Экобиотехнология пәнінен дәрістер жинағы
Лекция №1 Тақырыбы:Экобиотехнология пәніне жалпы сипаттама
Лекция №2 Тақырыбы: Микроорганизмдер биотехнологиясының негіздері
Лекция №3 Тақырыбы: Ферментацияға негізделген технологиялар
Лекция №4 Тақырыбы: Микроб биомассасын алудың биотехнологиясы
Лекция №5 Тақырыбы: Медицинаға арналған препараттар
Лекция №6 Тақырыбы: Тамақ өнеркәсібіне арналған препараттар
Лекция №7 Тақырыбы: Микроорганизмдердің өмір тіршілік өнімдерін алу биотехнологиясы
Лекция №8 Тақырыбы: Ферменттер.
Лекция №9 Тақырыбы: Липидттер.
Лекция №10 Тақырыбы: Витаминдер
Лекция №11 Тақырыбы: Антибиотиктер
Лекция №13 Тақырыбы: Органикалық қышқылдар
Лекция №14 Тақырыбы: Бейтарапты өнімдер.
Лекция №15 Тақырыбы: Органикалық заттардың микробиологиялық жолмен трансформациялау.
Лекция №16 Тақырыбы: Биологиялық концервілеу (азықтарды жем.шөпті биологиялық әдіспен сақтау).
Лекция №17 Тақырыбы: In vitro жағдайында өсірілетін өсімдік клеткалары . өсімдік биотехнологиясының обьектісі.
Лекция №18 Тақырыбы: Клеткалық технологияларды биосинтезік өнеркәсіпте пайдалану
Лекция №19 Тақырыбы: Өсімдіктерді клондық микрокөбейту және сауықтыру
Лекция №20 Тақырыбы: Өсімдік биотехнологиясы
Лекция №21 Тақырыбы: Клеткалық селекция.
Лекция №22 Тақырыбы: Клеткалық инженерия.
Лекция №23 Тақырыбы: Гендік инженерия.
Лекция №24 Тақырыбы: Жануарлар биотехнологиясы
Лекция №25 Тақырыбы: Биотехнология негізінде жататын фундаментальдық процестер
Лекция №26 Тақырыбы: Қолдан ұрықтандыру.
Лекция №27 Тақырыбы: Эмбриоинженерия.
Лекция №28 Тақырыбы: Жануарларды клондау.
Лекция №29 Тақырыбы: Адам және жануарларда ғылыми және практикалық мақсаттардағы трансгеноз.
Лекция №30 Тақырыбы: Асылдандыру жұмыстарында және экологиялық, цитогенетикалық, диагностикалық және емдеу зерттеулерінде клеткалар культурасын (өсінділерін) қолдану.
Лекция №2 Тақырыбы: Микроорганизмдер биотехнологиясының негіздері
Лекция №3 Тақырыбы: Ферментацияға негізделген технологиялар
Лекция №4 Тақырыбы: Микроб биомассасын алудың биотехнологиясы
Лекция №5 Тақырыбы: Медицинаға арналған препараттар
Лекция №6 Тақырыбы: Тамақ өнеркәсібіне арналған препараттар
Лекция №7 Тақырыбы: Микроорганизмдердің өмір тіршілік өнімдерін алу биотехнологиясы
Лекция №8 Тақырыбы: Ферменттер.
Лекция №9 Тақырыбы: Липидттер.
Лекция №10 Тақырыбы: Витаминдер
Лекция №11 Тақырыбы: Антибиотиктер
Лекция №13 Тақырыбы: Органикалық қышқылдар
Лекция №14 Тақырыбы: Бейтарапты өнімдер.
Лекция №15 Тақырыбы: Органикалық заттардың микробиологиялық жолмен трансформациялау.
Лекция №16 Тақырыбы: Биологиялық концервілеу (азықтарды жем.шөпті биологиялық әдіспен сақтау).
Лекция №17 Тақырыбы: In vitro жағдайында өсірілетін өсімдік клеткалары . өсімдік биотехнологиясының обьектісі.
Лекция №18 Тақырыбы: Клеткалық технологияларды биосинтезік өнеркәсіпте пайдалану
Лекция №19 Тақырыбы: Өсімдіктерді клондық микрокөбейту және сауықтыру
Лекция №20 Тақырыбы: Өсімдік биотехнологиясы
Лекция №21 Тақырыбы: Клеткалық селекция.
Лекция №22 Тақырыбы: Клеткалық инженерия.
Лекция №23 Тақырыбы: Гендік инженерия.
Лекция №24 Тақырыбы: Жануарлар биотехнологиясы
Лекция №25 Тақырыбы: Биотехнология негізінде жататын фундаментальдық процестер
Лекция №26 Тақырыбы: Қолдан ұрықтандыру.
Лекция №27 Тақырыбы: Эмбриоинженерия.
Лекция №28 Тақырыбы: Жануарларды клондау.
Лекция №29 Тақырыбы: Адам және жануарларда ғылыми және практикалық мақсаттардағы трансгеноз.
Лекция №30 Тақырыбы: Асылдандыру жұмыстарында және экологиялық, цитогенетикалық, диагностикалық және емдеу зерттеулерінде клеткалар культурасын (өсінділерін) қолдану.
1. Экобиотехнология қазіргі кездегі ғылымның жаңа салаларының бірі болып саналады. Биотехнологияны тірі организмдерді немесе биологиялық процестерді өнеркәсіпте қолдану деп түсінетін болсақ, онда нан пісіру, ірімшік жасау, шарап дайындау және т.б. процестер адамзат өмірінде өте ерте кезден бастап пайдаланып келеді. Бірақ биотехнологияның өз алдына ғылым болып қалыптасуы және “биотехнология” терминінің қолданылуы гендік инженерияның пайда болуымен байланысты 1970 жылдардың ортасынан басталады.
2. Биотехнология – адам өміріне маңызды әртүрлі қажетті өнімдерді микроорганизмдер, өсімдіктер мен жануарлардың клеткаларының қатысуымен алудың технологиясын өңдеумен айналысатын ғылым. Биотехнология - өнеркәсіптік микробиология, техникалық биохимия, биохимиялық және генетикалық инженерия, инженерлік энзимология, химиялық технология т.б. салалармен тығыз байланысты. Осы салалардағы ашылған жаңалықтарбиология ғылымының жалпы практикада қолданылу мен әртүрлі жекеленген қолданбалы бағыттарды біріктіруге негіз болды. Өнеркәсіптік және қолданбалы микробиологияны қамтитын биотехнология – биохимия, микробиология, генетика және химиялық технологияның білімі мен әдістеріне сүйене отырып, микроорганизмдер мен клеткалық дақылдардың қасиеттері арқылы өндірістік процестерге көп үлесін қосуда. Еуропалық биотехнологиялық федерациясы биотехнологияға мынадай анықтама береді: “Биотехнология – микроорганизмдер мен ұлпалық дақылдардың бағалы қасиеттерін өнеркәсіпте пайдалану үшін биохимия, микробиология және химиялық технологияны бірге қолдану”. Сондықтан, биотехнологиялық процестер спецификалық заттардың түзілуіне мүмкіндік беретін, бактериялар, ашытқылар, зең саңырауқұлақтар, балдырлар және өсімдіктер мен жануарлардың метаболизмі мен биосинтетикалық мүмкіндіктеріне негізделеді. 1987 жылы Амстердамда болған биотехнологияның 4-ші Конгресінде “Микроорганизмдердің физиологиясы – биотехнологияны қалаушы тасы” – деп микроорганизмдердің биотехнологиядағы орнын ерекше атап көрсетті. Сондықтан, ұсынылып отырған оқу құралының 1-ші бөлімнің 3-ші тарауы микроорганизмдердің тіршілігіне байланысты өндіріске арналады.
Экобиотехнологияның қарқынды дамуы, тек оның өркендеуімен, дәстүрлі биотехнологиялық процестердің автоматизациялау мен тиімділігін жоғарылатумен анықталып қана қоймай, сонымен қатар, мүлдем жаңа процестерді өңдеумен байланысты болады. Бұл жаңа процестер тамақ өндірісінде тамақ өнімдері мен текстилді өнеркәсіптің шикізаттарын – матанол, этанол, биогаз және сутегін ұзақ уақыт сақтауда, сонымен қатар кедей кен орындарынан кейбір металдарды бөліп алу сияқты көптеген салаларды қамтыды.
Экобиотехнологиялық процестер тамақ өнімдерін өндіру (белоктарды, аминқышқылдар мен органикалық қышқылдарды және витаминдер мен ферменттер алу үшін бактериялар мен ашытқыларды және балдырларды кең масштабта өсіру); ауылшаруашылық дақылдардың өнімділігін арттыруда (in vitro жағдайындағы ұлпалық клеткалардың негізінде өсімдіктерді сұрыптау, бионсектицидтер), фармацевтік өнеркәсіпте (вакциналарды өндіру, антибиотиктерді, гормондарды және интерферондарды биосинтездеу) және қоршаған ортаны (ағын суларды тазарту, қалдықтар мен ауылшаруашылығы және өнеркәсіп орындарының қосымша өнімдерін қайта өңдеу) қорғау мен тазалауда кеңінен қолданылады. Жоғарыда келтірілген көптеген экологиялық жағдайларға қатысты мәселелермен биотехнологияның экологиялық биотехнология саласы айналысады.
2. Биотехнология – адам өміріне маңызды әртүрлі қажетті өнімдерді микроорганизмдер, өсімдіктер мен жануарлардың клеткаларының қатысуымен алудың технологиясын өңдеумен айналысатын ғылым. Биотехнология - өнеркәсіптік микробиология, техникалық биохимия, биохимиялық және генетикалық инженерия, инженерлік энзимология, химиялық технология т.б. салалармен тығыз байланысты. Осы салалардағы ашылған жаңалықтарбиология ғылымының жалпы практикада қолданылу мен әртүрлі жекеленген қолданбалы бағыттарды біріктіруге негіз болды. Өнеркәсіптік және қолданбалы микробиологияны қамтитын биотехнология – биохимия, микробиология, генетика және химиялық технологияның білімі мен әдістеріне сүйене отырып, микроорганизмдер мен клеткалық дақылдардың қасиеттері арқылы өндірістік процестерге көп үлесін қосуда. Еуропалық биотехнологиялық федерациясы биотехнологияға мынадай анықтама береді: “Биотехнология – микроорганизмдер мен ұлпалық дақылдардың бағалы қасиеттерін өнеркәсіпте пайдалану үшін биохимия, микробиология және химиялық технологияны бірге қолдану”. Сондықтан, биотехнологиялық процестер спецификалық заттардың түзілуіне мүмкіндік беретін, бактериялар, ашытқылар, зең саңырауқұлақтар, балдырлар және өсімдіктер мен жануарлардың метаболизмі мен биосинтетикалық мүмкіндіктеріне негізделеді. 1987 жылы Амстердамда болған биотехнологияның 4-ші Конгресінде “Микроорганизмдердің физиологиясы – биотехнологияны қалаушы тасы” – деп микроорганизмдердің биотехнологиядағы орнын ерекше атап көрсетті. Сондықтан, ұсынылып отырған оқу құралының 1-ші бөлімнің 3-ші тарауы микроорганизмдердің тіршілігіне байланысты өндіріске арналады.
Экобиотехнологияның қарқынды дамуы, тек оның өркендеуімен, дәстүрлі биотехнологиялық процестердің автоматизациялау мен тиімділігін жоғарылатумен анықталып қана қоймай, сонымен қатар, мүлдем жаңа процестерді өңдеумен байланысты болады. Бұл жаңа процестер тамақ өндірісінде тамақ өнімдері мен текстилді өнеркәсіптің шикізаттарын – матанол, этанол, биогаз және сутегін ұзақ уақыт сақтауда, сонымен қатар кедей кен орындарынан кейбір металдарды бөліп алу сияқты көптеген салаларды қамтыды.
