Биотехнология

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

КАСПИЙСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА ИМЕНИ Ш. ЕСЕНОВА 
 

Институт  нефти и газа 

Кафедра  «Экология и безопасность жизнедеятельности» 

. 
 
 
 

СРСП  №3 

По дисциплине:  «Биотехнология» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил (а): ст-ка гр.Э-08-2Годжаева З.

Проверил (а): ст.преп.Джаналиева Н.Ш. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

г.Актау

 2011 г.

Содержание 

1. Гомологичная  и негомологичная рекомбинация

2. Значения  и преимущества получения аминокислот  микробиологическим способом.

3. Сферы  применения аминокислот. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Генетическая рекомбинация - это важный процесс реорганизации генетического материала, обусловленный обменом отдельными сегментами двойных спиралей ДНК, приводящее к возникновению новых комбинаций генов.

     Генетическая рекомбинация - главный фактор непостоянства генома, основа большинства его изменений, обусловливающая естественный отбор, микро- и макроэволюции.

    Рекомбинация может происходить путем обмена клеточными ядрами, целыми молекулами ДНК или частями молекул. В то время как процессы репликации и репарации ДНК обеспечивают воспроизведение и сохранение генетического материала, рекомбинация приводит к генетической изменчивости.

    Она получила развитие у всех живых организмов: у эукариот, у бактерий и даже при размножении вирусов, в том числе таких, генетический материал которых состоит из РНК.

    Перетасовка хромосом в мейозе, приводящая к огромному разнообразию гамет, случайность слияния гамет при оплодотворении, обмен частями между гомологичными хромосомами - все это (и далеко не только это) относится к рекомбинации.

    Двойная спираль ДНК обычно не взаимодействует с другими сегментами ДНК, и в клетках разные хромосомы пространственно разделены в ядре. Это расстояние между разными хромосомами важно для способности ДНК действовать в качестве стабильного носителя информации. В процессе рекомбинации с помощью ферментов две спирали ДНК разрываются, обмениваются участками, после чего непрерывность спиралей восстанавливается.

    Различают два основных типа генетической рекомбинации:

1) "законную" (общую, или гомологичную), при которой происходит обмен гомологичными (одинаковыми) участками молекул ДНК;

2) "незаконную" (негомологичную), в основе которой лежит обмен негомологичными участками ДНК.

    Генетическую рекомбинацию называют сайт-специфичной, если обмен между разными молекулами ДНК осуществляется только в участках со строго определенными нуклеотидными последовательностями,, если в любых местах молекулы ДНК - сайт-неспецифичной.

    Законная генетическая рекомбинация обычно сайт-неспецифична, хотя довольно часто у бактерий и высших организмов она может проявлять черты сайт-специфичности, т. е. избирательности к определенным нуклеотидным последовательностям ДНК (так называемые горячие точки рекомбинации). Такие последовательности резко повышают частоту рекомбинации в тех участках генома, в которых они локализованы.

    Законная генетическая рекомбинация наблюдается, например, между двумя копиями какой-либо хромосомы. У эукариот (все организмы, за исключением бактерий и сине-зеленых водорослей) наиболее типичен обмен участками гомологичных хромосом в мейозе (деление клеток, в результате которого происходит уменьшение числа хромосом в дочерних клетках - основная стадия образования половых клеток). Этот обмен может происходить между плотно конъюгированными хромосомами на ранних стадиях развития яйца или сперматозоида. Реже - законная генетическая рекомбинация осуществляется при обычном делении клеток (с сохранением числа хромосом) - митозе.

    У прокариот (бактерии и сине-зеленые водоросли), у которых отсутствует мейоз, а геном представлен только одной молекулой ДНК, законная генетическая рекомбинация сопряжена с такими естественными формами обмена и переноса генетического материала, как конъюгация (хромосомы из донорской клетки передаются в рециниентную через протоплазменный мостик-пиль), трансформация (ДНК проникает из среды через клеточную оболочку), трансдукция (передача ДНК осуществляется бактериофагом, или вирусом бактерий). У вирусов генетическая рекомбинация происходит при заражении ими клеток. После лизиса клетки обнаруживаются вирусы с рекомбинантными ДНК. У прокариот рекомбинацию генетическую осуществляют специальные клеточные белки (многие из них ферменты).

     Незаконная генетическая рекомбинация

     Изначально, термин незаконная рекомбинация был определен Франклином как рекомбинация между последовательностями с небольшими участками гомологии или не имеющими гомологии вообще.

     В настоящее время имеет смысл принять более широкое определение, которое исключает рекомбинационные события, являющиеся результатом нормальной или законной транспозиционной деятельности или деятельности специализированных рекомбинационных систем (например, инсерция и высвобождение ДНК). Франклин рассматривал, что незаконная рекомбинация может быть следствием ошибок в белках, ответственных за разрезание и сшивание или репликацию ДНК.

    Незаконная генетическая рекомбинация имеет выраженный локальный характер. В этом случае весь процесс с его начальным этапом узнавания, который сводит вместе две спирали ДНК, направляется особым рекомбинационным ферментом; спаривания оснований здесь не требуется (даже в тех случаях, когда это все-таки происходит, в процессе участвует не более несколько пар оснований). Интеграция транспозонов, плазмид и умеренных фагов в бактериальный геном может служить примером генетическая рекомбинация этого типа. Подобный механизм существует также и в эукариотических клетках.

     При незаконной генетической рекомбинации в обмен вступают короткие специфические нуклеотидные последовательности одной или обеих спиралей ДНК, участвующих в этом процессе. Таким образом такая генетическая рекомбинация изменяет распределение нуклеотидных последовательностей в геноме - соединяются участки ДНК, которые до этого не располагались в непрерывной последовательности рядом друг с другом. Подобный обмен гетерологическими участками ДНК приводит к возникновению вставок, делеций, дупликаций и транслокаций генетического материала.

