- •О. Ю. Сартакова
- •Учебное пособие
- •Содержание
- •1 Основы микробиологии ................................................... 7
- •2 Основы биотехнологии ................................................... 42
- •3 Типовая схема и основные стадии
- •4 Основные понятия биокатализа и53
- •5 Ферментация....................................................................... 65
- •6 Области применения биотехнологии........................... 69
- •Введение
- •1 Основы микробиологии
- •1.1 Общие сведения о микроорганизмах
- •1.2 Распространение микроорганизмов в природе
- •1.3 Морфологическая характеристика отдельных групп микроорганизмов
- •1.3.1 Структура эукариотической клетки
- •Ской мембраны
- •1.3.2 Структура прокариотической клетки
- •1.3.3 Ультрамикробы
- •1.3.4 Бактерии
- •1.3.4.1 Спорообразование у бактерий
- •1.3.4.2 Движение бактерий
- •1.3.4.3 Размножение бактерий
- •1.3.4.4 Питание бактерий
- •1.3.4.5 Типы питания
- •1.3.4.6 Систематика бактерий
- •1.3.5 Актиномицеты
- •1.3.6 Грибы
- •1.3.7 Водоросли
- •1.3.8 Простейшие
- •1.3.9 Коловратки
- •2 Основы биотехнологии
- •2.1 Объекты биотехнологии
- •2.2 Прошлое и настоящее биотехнологии
- •2.3 Перспективы развития биотехнологии
- •2.4 Основные виды биотехнологической деятельности микроорганизмов
- •2.5 Преимущества биотехнологических процессов
- •3 Типовая схема и основные стадии биотехнологических производств
- •4 Основные понятия биокатализа и биотрансформации
- •4.1 Основные группы биотрансформаций
- •4.2 Основные виды реакций биокатализа
- •4.3 Классификация ферментов
- •4.4 Преимущества и недостатки биокаталитических процессов
- •4.5 Основные понятия иммобилизации ферментов
- •4.6 Методы иммобилизации ферментов
- •Го связывания с носителем
- •«Сшивки»
- •4.7 Оценка качества иммобилизованных ферментов и метода иммобилизации
- •4.8 Примеры использования ферментов
- •5 Ферментация
- •5.1 Классификация процессов ферментации
- •Ферментация бывает:
- •5.2 Основные параметры периодической ферментации
- •5.3 Понятие скорости роста
- •5.4 Фазы периодической ферментации
- •5.5 Преимущества и недостатки периодической ферментации
- •6 Области применения биотехнологии
- •6.1 Биотехнологические процессы в решении экологических задач
- •6.2 Примеры блок-схем микробиологической очистки стоков
- •6.3 Биохимические методы очистки воды
- •6.3.1 Микробная ассоциация и технологические условия ме-
- •6.3.2 Очистка воды в аэротенках
- •6.3.3 Очистка воды в биофильтрах
- •6.3.4 Комбинированные сооружения аэробной биохимической очистки воды
- •6.3.5 Процессы нитрификации и денитрификации
- •6.3.6 Методы обработки осадка
- •6.3.7 Аэробная стабилизация осадка
- •6.3.8 Метановое брожение (биометаногенез)
- •6.3.8.1 Этапы метанового брожения
- •Биогаз (сн4, co2 )
- •6.3.8.2 Химизм процесса метанового брожения
- •6.3.8.3 Микробная ассоциация биометаногенеза
- •6.3.8.4 Сырье биометаногенеза
- •6.3.8.5 Технологические режимы и аппаратурное оформление процесса метанового брожения
- •6.4 Биоценозы как индикаторы сапробности водоемов
- •6.5 Применение биотехнологии в медицине
- •6.5.1Антибиотики
- •6.5.2. Гормоны
- •6.5.3 Вакцины, иммунные сыворотки и иммуноглобулины
- •6.5.4 Ферменты
- •6.5.5 Биодатчики в медицине
- •6.6 Применение биотехнологии в энергетике
- •6.6.1 Законы биоэнергетики
- •6.6.2 Биологические мембраны, как преобразователи энергии
- •6.6.3 Характеристика растительного сырья как источника энергии
- •6.6.4 Альтернативные источники энергии и их получение
- •6.7 Производство пищевых продуктов и напитков
- •6.7.1 Биотехнологические процессы в хлебопекарном производстве
- •6.7.2 Биотехнология приготовления пива
- •6.7.3 Производство вина и спиртсодержащих продуктов
- •6.7.4 Биотехнология приготовления кисломолочных продуктов и сметаны
- •6.7.5 Биотехнологические процессы в сыроделии
- •6.7.6 Биотехнология приготовления маргарина
- •6.8 Химическая промышленность и биотехнология
- •6.9 Сельское хозяйство и биотехнология
- •6.10 Биогеотехнология
- •6.10.1Биогидрометаллургия
- •6.10.2 Выщелачивание куч и отвалов
- •6.10.3 Бактериальное выщелачивание in situ
- •6.10.5 Микробиологический способ извлечения золота
- •6.10.4 Выщелачивание минеральных концентратов
- •6.10.6 Биосорбция металлов из растворов
- •6.10.7 Обогащение руд
- •6.10.8 Извлечение нефти
- •6.11 Безопасность биотехнологических процессов
- •Глава 1
- •Главы 2, 3
- •Глава 4
- •Глава 5
- •Глава 6
1.3 Морфологическая характеристика отдельных групп микроорганизмов
Морфология – наука, изучающая внешний вид, структуру, форму
и размеры организмов. В природных и сточных водах наиболее часто встречаются следующие группы микроорганизмов: ультрамикробы
(вирусы и фаги); бактерии; актиномицеты; грибы; водоросли; простей-
шие; коловратки.