Экобиотехнологиялық процестер тамақ өнімдерін өндіру (белоктарды, аминқышқылдар мен органикалық қышқылдарды және витаминдер мен ферменттер алу үшін бактериялар мен ашытқыларды және балдырларды кең масштабта өсіру); ауылшаруашылық дақылдардың өнімділігін арттыруда (in vitro жағдайындағы ұлпалық клеткалардың негізінде өсімдіктерді сұрыптау, бионсектицидтер), фармацевтік өнеркәсіпте (вакциналарды өндіру, антибиотиктерді, гормондарды және интерферондарды биосинтездеу) және қоршаған ортаны (ағын суларды тазарту, қалдықтар мен ауылшаруашылығы және өнеркәсіп орындарының қосымша өнімдерін қайта өңдеу) қорғау мен тазалауда кеңінен қолданылады. Жоғарыда келтірілген көптеген экологиялық жағдайларға қатысты мәселелермен биотехнологияның экологиялық биотехнология саласы айналысады.
1. Егоров Н. С и др. “Биотехнология” М. Выс. Школа 1987 г.
2. Уалиханова Г. Ж “Өсімдіктер биотехнологиясы” Алматы ҚазУнивер. 2001
3. Альбер Сассон “Биотехнология” изд. Мир 1987г.
Қосымша әдебиеттер.
1. Зудин Д. В и др. “Биотехнология” выс, шк 1987 г.
2. Быков Б. А “Производства белковых вешеств” выс, шк 1987 г.
3. Бутенко Р. Г “Клеточная инженерия” выс, шк 1987 г.
4. Варобев Л. И “Микробиологическии синтез витаминов” М. Мир 1989 г.
5.Биология культивириемых клеток и биотехнология растение изд наука 1991 г.
5. Коннюхов Б. В “Генетика развития позвоночных” М Наука 1980г.
2. Уалиханова Г. Ж “Өсімдіктер биотехнологиясы” Алматы ҚазУнивер. 2001
3. Альбер Сассон “Биотехнология” изд. Мир 1987г.
Қосымша әдебиеттер.
1. Зудин Д. В и др. “Биотехнология” выс, шк 1987 г.
2. Быков Б. А “Производства белковых вешеств” выс, шк 1987 г.
3. Бутенко Р. Г “Клеточная инженерия” выс, шк 1987 г.
4. Варобев Л. И “Микробиологическии синтез витаминов” М. Мир 1989 г.
5.Биология культивириемых клеток и биотехнология растение изд наука 1991 г.
5. Коннюхов Б. В “Генетика развития позвоночных” М Наука 1980г.
Пән: Экология, Қоршаған ортаны қорғау
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 67 бет
Таңдаулыға:
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 67 бет
Таңдаулыға:
Экобиотехнология пәніне жалпы сипаттама.
Жоспар.
1. Экобиотехнология ғылымның жаңа бір саласы ретінде.
2. Биотехнологияның адам өміріндегі маңыздылығы.
Лекция мақсаты: Экобиотехнологияның қазіргі кездегі ғылыми жаңалықтарының
тарихымен танысу.
Лекция мәтіні.
1. Экобиотехнология қазіргі кездегі ғылымның жаңа салаларының бірі
болып саналады. Биотехнологияны тірі организмдерді немесе биологиялық
процестерді өнеркәсіпте қолдану деп түсінетін болсақ, онда нан пісіру,
ірімшік жасау, шарап дайындау және т.б. процестер адамзат өмірінде өте ерте
кезден бастап пайдаланып келеді. Бірақ биотехнологияның өз алдына ғылым
болып қалыптасуы және “биотехнология” терминінің қолданылуы гендік
инженерияның пайда болуымен байланысты 1970 жылдардың ортасынан басталады.
2. Биотехнология – адам өміріне маңызды әртүрлі қажетті өнімдерді
микроорганизмдер, өсімдіктер мен жануарлардың клеткаларының қатысуымен
алудың технологиясын өңдеумен айналысатын ғылым. Биотехнология -
өнеркәсіптік микробиология, техникалық биохимия, биохимиялық және
генетикалық инженерия, инженерлік энзимология, химиялық технология т.б.
салалармен тығыз байланысты. Осы салалардағы ашылған жаңалықтарбиология
ғылымының жалпы практикада қолданылу мен әртүрлі жекеленген қолданбалы
бағыттарды біріктіруге негіз болды. Өнеркәсіптік және қолданбалы
микробиологияны қамтитын биотехнология – биохимия, микробиология, генетика
және химиялық технологияның білімі мен әдістеріне сүйене отырып,
микроорганизмдер мен клеткалық дақылдардың қасиеттері арқылы өндірістік
процестерге көп үлесін қосуда. Еуропалық биотехнологиялық федерациясы
биотехнологияға мынадай анықтама береді: “Биотехнология – микроорганизмдер
мен ұлпалық дақылдардың бағалы қасиеттерін өнеркәсіпте пайдалану үшін
биохимия, микробиология және химиялық технологияны бірге қолдану”.
Сондықтан, биотехнологиялық процестер спецификалық заттардың түзілуіне
мүмкіндік беретін, бактериялар, ашытқылар, зең саңырауқұлақтар, балдырлар
және өсімдіктер мен жануарлардың метаболизмі мен биосинтетикалық
мүмкіндіктеріне негізделеді. 1987 жылы Амстердамда болған биотехнологияның
4-ші Конгресінде “Микроорганизмдердің физиологиясы – биотехнологияны
қалаушы тасы” – деп микроорганизмдердің биотехнологиядағы орнын ерекше атап
көрсетті. Сондықтан, ұсынылып отырған оқу құралының 1-ші бөлімнің 3-ші
тарауы микроорганизмдердің тіршілігіне байланысты өндіріске арналады.
Экобиотехнологияның қарқынды дамуы, тек оның өркендеуімен, дәстүрлі
биотехнологиялық процестердің автоматизациялау мен тиімділігін
жоғарылатумен анықталып қана қоймай, сонымен қатар, мүлдем жаңа процестерді
өңдеумен байланысты болады. Бұл жаңа процестер тамақ өндірісінде тамақ
өнімдері мен текстилді өнеркәсіптің шикізаттарын – матанол, этанол, биогаз
және сутегін ұзақ уақыт сақтауда, сонымен қатар кедей кен орындарынан
кейбір металдарды бөліп алу сияқты көптеген салаларды қамтыды.
Экобиотехнологиялық процестер тамақ өнімдерін өндіру (белоктарды,
аминқышқылдар мен органикалық қышқылдарды және витаминдер мен ферменттер
алу үшін бактериялар мен ашытқыларды және балдырларды кең масштабта өсіру);
ауылшаруашылық дақылдардың өнімділігін арттыруда (in vitro жағдайындағы
ұлпалық клеткалардың негізінде өсімдіктерді сұрыптау, бионсектицидтер),
фармацевтік өнеркәсіпте (вакциналарды өндіру, антибиотиктерді, гормондарды
және интерферондарды биосинтездеу) және қоршаған ортаны (ағын суларды
тазарту, қалдықтар мен ауылшаруашылығы және өнеркәсіп орындарының қосымша
өнімдерін қайта өңдеу) қорғау мен тазалауда кеңінен қолданылады. Жоғарыда
келтірілген көптеген экологиялық жағдайларға қатысты мәселелермен
биотехнологияның экологиялық биотехнология саласы айналысады. Экологиялық
биотехнология - өнеркәсіптік және әртүрлі қалдықтарды қайта өңдеу, қоршаған
орта обьектілерін әртүрлі ластағыштардан тазарту сияқты, қоршаған орта
мәселелерін шешуде биотехнологиялық әдістер мен биологиялық емес
технологияны біріктіре отырып, биотехнологияны қолдану болып табылады.
Экологиялық биотехнология тұрғысынан ағын суларды тазарту мен
тұрақтандыруда аэробты процетрді пайдаланудың маңызы зор. Бұл мақсатта
әртүрлі конструкциялы реакторлар қолданылады.
Соңғы жылдарда қоршаған ортаның ластануын төмендетуде, рудаларды
ретилизацилауда, энергия өндіру мен белоктарды, гормондар мен медицианалық
препараттарды алуда микроорганизмдер мен клеткалар дақылдарын пайдалану
мүмкіндіктері бірқатар елдерде үлкен қызығушылықтар тудырып,
биотехнологиялық процестерге негізделген өнеркәсіп орындарын ашу мен
дамытуға септігін тигізіп отыр.
Қазіргі кезде биотехнология, көптеген өндіріс орындарын қайта құруға
және тірі обьектілер немесе әртүрлі биохимиялық процестермен байланысты
жаңа өндірістерді игеруге мүмкіндік берді. Экономистердің болжауы бойынша
дүние жүзінде 2000 жылдары биотехнологиялық өндірістің өнімдері 40 миллиард
АҚШ доллары көлемінде өндірілетін болады.
Экобиотехнология дамуының алғашқы қадамынан бастап-ақ іргелі
зерттеулермен айналысты.
Микробиологиялық өндірісте қолданып жүрген технология мынадай
кезеңдерден тұрады:
1. себілетін материалды даярлау,
2. қоректік ортаны даярлау және залалсыздандыру
3. микроорганизмдерден (өзіндік микробтік синтез), белгілі мақсатқа
арналған өнімді бөліп алу,
4. препараттың тауарлық формасын (құрғату, майдалау, стандарттау және
өлшеп, буып-түю) алу.
Экобиотехнологияның қарқынды дамуы болашаққа үлкен жоспарлар құруға
мүмкіндік береді. Биотехнология бір жанұя немесе үлкен мемлекет деңгейінде,
өнеркәсіптік масштабтағы экономикалық жағдайды жақсартуға үлкен үлес
қосумен қатар, әртүрлі өнімдер мен белоктардың жетіспеушілік мәселелерін
шешуге, клетка биохимиясын молекулалық биология мен иммунологияны зерттеу
прогресіне негізделетін процестерге үлкен жетістіктер мен өзгерістер енгізу
мүмкін.
Бақылау сұрақтары:
1. Экобиотехнологияның мақсаты мен міндеті?
2. Биотехнологияның адам өміріндегі маңызы?
3. Биотехнологияның даму жолдары?
Лекция №2
Тақырыбы: Микроорганизмдер биотехнологиясының негіздері
Жоспар.
1. Ашу өндірісі
2. Спирттік ашу процесі. Этанолды алу.
3. Сүт қышқылын алу.
Лекция мақсаты: Микроорганизмдердің бірінші және екінші ретті
метаболиттер мен биомассасы мен өнімін медицина мен ауыл шаруашылығы немесе
түрлі өнеркәсіп саласы үнемдеп алудың бұрынғы және қазіргі жаңа озық
технологияларымен танысу.
Лекция мәтіні.
Микроорганизмдер биотехнологиясының мақсаты микроорганизмдердің
бірінші және екінші ретті метаболиттер мен биомассасы мен өнімін медицина
мен ауыл шаруашылығы немесе түрлі өнеркәсіп саласы үнемдеп алудың бұрынғы
және қазіргі жаңа озық технологияларымен танысу.
Микроорганзмдер биотехнологиясы биотехнологияның негізгі салаларының
бірі. Көптеген маңызды биопрепараттар мен өнімдерді алудың атап айтқанда
витаминдер мен ферменттерді полисахаридтер мен бейтарап өнімдерді алудың
жолын осы микроорганизмдер биотехнологиясы зерттейді.
1. Ашу өндірісі. Ашу – субстраттың толық тотығуы жүрмейтін және АТФ
түзілуімен сипатталатын метаболиттік процесс. Көмірсутегілер мен бірқатар
басқа да заттардың ашуы кезінде, мынандай өнімдер түзілуі мүмкін: этанол,
лактат, пропионат, формиат, бутират, сукцинат, капронат. ацетат, н-бутанол,
2,3-бутандиол, ацетон, 2-пропанол, көмірқышқыл газы және молекулалық
сутегі. Түзілген өнімнің түріне байланысты ашу процесінің бірнеше түрін
ажыратады:
1. Спирттік ашу процесі;
2. Сүт қышқылдық ашу процесі;
3. Пропион қышқылдық ашу процесі;
4. Құмырсқа қышқылдық ашу процесі;
5. Май қышқылдық ашу процесі;
6. Сірке қышқылдық ашу процесі.
