Краткое содержание: Параграф §71 / Биология 10 класс

Общая характеристика биотехнологии

Биотехнология — это область прикладной науки, использующая организмы и биохимические процессы для создания продуктов, сырья, и лекарственных препаратов. Термин «биотехнология» был предложен в 1917 году, но люди использовали биотехнологические процессы, такие как хлебопечение, виноделие, и производство кефира и сыра, на протяжении тысячелетий. Развитие науки, связанное с именем Луи Пастера в середине XIX века, заложило основы для современных направлений.

Основные направления и методы

Современная биотехнология включает несколько ключевых направлений:

• Инженерная энзимология: Использование иммобилизованных ферментов (энзимов) в пищевой, химической и медицинской промышленности.
• Микробиологическая промышленность: Выращивание микроорганизмов, плесневых грибов и дрожжей для получения антибиотиков, витаминов, аминокислот и других продуктов.
• Генная инженерия: Связана с генетическими экспериментами, выделением генов и переносом наследственной информации, что позволяет организмам приобретать новые свойства. Основная задача — создание промышленных штаммов бактерий для синтеза гормонов и защитных белков.
• Клеточная инженерия: Основана на генетических экспериментах с изолированными клетками и получении многоклеточных организмов с заданными признаками. Клеточная инженерия использует методы соматической клеточной гибридизации (смешение генетического материала клеток разных организмов) и хромосомной инженерии (модификация хромосом).
• Нанобиотехнологии: Связаны с созданием биологических макромолекул, таких как ДНК, которые служат основой для производства наномашин и сенсоров.

Инженерная энзимология и иммобилизованные ферменты

Ферменты (энзимы) обладают белковой природой и нестабильны при хранении, что делает их многократное использование в биохимических реакциях проблематичным из-за трудностей с разделением реагентов и продуктов. Инженерная энзимология решает эту проблему путем создания иммобилизованных ферментов. Эти ферменты прикреплены к нерастворимым носителям, сохраняя свою каталитическую активность. Преимущества использования иммобилизованных ферментов:

• Возможность многократного применения и получения чистых (без примесей) продуктов.
• Непрерывная работа ферментативного процесса с регулированием скорости реакции.
• Возможность целенаправленной модификации ферментов для изменения их свойств.
• Регулирование каталитической активности изменением свойств носителя.

Носителями могут служить органические (полисахариды, белки, липиды) или неорганические (стекло, глины, керамика, силикагель) вещества. Иммобилизация осуществляется различными способами: адсорбция (водородные, электростатические связи), включение в гель (полимерная структура), встраивание в микрокапсулу (стенка из полупроницаемого полимера), включение в липосому (липидный бислой) и ковалентное связывание. Использование иммобилизованных ферментов широко применяется в производстве глюкозофруктозных сиропов, диетического сахара, уксусной, яблочной, молочной и других кислот.