышленности.

Ход урока:

1. Организация класса

Какие компоненты используются при получении БВК?

2. Актуализация знаний

На предыдущем уроке мы познакомились с возможными путями обеспечения сверхсинтеза одного их продуктов метаболизма (какими?), а сегодня попытаемся рассмотреть конкретные производства.

3. Изучение нового материала

I. Производство аминокислот

Среди соединений, полученных биотехнологическими методами, аминокислоты занимают первое место по объему производства (500 тыс. т/год).

Белковые аминокислоты можно получить:

1) гидролизом природного белоксодержащего сырья, но кислотное воздействие разрушает некоторые аминокислоты;

2) химическим синтезом, в ходе которого получается трудноразделимая смесь целевого продукта и его аналогов;

3) микробиологическим синтезом, который обеспечивается возобновляемым сырьем и характеризуется строгостью чистоты получаемого продукта. Более 60% производимых аминокислот получают именно этим методом.

Промышленное производство аминокислот стало возможным после открытия способности некоторых микроорганизмов выделять в культурную среду значительные количества какой-либо аминокислоты (1955). Corynebacterium glutamicum был способен, кроме того, к сверхсинтезу глутамина, и в 1956 году этот микроорганизм был использован при организации первого в мире производства глутаминовой кислоты (НООС-СН2-СН2-СН(NH2) COOH). Сейчас на глутамат натрия приходится 300 тыс. т/год, т.е. 60% производства аминокислот. Японцы называют глутамат натрия «солью вкуса», т.е. он значительно продлевает вкусовые ощущения.

Лизина производится 100 тыс. т/год. Данная аминокислота H2N(CH2)4CH(NH2) COOH - незаменимый компонент питания с/х животных. В клетках микроорганизмов лизин служит конечным продуктом разветвлённого метаболического пути, и эффекта накопления в среде целевой аминокислоты добиваются путем блокирования процессов, ведущих к синтезу побочных продуктов. Получаемые мутанты дефектны по ферменту разветвления метаболического пути, в результате чего накапливается только лизин. В качестве питательной среды используют молочную сыворотку или гидролизаты крахмала.

Некоторые аминокислоты синтезируют из предшественников, полученных химически и модифицированных ферментной системой организма (триптофан получают из антраниловой кислоты).

II. Производство витаминов

В настоящее время микробиологически синтезируют лишь особо сложные по строению витамины (В2, В12, ?-каротин, D). Остальные либо синтезируют химическим путем, либо выделяют из природных источников.

Витамин В2 (рибофлавин) вплоть до 30-х годов 20 века выделяли из природного сырья (1г из 1т моркови и 6г из 1т печени трески). В 1935 году был обнаружен активный продуцент рибофлавина - гриб Eremothecium, способный давать с 1т питательной среды 25 кг витамина. Отбор мутантов ведут по устойчивости к аналогу витамина В2.

Витамина В12 из 1т печени трески можно было выделить лишь 15 мг. В настоящее время витамин В12 синтезируется только микробиологическим путем с использованием актиномицетов и одноклеточных водорослей.

?-каротин можно выделить из ряда растительных объектов: 1т моркови содержит 0,06 мг витамина, в то время как биомасса гриба Blaneslea накапливает ?-каротин в количестве 8 мг/г.

III. Получение органических кислот

Объем мирового производства лимонной кислоты НООССН2С(ОН) (СООН) СН2СООН - 400 тыс. т/год. Данное производство относится к старейшим микробиологическим процессам: 1893 г. - год основания. Используют культуру гриба Aspergillus niger. Условиями высокого выхода лимонной кислоты является хорошая аэрация и дефицит фосфата в среде.

Одновременно с лимонной было налажено аналогичное производство молочной кислоты при участии молочнокислых бактерий Lactobacillus.

IV. Получение антибиотиков

Вспомните, что такое антибиотики? Думаю, важность получения соединений данной группы нет необходимости доказывать.

В 1940 году было известно всего 6 антибиотиков, а в настоящее время описано свыше 12 000 соединений, из которых в клинике используется около 200 (остальные токсичны).

Биосинтез антибиотиков осуществляется:

1) добавлением в питательную среду подходящего предшественника (фенилуксусная кислота стимулирует биосинтез бензилпенициллина);

2) использованием блокированных мутантов, у которых отсутствует определенное звено в цепи реакций, ведущих к синтезу антибиотика. Следовательно, можно получить аналоги антибиотиков и модифицировать их химически (бензилпенициллин, ампицилин).

4. Вывод

Пока человек лишь приближается к моделированию природных биохимических процессов, а пока изыскивает новые пути использования существующих.

УРОК №6 по теме «Применение ферментов»

Задачи:

1. Образовательная: знакомство с иммобилизованными ферментами. Промышленное применение иммобилизованных ферментов.

2. Развивающая: а) развитие познавательного интереса;

б) формирование логического мышления в ходе знакомства с методами иммобилизации ферментов;

в) формирование умений и навыков умственного и практического труда.

3. Воспитательная: а) в целях формирования диалектического мировоззрения показать использование катализаторов белковой природы;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15