Ашу процесін жүргізетін микроорганизмдердің көбісі облигатты
анаэробтар, кейде факультативті анаэробтар да кездеседі. Оттегі ашу
процесін тежейді, ал тыныс алу процесін активтендіреді.
2. Спирттік ашу процесі. Этанолды алу
Қазіргі кездегі тамақ, химиялық және отын өнеркәсібінде кең
пайдалынатын көне ашу өндірісі – этанолды алу болып табылады. Спирттік ашу
процесін әр түрлі микроорганизмдер жүргізеді. Мысалы, көмірсутегілерден
тұратын шикізаттан ферментациялық жолмен этанолды алу үшін көбінесе
Saccharomyces туысына жататын ашытқыларды пайдаланады, ал Шығыс елінде
спирттік сусын саке дайындау үшін - Aspergillus oryzae саңырауқұлағын, ал
Мексикада алкагольдік өнім пулькені Zymomonas mobilis бактериясы көмегімен
дайындайды, сүт сарысуындағы лактозаны ашыту үшін сүт ашытқысы деп аталатын
ұйытқыны алу үшін Kluyveromyces fragilis, Kluyveromyces lactis және т.б.
кеңінен қолданады.
Saccharomyces туысының ашытқыларының спирттік ашу процесінің негізінде
глюкозаның пирожүзім қышқылына ыдырауы және келесі
сатысында сол қосылыстың этанол және көмірқышқыл газының
түзілуімен қайта тотыға декарбоксилденуі жатады. Бұл процестің
энергетикалық тиімділігі - тотықсызданған глюкозаның бір молекуласынан екі
молекула АТФ түзіледі. Candida туысының кейбір ашытқылары пентозаларды
пентозофосфатты жол арқылы тотықтырып, пайдалануға қабілетті болып келеді.
Спирттік сусындар өндірісінде рафинозаны ашыту қабілеттілігімен
ерекшеленетін Saccharomyces carlsbergenses және Saccharomyces cerevisiae
ашытқы штамдары қолданылады. Спирт өндірісінде қолданылатын ашытқыларды
төменгі деңгейдегі ашу процесінің рассалары және жоғары деңгейдегі рассалар
деп екіге бөледі.
Төменгі деңгейдегі ашу рассалары 6-100 С және одан да төмен
температурада қызмет етеді, ал процесс соңында ыдыс түбіне шөгіп, қалың
тығыз тұнба түзеді. Оларға көбінесе шараптық және сыра сахаромицеттері
жатады.
Жоғары деңгейдегі ашу рассалары 14-25°С температурада жұмыс жасайды,
ал процесс соңында шараптың бетіне көтеріліп, қалпақ тәрізді қабық түзейді.
Бұл қабық ашытқы клеткаларының бүршіктенуден кейін топтасқан күйінде қалып,
көмірқышқыл газының көпіршіктерімен бірге жоғары көтеріледі. Жоғары
деңгейдегі ашу рассаларына спирт, нан және сыра өндірісінің ашытқылары
жатады.
Ашу ортасындағы төмен және жоғары деңгейлеріне қарамастан,
ашытқылардың қызметіне байланысты мақта тәрізді, түйіршік тәрізді және
тұнбаға түсетін немесе беткі қабатқа көтеріліп, жүзіп жүретін тозаң тәрізді
түрлерге бөледі. Мақта тәрізді ашытқылардың жақсы хош иіс түзетіні
көрсетілген.
Спирттік ашытқыларға төмендегідей талаптар қойылады: жоғары ашу
белсенділігі (активтілігі), соңғы өнімге, яғни спиртке және әртүрлі
инфекцияларға төзімділігі ескеріледі. Этанолды алу үшін 70 жыл бойы
Sаccharomyces cerevisiae Х-11 рассасын пайдаланып келеді. Этанол
өндірісінде шикізат ретінде әртүрлі көмірсутегі бар өсімдік тектес
материалдар – бидай дәні, картоп, зақымдалған қант қызылшасы, ағаш ұнтағы,
меласса және ауыл шаруашылық өсімдіктерді өңдеудегі қалдықтар қолданылады.
Крахмалды шикізатты ферментацияға дайындау: оны ұнтақтау, крахмалды
еріту және бөліп алу үшін қайнату, кейін қайнатылған биомассаны сұйытылған
күйінде бидайдың немесе Aspergillus oryzae, Aspergillus niger және т.б.
саңырауқұлақтардың амилолитикалық ферменттерімен өңдеуден тұрады. Құрамында
көмірсутегілердің қоспалары (глюкоза, мальтоза және декстриндер),
аминқышқылдар, пептидтер, фосфоорганикалық қосылыстар, минералды тұздар
және микроэлементтері бар қантталған биомассаны (осахаренный затор)
мерзімді немесе үздіксіз ағынды әдіспен ашытады. Пастерленген және 300С
температураға дейін салқындатылған заттарды бөгде микрофлораның өсуінен
сақтау үшін күкірт қышқылымен рН 3,8-4,0 дейін қышқылдандырады. Мұндай орта
ашытқылардың өсуіне қолайсыз болғанымен, заласызданбаған жағдайда
дақылдардың тазалығын қамтамасыз етеді.
Спирттік ашытқыларды мерзімді дақылдау кезінде бастапқы
концентрациясында 20-25% қанттан 10-13% этанол түзіледі. Ферментация уақыты
48-72 сағат. Бұл әдіс 25,5 кг бидайдан 8,7-9,8 л спирт және 7,7 кг құрғақ
зат қалдықтарын алуға мүмкіндік береді.
Целлюлозалы өсімдік шикізаттары қысым әсерімен қышқылдық гидролизге
ұшырайды. Алынған гидролизат шамамен 3,2-3,5% редуцияланатын қанттардан
яғни глюкоза, галактоза, маннноза және ментозалардан тұрады.
Ағаш тектес шикізаттардың өнеркөсіпте қолданылуы шектеулі, тек ТМД-нің
14 зауыттарында және Жапонияның бірнеше зауыттарында пайдаланады.
Дистиляциялау процессі, яғни ашытылған қоспадан соңғы өнімді бөліп алу
мынандай сатылардан: сұйықтықтан ұшқыш және қатты заттарды бөліп алу,
этанолды салмағы 30-96%-ға дейін дистилляторда концентрлеу және ұшқыш
компоненттерден толық тазалау, яғни ректификациялаудан тұрады.
Спирт өндірісінде қосымша өнім ретінде көмір қышқыл газы және азықтық
жемге қоспа ретінде қосуға (утилизирлеуге) болатын ашытқы биомассасы
түзіледі.
Этанолдың биотехнологиялық өндірісі дәстүрлі кішігірім зауыттарда
жүзеге асады және өндірістің шектелуі шикізаттың болуымен байланысты.
Мысалы, бір күнде 1 млн л спирт өндіретін зауыттың бір жылда 200 жұмыс
күніне шамамен 40 мың гектар алқапта өскен қант қызылшасы керек. Сондықтан,
спирт өндірісіне басқа да тиімді субстраттардың көзін іздестіру маңызды
мәселелердің бірі болып саналады.
Соңғы кезде зерттеушілердің назарын спирт өндірісінде, субстрат
ретінде екіншілік шикізаттарды қолдану мәселелері қызықтыруда. Мәселен,
сүтті және майсызданған сүтті ірімшік, сүзбе, казеин және әр түрлі сүт-
белоктық концентраттарды өңдеуде түзілген екіншілік шикізат – сүт сарысуын
пайдалануға көп көңіл бөлінуде. Сүт сарысуы сүттің 50-75% құрғақ заты мен
сүт қанты-лактозаның 4,5% мөлшерінен тұратын биологиялық бағалы және
құндылығы жоғары шикізат болып табылады. Жыл сайын әлемдегі сүт өнімдерін
өңдеуден 74 млн тонна сүт сарысуы алынады, оның ішіндегі 16 млн тонна АҚШ,
шамамен 25 млн тонна ЕЭО елдерінде, ал ТМД елдерінде шамамен 15 млн тонна
өндіріледі.
Сүт сарысуы өте құнды бай қоректік орта болып табылады, сондықтан ол
әр түрлі химиялық қосылыстарды түзетін микроорганизмдердің өсуі үшін толық
құнды субстрат бола алады. Сүт сарысуы негізінде этанол өндірудің
тиімділігі жоғары екендігі көрсетілген. Мысалы, АҚШ-та 1 жыл ішінде
этанолды 1,6 млн тоннаға дейін өндіретін, ал 1 тәулікте 225 тоннаға дейін
сүт сарысуын өңдейтін қондырғылар жұмыс істейді. Қазіргі кезде Жаңа
Зеландия мен Бразилия елдерінде двигательдегі бензині 20-50% сүт сарысуынан
алынған этанолға ауыстырылған. Сонымен бірге, сүт сарысуынан этанолдан
басқа белоктар және спирттен кейінгі ашыған заттар сияқты аралық өнімдер
түзіледі. Оларды кептіріп, ауыл шаруашылықта мал азығы ретінде пайдалануға
болады. Этанолды сүт сарысуынан өндіру, картоп немесе бидай шикізатынан
өндірумен салыстырғанда экономикалық тиімділігі жоғары.
3. Сүт қышқылын алу
1847 жылы С.Блондо алғаш рет сүт қышқылы – ашу процесінің өнімі екенін
көрсетті, ал Луи Пастер бұл ашуды бактериялар туғызатынын дәлелдеді. Сүт
қышқылын микробиологиялық синтез жолымен өндіру 1881 жылдан бері белгілі.
Сүт қышқылы тамақ өнеркәсібінде, медицинада шикізат ретінде химиялық
синтезде, тері және т.б. өндірістерде кеңінен қолданылады.
Көмірсулардың сүт қышқылына дейін ашуы сүтқышқылды бактериялардың
көмегімен жүзеге асады. Оларды гомоферментативті және гетероферментативті
сүтқышқыл бактериялары – деп екі топқа боледі. Гомоферментативті ашудың
негізгі өнімі – сүт қышқылы, ал гетероферментативті ашудың өнімі сүт
қышқылымен қатар сірке қышқылы, этанол және көмір қышқыл газы болып
табылады. Гомоферментативті сүтқышқыл бактерияларда көмірсулардың ашуы
гликолиз жолымен, ал гетероферментативті өкілдерінде пентозофосфатты жолмен
жүреді. Сүтқышқыл бактерияларды 4 туысқа: Lactobacillus, Lactoccocus,
Leuconostoc, Pediococcus деп бөледі. Өнеркәсіпте сүт қышқылының
өндірушілері ретінде тез өсетін және аз уақыт ішінде көп мөлшерде сүт
қышқылын түзетін гомоферментативті таяқша сүтқышқыл бактериялар -
Lactobacillus delbrueckii, Lb. hulgaricus, Lb. leichmanii, Lb. casei
штамдарын қолданады. Сүт қышқылы өндірісі үшін шикізат көзі ретінде
меласса, минералды түздар, солод және жүгері экстрактысы қосылған
қантталған картопты затор, жемісті сусындар өндірісінің қалдықтарын, сут
сарысуын, сүттің және сүт сарысуының ультрафильтратын қолдануға болады. Бұл
жағдайда ұйытқының құрамды бөлігі Streptococcus lactis бактериясы болып
табылады. Ашу процесін біраз қышқылдандырьшған ортада 2-7 тәулік
аралығыңда, 49-50°С температурада мерзімді дақылдау жағдайда жүргізеді, ал
сүт қышқылын бөліп алу мен тазалау бірқатар қиыншылықтар туғызады. Сүт
қышқылы нашар кристалданады және таза күйінде суды тез сіңіретін түссіз
сироп түрінде болады (бұл көбінесе 65%-дық ерітінді күйінде кездеседі).