     У эукариот перемещения разных генетических элементов, сопряженные с незаконной генетическая рекомбинация, осуществляются преим. не в мейозе, когда контактируют парные хромосомы, а во время обычных клеточных циклов (митозе). Незаконная генетическая рекомбинация играет важную роль в эволюционной изменчивости, т. к. благодаря ей осуществляются самые разнообразные, нередко кардинальные, перестройки генома и, следовательно, создаются предпосылки для качеств. изменений в эволюции данного организма. 

     2. Значение аминокислот для организма определяется прежде всего тем, что они используются для синтеза белков и пептидов. Кроме того, из аминокислот образуется большое количество веществ непептидной природы, выполняющих специальные функции. К ним относятся нуклеотиды, холин, таурин, амины, гем, тироксин и много других. Катаболизм аминокислот может служить источником энергии для синтеза АТФ. При обычном питании энергетическая роль аминокислот невелика, однако может быть существенной при преимущественно белковом питании, а также при голодании; в последнем случае используются аминокислоты, образующиеся при распаде собственных белков.

     Фонд свободных аминокислот организма составляет около 30 г. Содержание аминокислот в крови равно 35-65 мг/дл. Подавляющая часть аминокислот организма входит в состав белков: в организме взрослого человека содержится около 15 кг белков.

Источниками свободных аминокислот организма  служат пищевые белки, белки собственных  тканей, а также синтез аминокислот  из углеводов.

     В организме человека ежесуточно распадается на аминокислоты около 400 г белков. Однако столько же белков и синтезируется за сутки. Следовательно, тканевые белки не могут восполнять необратимые затраты аминокислот, которые происходят при их катаболизме или использовании для синтеза веществ неаминокислотной природы. Точно так же не могут служить первичным источником аминокислот и углеводы, поскольку из них образуется лишь углеродная часть аминокислот, а аминогруппы поставляются другими аминокислотами. К тому же почти половина аминокислот — это незаменимые пищевые факторы, углеродная часть которых в организме человека не синтезируется. Таким образом, первичным и главным источником аминокислот служат белки пищи.

     Аминокислоты составляют основу протеинов (белка). Большинство аминокислот необходимо для нормального роста и развития человека. Аминокислоты – это строительные блоки нашего тела. Они содержат азот, который отсутствует в жирных кислотах и сахаре. Протеин (белок) жизненно важен для каждого живого организма. К тому же протеин необходим для множества химических процессов, поддерживающих жизнеспособность. Существует порядка 1600 основных протеинов, которые подходят для человеческого организма, они все состоят из 22 аминокислот. В результате пищеварения протеин рассыпается на 22 аминокислоты, восемь из которых принято считать важнейшими (essential acids) и которые не могут вырабатываться самим организмом, оставшиеся аминокислоты не столь важны и могут вырабатываться самим организмом. Нехватка в организме всего одной аминокислоты, ведёт к возникновению серьезных проблем со здоровьем. Дефицит аминокислот может наблюдаться в результате множества факторов, как правило, это результат низко-белковой диеты. Среди иных факторов следует отметить стрессы, травмы, инфекции, возраст, лечение и химический дисбаланс в организме. Очень важно, чтобы содержание аминокислот в организме было сбалансировано, поэтому рекомендуется принимать аминокислотные комплексы, которые восполняют запас недостающих аминокислот.

     Аминокислоты необходимы для многих функций организма, включая:

 - Строительство клеток и восстановление тканей;

 - Часть энзимной и гормональной систем;

 - Распространение кислорода по всему организму;

- Некоторые аминокислоты превращаются в глюкозу для стабилизации уровня сахара в крови;

- Поддерживают и восстанавливают мышцы, сухожилия, кожные покровы, связки, органы такие как, сердце и мозг, гланды, ногти и волосы;

- Необходимы для поддержания кислотно-щелочного баланса;

- Формируют антитела для противодействия вирусам и бактериям;

- Создают нуклеопротеины  RNA и DNA;

- Являются частью мышечной системы;

- Служат для построения соединительных тканей (коллаген);

- Источники энергии, необходимые для функционирования мозга.

     Аминокислотный комплекс представляет собой всеобъемлющий комплекс, который содержит 18 свободных аминокислот, витамин B6 и необходимые пищеварительные энзимы. Аминокислоты в свободной форме представляют собой высокоценные аминокислоты, также как и витамин  B6. Эта формула также содержит такие пищеварительные энзимы как бромелан, папаин и панкреатин, которые в дальнейшем обеспечивают оптимальную биологическую ценность.

    Получение аминокислот возможно несколькими путями: химическим синтезом, гидролизом природного белкового сырья и в биотехнологических процессах. Химический синтез дает рацемат – продукт, содержащий как L-, так и D-формы аминокислот. За исключением глицина, который не имеет оптически активных изомеров, и метионина, усваяемого органимами в обеих формах, D-изомеры обладают токсичностью. Получение

оптически активных L-изомеров аминокислот из гидролизатов природных материалов растительного и животного происхождения связано с многоступенчатой и дорогостоящей очисткой. Биотехнологическое получение аминокислот включает в себя прямую микробную ферментацию, а также микробиологический или ферментативный синтез из предшественников.

    Микробиологический метод получения аминокислот, наиболее распространенный в настоящее время, основан на способности микроорганизмов синтезировать все L-аминокислоты, а в определенных условиях – обеспечивать их сверхсинтез. Биосинтез аминокислот в микробных клетках протекает в виде так называемых свободных аминокислот или «пула аминокислот», из которого в процессах конструктивного метаболизма синтезируются клеточные макромолекулы. Для синтеза всех белков требуется 20 аминокислот.