Промышленные процессы с помощью ферментации
Брожение бактерий, дрожжей и плесени имеет ключевое значение для производства ферментированных продуктов. Дрожжи верхового брожения производит спирт в пиве и вине. На самом деле, запах свежего хлеба и ростом тесто можно отнести к спирта, полученного из дрожжей. Брожение используется, чтобы сделать много этнических продуктов, таких как квашеная капуста и мисо. Соевый соус производится путем ферментации Aspergillus ortzae, гриб, растущий на соевые бобы. Erwinia dissolvens , еще один тип бактерий, имеет важное значение для производства кофе бобов, она используется, чтобы смягчить и удалить внешнюю шелуху бобов.
Спиртовое брожение. Спиртовое брожение осуществляется так называемыми дрожжеподобными
организмами, а также некоторыми плесневыми грибками. Суммарную реакцию спиртового брожения можно изобразить следующим образом:
Механизм реакции спиртового брожения чрезвычайно близок к гликолизу. Расхождение начинается лишь после этапа образования пирувата. При гликолизе пируват при участии фермента ЛДГ и кофермента НАДН восстанавливается в лактат. При спиртовом брожении этот конечный этап
заменен двумя другими ферментативными реакциями – пируватдекарбо-ксилазной и алкогольдегидрогеназной. В дрожжевых клетках (спиртовое брожение) пируват вначале подвергается декарбоксилированию с образованием ацетальдегид. Данная реакция катализируется ферментом пируватдекарбоксилазой, который требует наличия ионов Mg и кофермента (ТПФ):
Образовавшийся ацетальдегид присоединяет к себе водород, отщепляемый от НАДН, восстанавливаясь при этом в этанол. Реакция катализируется ферментом алкогольдегидрогеназой
Таким образом, конечными продуктами спиртового брожения являются этанол и СО2, а не молочная кислота, как при гликолизе. Существуют и другие виды брожения, конечными продуктами которых могут являться пропионовая, масляная и янтарная кислоты, а также другие соединения
Биохимический процесс
Все организмам нужна энергия расти. Эта энергия происходит от сокращения аденозинтрифосфата (АТФ) в аденозина (АДФ) и приводит к выделению энергии и фосфатной группы. Таким образом, АТФ служит для хранения молекула энергии, который может быть использован в клетке. Весь процесс представлен на схеме.
Генная инженерия: достижения и перспективы. Возможности коррекции генотипа при генетических заболеваниях
Генная инженерия представляет собой совокупность методов, позволяющих создавать синтетические системы на молекулярно- биологическом уровне.
Генная инженерия дает возможность конструировать функционально активные структуры в форме рекомбинантных ДНК вне биологических систем (invitro), а затем вводить их в клетки.
Генная инженерия возникла в 1972 г., когда в лаборатории П. Берга (Станфордский ун-т, США) была получена первая рекомбинантная (гибридная) ДНК (рекДНК), в которой были соединены фрагменты ДНК фага лямбда и кишечной палочки с кольцевой ДНК обезьяньего вируса SV40. С конца 1980-х гг. генетически модифицированные растения начинают использоваться в сельском хозяйстве.
Методы генной инженерии основаны на получении фрагментов исходной ДНК и их модификации.
Для получения исходных фрагментов ДНК разных организмов используется несколько способов:
– Получение фрагментов ДНК из природного материала путем разрезания исходной ДНК с помощью специфических нуклеаз (рестриктаз).
– Прямой химический синтез ДНК, например, для создания зондов (см. ниже).
– Синтез комплементарной ДНК (кДНК) на матрице мРНК с использованием фермента обратной транскриптазы (ревертазы).
Определение нуклеотидного состава фрагментов ДНК производится с помощью радиоактивных зондов – молекул ДНК с заранее известной структурой, в состав которых входят радиоактивные изотопы фосфора или водорода. Если структура выделенного фрагмента хотя бы частично комплементарна структуре зонда, то происходит ДНК–ДНК–гибридизация, и на микрофотографии препарата появляется засветка от радиоактивного изотопа.
Выделенные участки ДНК встраивают в векторы переноса ДНК. Векторы – это небольшие молекулы ДНК, способные проникать в другие клетки и реплицироваться в них.
Практические достижения современной генной инженерии заключаются в следующем:
– Созданы банки генов, или клонотеки, представляющие собой коллекции клонов бактерий. Каждый из этих клонов содержит фрагменты ДНК определенного организма (дрозофилы, человека и других).
– На основе трансформированных штаммов вирусов, бактерий и дрожжей осуществляется промышленное производство инсулина, интерферона, гормональных препаратов. На стадии испытаний находится производство белков, позволяющих сохранить свертываемость крови при гемофилии, и других лекарственных препаратов.
– Созданы трансгенные высшие организмы (некоторые рыбы и млекопитающие, многие растения) в клетках которых успешно функционируют гены совершенно других организмов. Широко известны генетически модифицированные растения (ГМР), устойчивые к высоких дозам определенных гербицидов,а также Bt-модифицированные растения, устойчивые к вредителям.
– Разработаны методы клонирования строго определенных участков ДНК, например, метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). ПЦР-технологииприменяются для идентификации определенных нуклеотидных последовательностей, что используется при ранней диагностике некоторых заболеваний, например, для выявления носителей ВИЧ-инфекции.
Возможности генной инженерии практически безграничны. В настоящее время интенсивно изучается возможность коррекции генома человека (и других организмов) при генетических и негенетических заболеваниях.
К биотехнологиям низкого уровня относятся технологии биологической очистки сточных вод, получения биотоплива, некоторые виды микробиологического синтеза.