Жыл сайын микробиологиялық жолмен 20 мың тоннадан көп L (+)-сүт
қышқылы өндіріледі. Сүт қышқылды ашу процесі арқылы көптеген сүт қышқылды
өнімдер, май және ірімшік дайындалынады, сонымен бірге, орам жапырақты
тұздауда, жемістерді консервілеуде, азықтық жемді сүрлеуде негізгі рөлді
атқарады. Сүт қышқылды ашудың аралық өнімдері ортада бөгде микрофлораның
өсуін тежейді, ферменттелінетін қоспаға жақсы органолептикалық қасиет
беріп, адам мен жануарлар организміне пайдалы әсерін тигізеді.
Бақылау сұрақтары:
1. Этанолдың биотехнологиялық өндірісі?
2. Микроорганизмдердің алатын орны?
3. Ашу процесінің маңызы?
Лекция №3
Тақырыбы: Ферментацияға негізделген технологиялар
Жоспар.
1. Технологиялық процестерді ұйымдастыру
2. Ферментация процестерін ұйымдастыру.
Лекция мақсаты: Биотехнологиялық кәсіп орындарының рентабелділігін арттыру
жолдарын үйрену.
Лекция мәтіні.
1. Технологиялық процестерді ұйымдастыру. Биотехнологиялық кәсіп
орындарының рентабелділігін арттыруда, барлық бағытта үйлесімді жүйеге
келтіру керек. Оған белгілі бір мақсатпен өндірілген өнімде субстраттың
конверсиясы өте толық дәрежеде болуы, олардың концентрациясы да мол болып,
бастапқы заттарды бөлу және тазарту процестерінің құнын төмендету және
алынған нәтижені қайтадан қайталап өндіруді көбейту жатады.
Бұл міндетті орындау үшін әртүрлі бағытта жұмыс ұйымдастырылуы мүмкін.
Мысалы, кейбір өндірістерде үйлесімділік процестері ортаны таңдап алу,
басқаларында – жаңа штамдарды немесе микроорганизмдердің аралас
культураларын пайдалану, үшіншілерде –фагқа қарсы күресу жұмыстарын нақты
ұйымдастыру, төртіншісінде –микроорганизмдердің иммобилизацияланған
клеткалары негізінде биореакторлардың жаңа типтерін қолдану арқылы жүзеге
асырылады.
2. Ферментация процестерін ұйымдастыру
Ферментация процесі жағдайында үйлесімділік оптимизация деген
терминді таза тәжірибелік сипатта жүргізілетін жұмысты атқаруда мақсатқа
сай өндіретін өнімді алуды, қамтамасыз ететін қоректік орта құрылымының
концентрациясын және биореакторлардың жұмысын қолайлы режимде жүргізу деп
түсіну керек. Технологиялық объектілер алға қойылған міндетіне сәйкес
үйлесімділіктерді мынадай түрлерге бөледі:
- Аппарат конструкциясы және олардың мөлшерін таңдап апумен
байланысты жасалатын, қолайлы жобалардың міндеті, қоректік орта құрамын,
түзгіш-штамдар мен оларды өсіру режимдерін іске асыру. Бұл мәселемен
инженер-технолог айналысады.
- Жедел басқару міндеті – режимді параметрлердің өзгерісіне байланысты
технологиялық процестердің іске асуын бақылау. Бұның мәселелерімен
технологиялық процестерді автоматтандыру жөніндегі маман айналысады.
Көптеген микробиологиялық синтездің технологиялық процестері оқтын-
оқтын тәртіпте жүреді. Үздіксіз өсіру әдісі, тек мал азықтық ашытқыларды
өндіруде қолданылады. Қоректік орта құрамындағы заттардың ара – қатынасының
ең қолайлысын таңдап алу, оқтын-оқтын жүретін процестердің үйлесімділігінің
басты тәсілі болып есептеледі. Математикапық әдіспен жоспарлауды қолдану,
процестің едәуір қарқындануына мүмкіндік береді. Әдетте, биомасса
концентрациясы немесе белгіленген ұзақ мерзім аяқталғаннан кейін
ферментация соңында мақсатпен алынған өнім сапасы, үйлесімділіктің кепілі
болмақ.
Бақылау сұрақтары:
1. Ферментация процесі жағдайында үйлесімділік жолдары?
2. Технологиялық процестерді ұйымдастыру?
Лекция №4
Тақырыбы: Микроб биомассасын алудың биотехнологиясы
Жоспар.
1. Биохимиялық инженерия.
2. Себінді материалдарды дайындау.
Лекция мақсаты: микроб биомассасының айналымдарының барлық экономикалық
және техникалық аспектілерінің мәселелерін үйрену.
Лекция мәтіні.
1. Биохимиялық инженерия – микроб биомассасының айналымдарының барлық
экономикалық және техникалық аспектілерінің мәселелері кіретін жаңа пән.
Оның құрамына биохимиялық процестерді өткізудің техникалық қарқындатуы мен
дамуы, құрал-жабдықтардың модернизациясы, биотехнологиялық қондырғыларды
жоспарлау, жобалау, құрастыру және басқару кіреді.
Өндірістік микробиология және гендік инженерия жетістіктері
жинағының кіріспесінде айтылғандай, бактериялар, ашытқылар мен
саңырауқұлақтар – молекулалық деңгейде жұмыс істеуге керемет бейімделген
машина – дегенге байланысты биотехнологияның инженерлі мәселелеріне үлкен
қызығушылық тууда. Олар бір рет іске қосылғаннан кейін тек керекті өнім
ғана емес, сонымен бірге өздерінің көшірмелерін алуға, дәстүрлі
микробиологиялық технологияларға қайта түзуге әсер ететін жаңа гендік
инженерия әдістерін құруға, микроорганизмдердің өнімділігіне тікелей
бақылау жасауға мүмкіндік береді. Бірақ генетикалық инженерия
мүмкіншіліктерінің бәрін көрсету үшін зертханалық шыны ыдыстардағы
әдістерді өндірісгегі темір реакторларға ауыстыру керек. Қазіргі кезде ірі
масштабты биотехнологиялық өндірістер бар. Әртүрлі қосылыстарды алу үшін
үздіксіз реакторларды, 50000 л үздікті реакторларды қолдану қалыпты деп
саналады.
Оқу құралының берілген тарауында микробиологиялық өндіріс
технологиясына және де оларды бақылау, қарқындату және басқару әдістеріне
негізгі көңіл берілген.
Микробиологиялық өндірістің технологиялық процестері келесі сатылардан
тұрады:
егінді материалды дайындау,
қоректік орталарды дайындау және залалсыздандыру,
микроорганизмдерді дақылдау (микроб синтезі),
қажетті (соңғы, құнды) өнімді бөліп алу,
препараттардың тауарлы өнімдерін алу (кептіру, ұнтақтау, стандарттау және
қаптау).
2.Себінді материалды дайындау
Микробиологиялық синтездің тиімділігінің жоғары болуы штам-
түзгіштердің аса белсенділік көрсетуіне байланысты. Олардың негізгі
қасиеттсріне өсу қарқындылығының жоғарлылығы, ақырғы өнімі мол болатын
арзан субстраттарда өніп-өсуінің шапшаңдығы, экономикадық бағалылығы,
әртүрлі жұқпалы дерттерге төзімділігі мен тұрақтылығы жатады. Өндірісте
селекциялық және генетикалық инженерияның әдістерін қолданып алынған табиғи
штамдардың мутанттарын қолданады. Бұнда табиғи штамдардан микроб массасын
алу, ал генетикалық бағалы штамдарды қоректік ортаға бөлетін метаболиттік
өнімдер алу үшін пайдаланады. Бұл үшін табиғи штамдарды қолдануға болмайды,
өйткені оларда метаболиттердің шамадан тыс мөлшерде бөлінуіне кедергі
келтіретін бақылаушы механизмдер бар.
Бақылау сұрақтары:
1. Себінді материалдар түрлері?
2. Микробиологиялық синтез?
3. Биохимиялық инженерия?
Лекция №5
Тақырыбы: Медицинаға арналған препараттар.
Жоспар.
1. Арнамалы дауалау.
2. Әлсіретілген тірі вакциналар.
3. Иннактивтелген вакциналар.
4. Суббөлікті вакциналар.
5. Жасанды вакциналар.
6. Генрік инженериялық вакциналар.
Лекция мақсаты: Вирустардың тіршілік және өмір сүру мен зияндылықтарының
түрлерімен танысу.
Лекция мәтіні.
Вирустар табиғатта кең таралған. Ол тіршілік бар жердің бәрінде де
кездеседі. Вирустар адам, мал, құс, балық, шыбын-шіркей арасында ауру
таратады. Кейбір вирустар зооантропонозонды індеттердің таралуына да
себепші болады.
Індеттен сақтанудырудың негізгі жолы – арнамалы дуалау вакцинамен
немесе қан сарысуымен егу. Егудің арқасында организмнің арнамалы қорғану
факторлары және механизмдері іске қосылады. Айта кететін бір жайт ауруға
қарсы қолданған шаралардың салдарынан қоздырушы мен ауруға шалдығатын
организм арасында популяциялық-экологиялық өзара байланыстар өзгерді.
Аурудың өршуі, вирустардың әртүрлі қасиеттері де өзгеріске түсті.
Қоздырушының бір малдан екінші малға өту жолдары да өзгереді. Осындай
жағдайларда вирустардың орталыққа байланысты күшейген түрлері пайда болып,
олардың иммунитетке қарсы тұрарлық қасиеттері бар түрлері дүниеге келді.
Сонымен қатар вирустардың уыттылығы төмендеген түрлері де пайда болды.
Сөйтіп вирустардың өзгеруіне сәйкес аурулардың жаңа түрлері пайда бола
бастады.
1. Арнамалы дауалау. Арнамалы (спецификалық) дауалау дегеніміз малды
жұқпалы аурулардан вакцина немесе гипериммунды қан сарысуы арқылы
сақтандыру. Ауырып жазылған малда және вакцина егілген соң вирусқа қарсы
пайда болған иммунитет әртүрлі дамиды. Мұнда гуморальдық және клеткалық
факторлар әртүрлі роль атқарады.
Сондықтан да вирустарға қарсы вакцина алу үшін және ол вакцинаны
қолдану үшін осы клеткалық, гуморальдық факторлардың өзара ерекшелігін
ескерген жөн.
Иммунитеттің гуморальдық және клеткалық факторлары әр түрлі
вакциналармен іске асады.
• Тірі вакциналар – тірі, бірақ әлсіретілген вирус штамдарынан
алынған.
• Өлтірілген – немесе инактивтелген вакциналар – вирустарды
физикалық және химиялық жолдармен өлтіріп алынған.
• Гендік – инженерлік вакциналар – гендік инженерия тәсілдерімен
алынған.
• Жасанды, немесе синтетикалық вакциналар – вирус антигеніне
полиэлектролит немесе полимер қосып, вакциналық жиынтық алынған.
Вакциналар қолдану – індетпен ауырған малдың сол ауруға қайта
шалдықпайтынына негізделген. Сондықтан вакциндеу (егу) дегеніміз мал
организміне қоздырушыны әдейі енгізу. Тек алдымен қозыдурышыны әлсіретіп
алу керек. Егудің нәтижесінде организмде қорғану механизмдері пайда болады,
яғни антиденелер синтезделеді. Сол себепті вакцина егуді белсенді егу деп,
ал егу үшін қолданатын препаратты вакцина деп атайды. Демек, вакцина не
өлтірілген, не тірі, бірақ әлсіретілген вирустан алынған биологиялық
препарат.