1.3.1 Структура эукариотической клетки
Группа высших протистов представлена достаточно разнородны- ми организмами, клетки которых сходны либо с животными, либо с растительными клетками (рис.1). Цитоплазма и ядро клетки в совокуп- ности образуют протопласт, окруженный снаружи цитоплазматиче- ской мембраной, пропускающей внутрь клетки только воду, очень не- большие молекулы некоторых органических веществ и ионы.
Цитоплазматическая мембрана у всех клеток имеет сходную структуру (рис.2). Она состоит в основном из белков (до 70 %) и липи- дов (до 40 %). Большинство мембран содержит 2-5 % углеводов. В мембране различают три слоя: внутренний слой образован фосфоли- пидами. К нему с обеих сторон примыкают белковые слои. Слои
11
подвижны друг относительно друга. В липидном слое имеются белко- вые мостики, через которые движется регулируемый поток веществ. Строение мембраны делает ее прочной, подвижной и обеспечивает свойство полупроницаемости. Вещества, растворимые в воде и жирах, проходят через нее легче, чем растворимые только в воде. У всех мик- роорганизмов в поверхностных мембранах локализуются некоторые ферменты, например ферменты-переносчики. Трехслойные мембраны окружают многие клеточные органоиды.
Из таких же мембран состоят стенки ретикулума или эндоплаз- матической сети. Ретикулум пронизывает всю цитоплазму клетки, образуя многочисленные каналы и полости. По ним к клеточным орга-
ноидам поступают необходимые питательные вещества и отводятся
продукты обмены. На поверхности клетки эндоплазматическая сеть со- единяется с цитоплазматической поверхностной мембраной, вследст- вие чего возрастает суммарная поверхность клетки. Увеличение удель- ной поверхности способствует более интенсивному обмену веществ между клеткой и окружающей средой.
Цитоплазма клетки является бесцветной, прозрачной, слегка вязкой. Она представляет собой коллоидное образование, в котором дисперсионной средой является вода, а дисперсной фазой – частицы различной химической природы. В состав цитоплазмы входят белки, жиры, сера и другие включения. Цитоплазма эукариотической клетки находится в постоянном движении. Внутреннее пространство клетки делится мембранами на более или менее изолированные отсеки, в каж- дом из которых протекают определенные биохимические процессы. Цитоплазма непрерывно изменяется, поглощая новые вещества, под- вергая их разнообразным химическим превращениям. Она способна обновлять свою внутреннюю структуру, переводя питательные веще- ства в сложную структуру живого вещества. Цитоплазма клетки неод- нородна. В ней обнаружены жизненно важные структурные образова- ния - органеллы, выполняющие различные функции. Это – рибосомы, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы.
Рибосомы имеют вид мелких зернышек, локализованных во вну-
триклеточных мембранах, образующих эндоплазматическую сеть. Ри- босомы богаты рибонуклеиновой кислотой (РНК). В них осуще- ствляется синтез белка.
Митохондрии имеют округлую, овальную или палочковидную
форму. Размер их колеблется от 0,22 до 7 мкм. В митохондриях проте- кают окислительные процессы, сопровождающиеся образованием энергии (дыхание).
12
Рисунок 1 - Структура эукариотической клетки
13
1 — молекулы липидов:
а — гидрофильная "голова"; б — гидрофобный "хвост";
2 — молекулы белков:
в — интегральная; г — периферическая; д — поверхностная.
Рисунок 2 - Модель строения элементарной цитоплазматиче-