Вакцинаға қандай талаптар қоюға болады?
Біріншіден, вакцина ауру қоздырушының белгілі бір түріне сәйкес болуы
керек.
Екіншіден, вакцина зиянсыз, індет туғызбайтындай қасиеті болуы керек.
Үшіншіден, вакцинаның жеткілікті иммуногендік қасиеті болуы қажет, яғни
вакцина еккеннен кейін 2-3 апта өткен соң сол вирусқа қарсы организмде
иммунитет пайда болуы шарт.
Індеттен сақтандыру үшін 1798 жылы Э.Дженнер вакцинаны тұңғыш рет
қолданды. Шешектен сақтандыру үшін сол сиыр шешегін жас балаға екті.
Француз ғалымы Луи Пастер Дженнердің құрметіне вакцина (ағылшынның vacc-
сиыр) деген сөзді қолдануды ұсынды.
2. Әлсіретілген тірі вакциналар. Тірі вакцинаны әлсіретілген
вирустардан алады.
Әлсірету (аттенуация) – вирусты немесе микробты әлсірету. Әлсіретудің
салдарынан вирус індеттің ауыр түрін қоздыра алмайды, яғни қоздырушының
патогендік және уыттылық қасиеттері жойылады, ал иммуногендік қасиеті
сақталады. Вирусты әлсірету кезінде вирустарға арнаулы әсер етіп, олардың
кейбір нәсілдік қасиеттерін өзгертіп, өзгерген түрлерін алады.
Әлсірету үшін әртүрлі мутагендер қолданылады. Вирустарды клетка
өсінділеріне бірнеше рет себудің немесе тауық эмбриондарына, зертханалық
жануарларға бейімделуінің арқасында вирустардың нәсілдік қасиеттері
өзгереді.
Тірі вакциналардың басқа вакциналарға қарағанда тиімді ерекшеліктері
бар. Олар: мал оргнаизміне егудің арқасында ұзақ уақыт сақталатын, ауруаға
қарсы тұру қасиеті пайда болады. Себебі вакцинадағы әлчіретілген вирус
организмде өсіп-көбейеді. Сондықтан да ұзақ уақыт бойына вирус антигендері
организмде өз қызметін атқарады.
Сонымен бірге бұл вакциналар тек бір рет қана егіледі. Тірі вакцинаның
тағы бір ерекшелігі – оларды малдың тек тері астына егу жолымен емес, тыныс
жолдарына жіберуге де және ішкізуге де болады.
Сонымен қатар тірі вакциналардың кемшіліктері де бар. Олар:
әлсіретілген вирустардың вируленттік қасиеті өсіп кетуі де мүмкін. Тірі
вакцинаның әлсіреген қасиетінің бірқалыпты болуын қадағалау өте қиын
жағдай. Ондай қасиеттің ұзақ жылдар бойы сақталуы да екіталай. Сондықтан
вирустардың әлсіреген штамдарының нәсілдік қасиеттерінің тұрақты болуы
шарт.
3. Инактивтелген вакциналар. Белсенді қасиеті жоқ, өлтірілген немесе
инактивтелген вакцина деп тазаланғанвирустық химиялық немесе физикалық
жолмен өлтірілген вакцинаны айтады. Өлтірілген вирустар организмде өсіп-
көбейе алмайды, демек клеткада көбею қасиеті жоғалады да, антигендік
қасиеті сақталады.
4. Суббөлікті вакциналар. Тірі және өлтірілген вакциналар бүтін, толық
вириондардан тұрады. Өздеріңізге белгілі күрделі вирустардың құрамында
әртүрлі белоктар, көмірсулар, липидтер болады. Ал вирус белоктарының тек 10
пайызы ғана вирусқа қарсы тұру қабілетін туғызады. Ол қарсы тұру қабілеті
вирустың сыртында орналасқан антиденелерге сай болады, ал қалған белоктар
мен липидтериммундық жүйеге ртық “жүк” болып есептеледі. Сондықтан да
вирустың тек ауруға қарсы тұру қабілетін туғызатын құрамынан алынған
вакцина – тазартылған вакцина болып саналады. Қазіргі кезде тұмауға қарсы
суббөліктерден тұратын вакцина қолданылады. Ол вакцина вирионның сыртқы
жағында орналасқан гемаглютинин мен нейраминидазадан тұрады және толық
вирионнан алынған өлтірілген вакцинаға қарағанда зиянсыз болып есептеледі.
5. Жасанды вакциналар. Жасанды немесе синтетикалық вакциналар алу
инфекциялық аурулардан сақтандырудың яғни алдын алудың жаңа түрлеріне
жатады. Жасанды вакциналардың негізі ретінде вакциналық жиынтық құру болып
есептеледі.вирус белоктарының пептидтеріне синтетикалық полиэлектролиттерді
қосып, олардың иммуногендік қасиетін күшейтеді. Мысалы, тұмау вирусының
сыртындағы гемглютинин мен нейраминидазаға синтетикалық полиэлектролит –
акрилқышқылының сополимері N – ВПД мен коваленттік байланыс жолымен қосады.
Осылай алынған коньюгаттық (қосындының) иммуногендік қасиеті зор.
6. Гендік инженерлік вакциналар. Гендік инженерлік әдісті биологиялық
өндірісте вакцина ал үшін қолдану да жаңа бастама болып табылады. Көптеген
ферменттердің көмегімен (рестриктазалар) ДНҚ молекуласы белгілі бір жерінде
кесіліп, одан оларды керісінше лигазалардың көмегімен ДНҚ фрагменттерін
құрайды. Осы ферменттердің көмегімен белгілі бір қажетті ген бөлініп
алынады, ал ол ген антигендік қасиеті бар белок құрайды. Осы генді бактерия
плазмидіне (хромосомнан тыс орналасқан сақиналы ДНҚ) енгізсе, онда бактерия
өзіне қажеті жоқ, бізге қажетті белокты түзей бастайды. Бактерия плазмиді
генді жеткізу ролін атқарады.
Қазіргі кезде гендік инденерияға медицина мен мал дәрігерлері үлкен
үміт артып отыр. Гендік инженерлік вакциналарды тұмауға, аусылға, вирус
гепатитіне қарсы алу үшін ғылыми жұмыстар жүргізілуде.
Бақылау сұрақтары:
1. Вакцина деген не?
2. Гендік инженерлік вакциналар?
3. Арнамалы вакциналар?
4. Суббөлікті вакцина?
Лекция №6
Тақырыбы: Тамақ өнеркәсібіне арналған препараттар.
Жоспар.
1. Сүт қышқылы бактерияларының тамақ өнеркәсібіндегі маңызы
2. Сүт қышқылы бактерияларының түрлері.
Лекция мақсаты: тамақ өнеркәсібінің маңыздылығы мен өндіру жолдарымен
танысу.
Лекция мәтіні.
1. Сүт қышқылы ашу процесінде лактоза қанты ерекше сүт қышқылы
бактерияларының көмегімен сүт қышқылына айналады. Бұл процесс мына
реакция бойынша жүреді:
С6Н12О6=2С3Н6О3+18 ккал
қант сүт қышқылы энергия
Сүт қышқылы ашу процесі көбінесе сүтте кездеседі және бұл процеске
қатынасатын бактерияларды сүт қышқылы бактериялары деп атайды. Бұл
процесстің нәтижесінде негізгі өнім ретінде қышқыл түзіледі.
Сүт қышқылы ашу процесі табиғатта, тұрмыста кең таралған. Ол
өндірісте, ауыл шаруашылығында қолданылады. Өнеркәсіпте таза сүт қышқылын
алу, түрлі тағамдар даярлау (сүзбе, қаймақ, айран т.б.) жемшөпті сүрлеу,
овощтарды ашыту негізінен осы сүт қышқылы бактерияларының қасиетіне
негізделген.
Сүт қышқылы ашу процесінің ішкі сыры соңғы кездерде анықталады. Қант
ашығанда бірден сүт қышқылы пайда бола қоймайды. Алдымен аралық өнім
ретінде пирожүзім қышқылы түзіледі. Егер ашытқы саңырауқұлақтарда осы
пирожүзім қышқылын сірке альдегидіне дейін ажырататын карбоксилаза ферменті
болса, сүт қышқылы бактерияларында ол жоқ. Соның нәтижесінде пирожүзім
қышқылы одан әрі ажырамайды, сутегінің әсерінен тотығу процесіне ұшырап,
сүт қышқылына айналады.
2. Сүт қышқылы бактериялары шар және таяқша тәрізді болып келеді де,
өздері қозғалмайды, спора да түзбейді және ауалы да ауасыз жерлерде бірдей
тіршілік ете береді. Бірақ бактериялар топтарының барлығы дерлік бірдей
мөлшерде сүт қышқылын түзе бермейді. Олардың кейбір топтары қышқыл ортаға
төзімсіз (шар тәрізділері) келеді. Ал таяқша тәрізді сүт қышқылы
бактериялары ортада едәуір мөлшерде (1,5-2%) қышқыл жинай алады және
осындай жағдайда тіршілік етеді.
Сүт қышқылы бактериялары моно және дисахаридтерді ашытады, ал крахмал
және басқа күрделі полисахаридтерді ажырата алмайды. Бұл бактериялардың
кейбір түрлері асқазан ауруын қоздырушы микробатрды қыратын антибиотиктер
түзетіні де анықталды. Сүт қышқылы ашу процесін жүргізетін бактериялардың
ішіндегі ең маңыздылары:
Стрептококкус лактис – қос-қостан немесе моншақ тәріздене тізіле
орналасқан шар тәрізді бактериялар, +30-350 температурада өсіп дамиды. Ашу
барысында ортада 1%-ке дейін қышқыл түзеді. Сүт тағамдарын (айран, кефир,
қаймақ т.б.) даярлауда активті қатысады.
Болгар таяқшасы – оны алғаш рет болгар айранынан И.И.Мечников бөліп
алып зерттеген. Ұзындығы 4-5 микрондай болатын, қозғалмайтын таяқша, өніп-
өсуге қолайлы температурасы: +40-480. ортада 3,0-3,5%-ке дейін қышқыл түзе
алады. Қышқылды ортаға аса төзімді. Бұл айран даярлауда қолданылады.
Дельбрюк таяқшасы – бірден немесе бірнешеден тізбектеле орналасқан
таяқша бактериялар. Спора түзбейді. Тіршілігіне ең қолайлы температура
+450. Тіршілік еткен ортада 2,5%-тей қышқыл түзеді. Ал ортада бор болса,
қышқыл мөлшері 10%-ке жетеді. Бұлар өндіріс жағдайында сүт қышқылын алу
мақсатында қолданылады.
Бактериум кукумерис ферментати – ұзындығы 2 микрондай, қос-қостан
немесе моншақ тәрізді орналасқан микроорганизмдер. Көбінесе қиярды
тұздағаннан кейін оны ашыта бастайды. Тіршілік етуі үшін ең қолайлы
температура +350, ортада 1%-тей сүт қышқылын түзеді.
Айтылып өткен бактериялардың барлығы да қанттан тек сүт қышқылын
түзеді, сондықтан да оларды гомоферментативті сүт қышқылы бактериялары деп
атайды. Бұлардың барлығы да спора түзбейді, қозғалмайды және тіршілік
жағдайын талғампаз келеді. Қолдан жасалған қоректік ортаға азот көзі
ретінде оның минералды түрлерін қосса, бұл бактериялар тез дамып, көбейеді.
Азотты олар органикалық қосылыстардан ғана алады. Сонымен қатар сүт қышқылы
бактериялары В12 витаминін де қажет етеді.
Ал тіршілігінің нәтижесінде қанттан тек сүт қышқылын ғана емес,
сонымен бірге басқа да өнімдер түзетін сүт қышқылы бактерияларыда бар.
Бұларды гетероферментативті сүт қышқылы бактериялары деп атайды.
Сүт қышқылы бактерияларын практикада қолдану. Гомоферментативті сүт
қышқылы бактериялары сүт шаруашылығында кеңінен қолданылады. Олар сүттен
қышқыл сүт тағамдарын даярлауда пайдаланылады. Сүт қышқылы бактериялары
әсерінен ортада сүт қышқылы пайда болады. Қышқыл ортада шіріту бактериялары
да тіршілік ете алмайды. Сүтте казеин, түрлі минерал тұздар, негізінен сүт
қанты бар. Міне сондықтан да ол сүт қышқылы бактерияларына ең бір қолайлы
орта болып саналады.
Сүттегі микроорганизмдердің саны мен сапасы оны сақтау жағдайына
байланысты. Бұл көптеген микроорганизмдердің сүтке сырттан келіп түсетінін
аңғартады. Желіндегі сүттің бір милилитрінде не бары 300-400-дей
бактериялар болады. Ал сауылған сүтте микроорганизмдердің мөлшері бұдан да
көп, оның негізгі себебі – сауу кезінде тазалықтың сақталмауы. Егер
санитарлық және гигиеналық ережелер қатаң сақталып, соған сәйкес сүтті
сақтау жағдайы өзгерсе, көп кешікпей-ақ бактериялар көбейіп кетеді.
Бақылау сұрақтары:
1. Сүт қышқылдарын практикада қолдану жолдары?
2. Препарат дайындау түрлері?
3. болгар таяқшасы оның түрлері?
Лекция №7
Тақырыбы: Микроорганизмдердің өмір тіршілік өнімдерін алу
биотехнологиясы
Жоспар.
1. Биотехнологиялық өндіріс және өнімдердің сипаттамасы.
2. Микробиологиялық өнеркәсіпті технологиялық белгілері
3. Микробиологиялық синтездің өнімдері
Лекция мақсаты: Биотехнологиялық өндіріс және өнімдердің сипаттамасын,
микробиологиялық өнеркәсіпті технологиялық белгілерді оқып үйрену.
Лекция мәтіні.
1. Биотехнологиялық өндіріс және өнімдердің сипаттамасы.
Микроорганизмдер клеткалары үлкен ерекшеліктермен сипатталатын, зат
алмасу процесі қарқынды жүретін объектілер. Бір микробтық клетка минутына
10-нан 100 мың белок молекулаға дейін синтездейді. Көптеген
микроорганизмдердің екі еселену уақыты 0,3-2 сағат аралығында болады, бұл
ең жоғары өнімді өсімдіктермен салыстырғанда 500 рет, ал жоғары асыл
тұқымды малдардан 1000-5000 рет жылдам екендігін көрсетеді. Тағы да бір
үлкен көңіл қоятын мәселе, кейде клеткалардың барлық биохимиялық
активтілігі өздерінің өсуі мен кебеюіне ғана бағытталмай, керісінше, адамға
қажетті заттарды синтездеуге жұмсалады, микроорганизмдердің мұндай
қабілетін реттеуге және қарқындылығын арттыруға болады. Мәселен, бір өсу
циклында 1 кг биомассаға 0,5 кг пенициллин түзетін мутантты штамдар және
тіршілік қажеттілігінен 100-200 есе жоғары мөлшерде В витаминін түзетін
микроорганизмдер белгілі. Микробиологиялық синтездің тиімділігі, субстрат
ретінде меласса, сүт сарысуы, мұнай және т.б. өнімдердің қалдықтары мен
екіншілік шикізат көздерінің қолданылу мүмкіндігімен анықталады.
Микроорганизмдер қолданылатын өндірістерді екі топқа бөледі:
1. Тамақ және ашу өндірісі. Тамақ және ашу өндірісінде ауыл шаруашылық
шикізаттарды өңдеуде микроорганизмдердің қолданылуы технологиялық циклдың
белгілі бір сатысында шектеледі. Яғни микроорганизмдердің жоғары
биомассасын дақылдау және олардың метаболизмінің өнімдерін жинау мен
тазартуды қажет етпейді, мұндай өндіріс орындарын микробиологиялық
өнеркәсіпке жатқызбайды.
2. Микробиологиялық өнеркәсіп. Микробиологиялық өнеркәсіптің негізгі
технологиялық сатысы микроорганизмдерді дақылдау болып табылатын өндіріс.
2. Микробиологиялық өнеркәсіпті технологиялық белгілері
Микробиологиялық өнеркәсіпті технологиялық белгілері бойынша екі топқа
бөледі:
1. Көп тоннажды өндіріс – оның өнімдері органикалық қышқылдар,
спирттер, микробтық биомасса болып табылады. Олардың негізгі белгілері
терең, яғни суспензиялық өсіру, ал қоректік орта компоненттері қанттар,
спирттер, мұнайдың көмірсутектері көптеген микроорганиздердің өсуін
тежейтін концетрацияда болады, кейбір жағдайда аэрацияны қажет етпейтін
анаэробтар және т.б. қолданылады. Мұндай жағдайлар биотехнологиялық
процестерді бөгде микрофлорадан сақтауды және көп мөлшердегі сұйықтықты
мұқият заласыздандыруды, ауаны терең тазалау мен қоңдырғыларды
гермитизациялау сияқты талаптарды орындаудың қажеттілігін жояды.
Ал, көп тоннажды өндірістің негізгі ерекшеліктерінің бірі - өнімді
бөліп алу сатысының қарапайымдылығы, оларды сұйық түрде өндіреді және
өнімдердің термотөзімділігіне байланысты жылумен кептіруге болады.
2. Аз тоннажды өндіріс жоғары физиологиялық активтілікке ие (витамин,
ферменттер) күрделі құрылымды заттар мен бактериялық препараттар алумен
байланысты микробиологиялық синтез. Аз тоннажды өндірісте
микроорганизмдерді терең дақылдау әдісі пайдаланады, сондықтан қолданылатын
қоректік орталарды, қоспаларды, аэрацияланатын ауаны заласыздандыру, жұмыс
орындарының гермитизациялануы жоғары талаптарға сай орындалуы қажет: Соңғы
өнімді бөліп алу және тазалау бірнеше күрделі операциялардан тұрады.
3. Микробиологиялық синтездің өнімдері
Микробиологиялық синтездің өнімдерін 3 түрге бөледі:
1. Негізгі активті компоненті ретінде тіршілік етуге қабілетті, тірі
микроорганизмдерден тұратын биологиялық препараттар (өсімдіктерді
қорғайтын заттар, бактериялық тыңайтқыштар, ұйытқылар т.б.).
2. Инактивирленген клеткалар және олардың өңделген өнімдерінен құрылған
биологиялық препараттар (азықтық ашытқылар, саңырауқұлақтың
мицелиялары).
3.Микроорганизмдер метаболизмінің тазаланған өнімдері негізіндегі
биологиялық препараттар (витаминдер, аминқышқылдар, ферменттер,
антибиотиктер т.б.).
Бұл өнімдерді химиялық табиғатына және өндіруші (продуцент) микробтық
клеткалар үшін мәніне байланысты 3 топқа бөледі:
* молекулалық массасы 10000-нан бірнеше миллионға дейін үлкен молекулалы
заттар (ферменттер, полисахаридтер және т.б.).
* бірінші реттік метаболиттер, яғни микроорганизмдер өсуі үшін қажетті
қосылыстар (аминқышқылдар, витаминдер, пуринді және пиримидинді
нуклеотидтер және т.б.).
* екінші реттік метаболиттер, яғни микроорганизмдердің өсуіне қажетсіз
қосылыстар (антибиотиктер, токсиндер, алкалоидтар).
Бірінші және екінші реттік метаболиттердің молекулалық массасы 1500
дальтоннан аспайды.
ТМД елдерінде жемдік азық ретінде ағаш гидролизаты және мұнай
көмірсутегілері негізінде микробтық белокты көп тоннажды өндіру
өндірісі құрылған. Өндірістегі ашытқылардың бір жылдық өнімі 1 млн
тоннаға тең. Бұл өнімде шамамен 20 млн тонна аралас жемдік азықты
және тауық шаруашылығы мен шошқа шаруашылығында қосымша 1 млн. тонна етті
белокпен байытуға мүмкіндік беретін 60%-ға жуық протеин болады. Сонымен,
бірге көптеген витаминдер, амин қышқылдар – лизин, активтендіретін және
антибактериялық әсері бар микробиологиялық препараттар, бактериялық
тыңайтқыштар, ферментті препараттарды өндіру жолға қойылған.
Биотехнологиядағы техникалық прогрестің негізгі критериялары субстратты
терең өңдеу, максимальды шығымдылық және өнімнің химиялық тазалығы болып
табылады. Бұл талаптарға сай биотехнологиялық процестерді және
өнімдерді ғылыми зертханаларда жүргізеді.
Бақылау сұрақтары:
1. Микробиологиялық синтездің өнімдері?
2. Микробиологиялық өнеркәсіпті технологиялық белгілері
Лекция №8
Тақырыбы: Ферменттер.
Жоспар.
1.Ферменттер жайлы жалпы түсінік.
2. Ферменттердің химиялық табиғаты
3. Ферменттердің жіктелуі.
Лекция мақсаты: Ферменттер жайлы жалпы түсініктерді, химиялық табиғатын,
жіктелуіне талдау жасау.
Лекция мәтіні.
1. Ферменттер ерте кезден бері адамдардың тұрмыс тіршілігінде кеңінен
қолданылып келеді. Мысалы Қытайда, Корея мен Жапонияда бірнеше мыңдаған
жылдардан бері крахмалды өнімдерді қанттандыру үшін спирт алу үшін
саңырауқұлақ дақылдарын қолданылып келеді.
Қазіргі кезде микробиологиялық синтез арқылы гидролаза класының
ферменттерін алады, олар гликозидті, пептидті және эфирлі байланыстарды
судың қатысуымен ыдыратушы реакцияларды катализдеп мына реакция бойынша
жүргізеді:
ХУ+НОН ( ХН+УОН
Бұл микробтық гидролаза ферментінің көбісі клетка сыртына бөлінетін,
экзоферменттерге жататындығына байланысты мұндай ферменттерді алу жеңіл
және арнзан болып келеді.
Тірі клеткада зат алмасу процесі үздіксіз жүріп жатады. Зат алмасу
процесі дегеніміз белгілі бір тәртіппен кезектесіп келіп отыратын әртүрлі
химиялық реакциялардың жиынтығы. Мұндай реакциялар клеткадан тыс жерде (in
vitro) өте қиындықпен және мейілінше баяу жүреді. Тірі клеткада бұл
реакциялардың жүрісін ферменттер тездетеді. Ферменттер – жануарлардың,
өсімдіктер мен микроорганизмдердің клеткалары жасап шығаратын биологиялық
катализаторлар.
2. Ферменттердің химиялық табиғаты. Қазіргі кезде 2000-нан астам
ферменттердің әсері зерттелген. Оның ішінде 200-ге жуығы кристал түрінде
алынған. Олардың бәрі де белоктар болып табылады.
Ферменттер молекулаларының құрылысына қарай 2 топқа бөлінеді: 1) тек
қана белоктардан тұратынбір компонентті ферменттер; 2) молеклаларының
құрамына белоктан басқа активтік немесе простетикалық топ деп аталатын
белоксыз заттар кіретін екі компонентті ферменттер.
Бір компонентті ферменттерде амин қышқылдарының бүйірлік радикалдары
активтік орталық ролін атқарады. Белок – фермент молекуласының ІІ және ІІІ
деңгейлі құрылымы жасалған кезде, бүйірлік радикалдар өзара жақындасады да,
активтік орталығын құрады. Мысалы, панкреатикалық рибонуклеазаның активтік
орталығына гистидин-16-ның, лизин-41-дің және гистидин-119-дың радикалдары
кіреді. Активтік орталықтың осы компоненттерінің кеңістіктік жақындасуын
күрделендіре түсетін амин қышқылдары да ферменттер үшін маңызды роль
атқарады. Белок – фермент молекуласының құрамынан басқа амин қышқылдарын
ферменттің активтік қасиетіне нұқсан келтірмей де ажыратып алуға болады.
Екі компонентті ферменттердегі активті топ металл немесе кіші
молекулалы органикалық зат болып табылады. Табиғаты органикалық активті
топтар екі типке бөлінеді:
1) коферменттер: олар ферменттің белокты бөлігіменберік байланысады.
Оксидоредуктазаның құрамындағы флавинадениндинуклеотид осындай коферментке
мысал бола алады.
2) косубстраттар: олар ферменттің белокты бөлігімен нашар байланысқан,
сондықтан олар ферменттің бір молекуласынан екінші молекуласына өте алады.
Косубстратқа оксидоредуктазаның құрамындағы никотинамидадениндинуклеотид
мысал бола алады.
Ғе, Со, Сu, Mn металдары ферменттердің активті топтарында белокпен
берік байланысқан, ал K, Ca, Mg, Zn, Cl сияқты басқа элементтер - әлсіз
байланысқан, олар өздерінің қатысуы арқылы көбінесе ферментті активтендіре
түседі.
3. Ферменттердің жіктелуі. 1961 жылы көрнекті биохимик – ғалымдардан
тұратын халықаралық комиссия құрылды, бұл комиссия ферменттердің жаңа
жіктеуін жасап оны Халықаралық биохимиялық Одақтың қарауына ұсынды. Жаңа
жіктеу бойынша бізге белгілі ферменттердің барлығы 6 класқа бөлінеді.
1) Оксидоредуктаза – тотықтыру-тотықсыздандыру ферменті.
2) Трансфераза – атомдардың түрліше топтарының тасымалдану реакциясын
катализдейтін фермент.
3) Гидролаза – заттардың түрліше топтарының гидролизіне қатысатын
фермент.
4) Лиаза – еселенген байланысты түзе немесе бұза отырып, түрлі атомдар
тобын қосып немесе ажыратып алу реакциясын катализдейтін фермент.
5) Изомераза – изомеризация реакциясын катализдейтін фермент.
6) Лигаза – АТР энергиясының есебінен түрлі заттардың синтезделу
реакциясын катализдейтін фермент.
Жаңа жіктеу бойынша әрбір фермент атауының алдына оның шифры қойылады.
Шифр төрт цифрден құралады, оның алдына КФ (фермент классификациясы) деген
белгі қойылады. Бұл цифралардың алғашқысы осы фермент негізгі алты кластың
қайсысына жататынын көрсетеді. Екінші цифр оның класс тармағын білдіреді.
Үшінші цифр класс тармағының түрін анықтай түседі. Төртінші сан ферменттің
осы класс тармағындағы рет нөмірін білдіреді. Ферменттің шифрындағы әрбір
цифр бір-бірімен нүктемен бөлінеді.
Бақылау сұрақтары:
1. Ферменттің маңызы?
2. Ферменттердің химиялық табиғаты?
3. Катализатор?
Лекция №9
Тақырыбы: Липидттер.
Жоспар.
1. Майлар
2. Балауыз.
3. Фосфолипидтер.
4. Глюколипидтер.
5. Липидтер алмасуы.
Лекция мақсаты: Майлар, балауыздар, фосфолипидтердің маңызын үйрену.
Лекция мәтіні.
Жоғарғы сатыдағы өсімдіктердің липидтері майлар, балауыз,
фосфолипидтер және глюколипидтер деп аталатын 4 негізгі топқа бөлінеді.
Липидтер организмде зор роль атқарады. Олардың біразы клетканың қор заты
ретінде жиналады, ендігі бір тобы клетканың құрылымын түзуге қатысады.
Протоплазманың, вакуоляның, пластидтердің, ядро мен басқа органоидтардың
сыртқы бетін жауып тұратын мембраналар, сондай-ақ хлоропластар мен
митохондрялардағы барлық мембрана тәрізді құрылымдар екі компоненттен
тұрады, оның біреуі – липид. Белоктармен қосыла келе, липидтер күрделі
белоктар – липопротеидтер түзеді. Липопротеидтердің осы комплексінен клетка
мембранасы түзіледі.
1. Майлар негізінен қоректік және энергетикалық қор заттары болып
саналады. Олар көп немесе аз мөлшерде өсімдіктердің барлық клеткаларында
дерлік түзіледі. Өсімдіктердің басым көпшілігі, атап айтқанда, жоғары
сатыдағы өсімдіктер тұқымдастарының 80%-і тұқымына қор заты ретінде май
жинайды. Майлар вегетативтік мүшелерде де түзіледі, бірақ мұнда аз болады.
Химиялық құрамы бойынша майлар глицерин мен үлкен молекулалы май
қышқылдарының эфирі болып табылады.
Майлардың құрамынан пальмитин, стеарин, олеин, линол, линолен
қышқылдарын жиі кездестіруге болады. Пісіп келе жатқан жеміс пен тұқымда
тез арада көмірсудан май түзіледі. Бұл кезде көмірсу, негізінен алғанда,
глюкоза мен фруктоза алғашында глицеринальдегид пен диоксиацетонға
ыдырайды. Глицеринальдегидтен глицерин түзіледі. Триозадан сірке қышқылы
түзіледі, ол май қышқылдарының синтезі үшін бастапқы зат болып қызмет
етеді. Осындай жолмен түзілген глицерин мен май қышқылдары липаза
ферментінің жәрдемімен айға синтезделеді.
Майлы тұқымдардың өнуі кезінде ондағы майлар липаза ферментінің
жәрдемімен өте тез гидролизденеді және онымен бір мезгілде қан жиналады.
Осы кезде гексоза ғана емеспентоза да түзіледі.
2. Балауыз - әдеттегі температурада қатты, май тәрізді зат. Бұл май
қышқылдары мен үлкен молекулалы бір атомды спирттердің күрделі эфирлері.
Балауыз өсімдіктің жапырағын, сабағы мен жемісін ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Жоспар.
1. Экобиотехнология ғылымның жаңа бір саласы ретінде.
2. Биотехнологияның адам өміріндегі маңыздылығы.
Лекция мақсаты: Экобиотехнологияның қазіргі кездегі ғылыми жаңалықтарының
тарихымен танысу.
Лекция мәтіні.
1. Экобиотехнология қазіргі кездегі ғылымның жаңа салаларының бірі
болып саналады. Биотехнологияны тірі организмдерді немесе биологиялық
процестерді өнеркәсіпте қолдану деп түсінетін болсақ, онда нан пісіру,
ірімшік жасау, шарап дайындау және т.б. процестер адамзат өмірінде өте ерте
кезден бастап пайдаланып келеді. Бірақ биотехнологияның өз алдына ғылым
болып қалыптасуы және “биотехнология” терминінің қолданылуы гендік
инженерияның пайда болуымен байланысты 1970 жылдардың ортасынан басталады.
2. Биотехнология – адам өміріне маңызды әртүрлі қажетті өнімдерді
микроорганизмдер, өсімдіктер мен жануарлардың клеткаларының қатысуымен
алудың технологиясын өңдеумен айналысатын ғылым. Биотехнология -
өнеркәсіптік микробиология, техникалық биохимия, биохимиялық және
генетикалық инженерия, инженерлік энзимология, химиялық технология т.б.
салалармен тығыз байланысты. Осы салалардағы ашылған жаңалықтарбиология
ғылымының жалпы практикада қолданылу мен әртүрлі жекеленген қолданбалы
бағыттарды біріктіруге негіз болды. Өнеркәсіптік және қолданбалы
микробиологияны қамтитын биотехнология – биохимия, микробиология, генетика
және химиялық технологияның білімі мен әдістеріне сүйене отырып,
микроорганизмдер мен клеткалық дақылдардың қасиеттері арқылы өндірістік
процестерге көп үлесін қосуда. Еуропалық биотехнологиялық федерациясы
биотехнологияға мынадай анықтама береді: “Биотехнология – микроорганизмдер
мен ұлпалық дақылдардың бағалы қасиеттерін өнеркәсіпте пайдалану үшін
биохимия, микробиология және химиялық технологияны бірге қолдану”.
Сондықтан, биотехнологиялық процестер спецификалық заттардың түзілуіне
мүмкіндік беретін, бактериялар, ашытқылар, зең саңырауқұлақтар, балдырлар
және өсімдіктер мен жануарлардың метаболизмі мен биосинтетикалық
мүмкіндіктеріне негізделеді. 1987 жылы Амстердамда болған биотехнологияның
4-ші Конгресінде “Микроорганизмдердің физиологиясы – биотехнологияны
қалаушы тасы” – деп микроорганизмдердің биотехнологиядағы орнын ерекше атап
көрсетті. Сондықтан, ұсынылып отырған оқу құралының 1-ші бөлімнің 3-ші
тарауы микроорганизмдердің тіршілігіне байланысты өндіріске арналады.
Экобиотехнологияның қарқынды дамуы, тек оның өркендеуімен, дәстүрлі
биотехнологиялық процестердің автоматизациялау мен тиімділігін
жоғарылатумен анықталып қана қоймай, сонымен қатар, мүлдем жаңа процестерді
өңдеумен байланысты болады. Бұл жаңа процестер тамақ өндірісінде тамақ
өнімдері мен текстилді өнеркәсіптің шикізаттарын – матанол, этанол, биогаз
және сутегін ұзақ уақыт сақтауда, сонымен қатар кедей кен орындарынан
кейбір металдарды бөліп алу сияқты көптеген салаларды қамтыды.
Экобиотехнологиялық процестер тамақ өнімдерін өндіру (белоктарды,
аминқышқылдар мен органикалық қышқылдарды және витаминдер мен ферменттер
алу үшін бактериялар мен ашытқыларды және балдырларды кең масштабта өсіру);
ауылшаруашылық дақылдардың өнімділігін арттыруда (in vitro жағдайындағы
ұлпалық клеткалардың негізінде өсімдіктерді сұрыптау, бионсектицидтер),
фармацевтік өнеркәсіпте (вакциналарды өндіру, антибиотиктерді, гормондарды
және интерферондарды биосинтездеу) және қоршаған ортаны (ағын суларды
тазарту, қалдықтар мен ауылшаруашылығы және өнеркәсіп орындарының қосымша
өнімдерін қайта өңдеу) қорғау мен тазалауда кеңінен қолданылады. Жоғарыда
келтірілген көптеген экологиялық жағдайларға қатысты мәселелермен
биотехнологияның экологиялық биотехнология саласы айналысады. Экологиялық
биотехнология - өнеркәсіптік және әртүрлі қалдықтарды қайта өңдеу, қоршаған
орта обьектілерін әртүрлі ластағыштардан тазарту сияқты, қоршаған орта
мәселелерін шешуде биотехнологиялық әдістер мен биологиялық емес
технологияны біріктіре отырып, биотехнологияны қолдану болып табылады.
Экологиялық биотехнология тұрғысынан ағын суларды тазарту мен
тұрақтандыруда аэробты процетрді пайдаланудың маңызы зор. Бұл мақсатта
әртүрлі конструкциялы реакторлар қолданылады.
Соңғы жылдарда қоршаған ортаның ластануын төмендетуде, рудаларды
ретилизацилауда, энергия өндіру мен белоктарды, гормондар мен медицианалық
препараттарды алуда микроорганизмдер мен клеткалар дақылдарын пайдалану
мүмкіндіктері бірқатар елдерде үлкен қызығушылықтар тудырып,
биотехнологиялық процестерге негізделген өнеркәсіп орындарын ашу мен
дамытуға септігін тигізіп отыр.
Қазіргі кезде биотехнология, көптеген өндіріс орындарын қайта құруға
және тірі обьектілер немесе әртүрлі биохимиялық процестермен байланысты
жаңа өндірістерді игеруге мүмкіндік берді. Экономистердің болжауы бойынша
дүние жүзінде 2000 жылдары биотехнологиялық өндірістің өнімдері 40 миллиард
АҚШ доллары көлемінде өндірілетін болады.
Экобиотехнология дамуының алғашқы қадамынан бастап-ақ іргелі
зерттеулермен айналысты.
Микробиологиялық өндірісте қолданып жүрген технология мынадай
кезеңдерден тұрады:
1. себілетін материалды даярлау,
2. қоректік ортаны даярлау және залалсыздандыру
3. микроорганизмдерден (өзіндік микробтік синтез), белгілі мақсатқа
арналған өнімді бөліп алу,
4. препараттың тауарлық формасын (құрғату, майдалау, стандарттау және
өлшеп, буып-түю) алу.
Экобиотехнологияның қарқынды дамуы болашаққа үлкен жоспарлар құруға
мүмкіндік береді. Биотехнология бір жанұя немесе үлкен мемлекет деңгейінде,
өнеркәсіптік масштабтағы экономикалық жағдайды жақсартуға үлкен үлес
қосумен қатар, әртүрлі өнімдер мен белоктардың жетіспеушілік мәселелерін
шешуге, клетка биохимиясын молекулалық биология мен иммунологияны зерттеу
прогресіне негізделетін процестерге үлкен жетістіктер мен өзгерістер енгізу
мүмкін.
Бақылау сұрақтары:
1. Экобиотехнологияның мақсаты мен міндеті?
2. Биотехнологияның адам өміріндегі маңызы?
3. Биотехнологияның даму жолдары?
Лекция №2
Тақырыбы: Микроорганизмдер биотехнологиясының негіздері
Жоспар.
1. Ашу өндірісі
2. Спирттік ашу процесі. Этанолды алу.
3. Сүт қышқылын алу.
Лекция мақсаты: Микроорганизмдердің бірінші және екінші ретті
метаболиттер мен биомассасы мен өнімін медицина мен ауыл шаруашылығы немесе
түрлі өнеркәсіп саласы үнемдеп алудың бұрынғы және қазіргі жаңа озық
технологияларымен танысу.
Лекция мәтіні.
Микроорганизмдер биотехнологиясының мақсаты микроорганизмдердің
бірінші және екінші ретті метаболиттер мен биомассасы мен өнімін медицина
мен ауыл шаруашылығы немесе түрлі өнеркәсіп саласы үнемдеп алудың бұрынғы
және қазіргі жаңа озық технологияларымен танысу.
Микроорганзмдер биотехнологиясы биотехнологияның негізгі салаларының
бірі. Көптеген маңызды биопрепараттар мен өнімдерді алудың атап айтқанда
витаминдер мен ферменттерді полисахаридтер мен бейтарап өнімдерді алудың
жолын осы микроорганизмдер биотехнологиясы зерттейді.
1. Ашу өндірісі. Ашу – субстраттың толық тотығуы жүрмейтін және АТФ
түзілуімен сипатталатын метаболиттік процесс. Көмірсутегілер мен бірқатар
басқа да заттардың ашуы кезінде, мынандай өнімдер түзілуі мүмкін: этанол,
лактат, пропионат, формиат, бутират, сукцинат, капронат. ацетат, н-бутанол,
2,3-бутандиол, ацетон, 2-пропанол, көмірқышқыл газы және молекулалық
сутегі. Түзілген өнімнің түріне байланысты ашу процесінің бірнеше түрін
ажыратады:
1. Спирттік ашу процесі;
2. Сүт қышқылдық ашу процесі;
3. Пропион қышқылдық ашу процесі;
4. Құмырсқа қышқылдық ашу процесі;
5. Май қышқылдық ашу процесі;
6. Сірке қышқылдық ашу процесі.
Ашу процесін жүргізетін микроорганизмдердің көбісі облигатты
анаэробтар, кейде факультативті анаэробтар да кездеседі. Оттегі ашу
процесін тежейді, ал тыныс алу процесін активтендіреді.
2. Спирттік ашу процесі. Этанолды алу
Қазіргі кездегі тамақ, химиялық және отын өнеркәсібінде кең
пайдалынатын көне ашу өндірісі – этанолды алу болып табылады. Спирттік ашу
процесін әр түрлі микроорганизмдер жүргізеді. Мысалы, көмірсутегілерден
тұратын шикізаттан ферментациялық жолмен этанолды алу үшін көбінесе
Saccharomyces туысына жататын ашытқыларды пайдаланады, ал Шығыс елінде
спирттік сусын саке дайындау үшін - Aspergillus oryzae саңырауқұлағын, ал
Мексикада алкагольдік өнім пулькені Zymomonas mobilis бактериясы көмегімен
дайындайды, сүт сарысуындағы лактозаны ашыту үшін сүт ашытқысы деп аталатын
ұйытқыны алу үшін Kluyveromyces fragilis, Kluyveromyces lactis және т.б.
кеңінен қолданады.
Saccharomyces туысының ашытқыларының спирттік ашу процесінің негізінде
глюкозаның пирожүзім қышқылына ыдырауы және келесі
сатысында сол қосылыстың этанол және көмірқышқыл газының
түзілуімен қайта тотыға декарбоксилденуі жатады. Бұл процестің
энергетикалық тиімділігі - тотықсызданған глюкозаның бір молекуласынан екі
молекула АТФ түзіледі. Candida туысының кейбір ашытқылары пентозаларды
пентозофосфатты жол арқылы тотықтырып, пайдалануға қабілетті болып келеді.
Спирттік сусындар өндірісінде рафинозаны ашыту қабілеттілігімен
ерекшеленетін Saccharomyces carlsbergenses және Saccharomyces cerevisiae
ашытқы штамдары қолданылады. Спирт өндірісінде қолданылатын ашытқыларды
төменгі деңгейдегі ашу процесінің рассалары және жоғары деңгейдегі рассалар
деп екіге бөледі.
Төменгі деңгейдегі ашу рассалары 6-100 С және одан да төмен
температурада қызмет етеді, ал процесс соңында ыдыс түбіне шөгіп, қалың
тығыз тұнба түзеді. Оларға көбінесе шараптық және сыра сахаромицеттері
жатады.
Жоғары деңгейдегі ашу рассалары 14-25°С температурада жұмыс жасайды,
ал процесс соңында шараптың бетіне көтеріліп, қалпақ тәрізді қабық түзейді.
Бұл қабық ашытқы клеткаларының бүршіктенуден кейін топтасқан күйінде қалып,
көмірқышқыл газының көпіршіктерімен бірге жоғары көтеріледі. Жоғары
деңгейдегі ашу рассаларына спирт, нан және сыра өндірісінің ашытқылары
жатады.
Ашу ортасындағы төмен және жоғары деңгейлеріне қарамастан,
ашытқылардың қызметіне байланысты мақта тәрізді, түйіршік тәрізді және
тұнбаға түсетін немесе беткі қабатқа көтеріліп, жүзіп жүретін тозаң тәрізді
түрлерге бөледі. Мақта тәрізді ашытқылардың жақсы хош иіс түзетіні
көрсетілген.
Спирттік ашытқыларға төмендегідей талаптар қойылады: жоғары ашу
белсенділігі (активтілігі), соңғы өнімге, яғни спиртке және әртүрлі
инфекцияларға төзімділігі ескеріледі. Этанолды алу үшін 70 жыл бойы
Sаccharomyces cerevisiae Х-11 рассасын пайдаланып келеді. Этанол
өндірісінде шикізат ретінде әртүрлі көмірсутегі бар өсімдік тектес
материалдар – бидай дәні, картоп, зақымдалған қант қызылшасы, ағаш ұнтағы,
меласса және ауыл шаруашылық өсімдіктерді өңдеудегі қалдықтар қолданылады.
Крахмалды шикізатты ферментацияға дайындау: оны ұнтақтау, крахмалды
еріту және бөліп алу үшін қайнату, кейін қайнатылған биомассаны сұйытылған
күйінде бидайдың немесе Aspergillus oryzae, Aspergillus niger және т.б.
саңырауқұлақтардың амилолитикалық ферменттерімен өңдеуден тұрады. Құрамында
көмірсутегілердің қоспалары (глюкоза, мальтоза және декстриндер),
аминқышқылдар, пептидтер, фосфоорганикалық қосылыстар, минералды тұздар
және микроэлементтері бар қантталған биомассаны (осахаренный затор)
мерзімді немесе үздіксіз ағынды әдіспен ашытады. Пастерленген және 300С
температураға дейін салқындатылған заттарды бөгде микрофлораның өсуінен
сақтау үшін күкірт қышқылымен рН 3,8-4,0 дейін қышқылдандырады. Мұндай орта
ашытқылардың өсуіне қолайсыз болғанымен, заласызданбаған жағдайда
дақылдардың тазалығын қамтамасыз етеді.
Спирттік ашытқыларды мерзімді дақылдау кезінде бастапқы
концентрациясында 20-25% қанттан 10-13% этанол түзіледі. Ферментация уақыты
48-72 сағат. Бұл әдіс 25,5 кг бидайдан 8,7-9,8 л спирт және 7,7 кг құрғақ
зат қалдықтарын алуға мүмкіндік береді.
Целлюлозалы өсімдік шикізаттары қысым әсерімен қышқылдық гидролизге
ұшырайды. Алынған гидролизат шамамен 3,2-3,5% редуцияланатын қанттардан
яғни глюкоза, галактоза, маннноза және ментозалардан тұрады.
Ағаш тектес шикізаттардың өнеркөсіпте қолданылуы шектеулі, тек ТМД-нің
14 зауыттарында және Жапонияның бірнеше зауыттарында пайдаланады.
Дистиляциялау процессі, яғни ашытылған қоспадан соңғы өнімді бөліп алу
мынандай сатылардан: сұйықтықтан ұшқыш және қатты заттарды бөліп алу,
этанолды салмағы 30-96%-ға дейін дистилляторда концентрлеу және ұшқыш
компоненттерден толық тазалау, яғни ректификациялаудан тұрады.
Спирт өндірісінде қосымша өнім ретінде көмір қышқыл газы және азықтық
жемге қоспа ретінде қосуға (утилизирлеуге) болатын ашытқы биомассасы
түзіледі.
Этанолдың биотехнологиялық өндірісі дәстүрлі кішігірім зауыттарда
жүзеге асады және өндірістің шектелуі шикізаттың болуымен байланысты.
Мысалы, бір күнде 1 млн л спирт өндіретін зауыттың бір жылда 200 жұмыс
күніне шамамен 40 мың гектар алқапта өскен қант қызылшасы керек. Сондықтан,
спирт өндірісіне басқа да тиімді субстраттардың көзін іздестіру маңызды
мәселелердің бірі болып саналады.
Соңғы кезде зерттеушілердің назарын спирт өндірісінде, субстрат
ретінде екіншілік шикізаттарды қолдану мәселелері қызықтыруда. Мәселен,
сүтті және майсызданған сүтті ірімшік, сүзбе, казеин және әр түрлі сүт-
белоктық концентраттарды өңдеуде түзілген екіншілік шикізат – сүт сарысуын
пайдалануға көп көңіл бөлінуде. Сүт сарысуы сүттің 50-75% құрғақ заты мен
сүт қанты-лактозаның 4,5% мөлшерінен тұратын биологиялық бағалы және
құндылығы жоғары шикізат болып табылады. Жыл сайын әлемдегі сүт өнімдерін
өңдеуден 74 млн тонна сүт сарысуы алынады, оның ішіндегі 16 млн тонна АҚШ,
шамамен 25 млн тонна ЕЭО елдерінде, ал ТМД елдерінде шамамен 15 млн тонна
өндіріледі.
Сүт сарысуы өте құнды бай қоректік орта болып табылады, сондықтан ол
әр түрлі химиялық қосылыстарды түзетін микроорганизмдердің өсуі үшін толық
құнды субстрат бола алады. Сүт сарысуы негізінде этанол өндірудің
тиімділігі жоғары екендігі көрсетілген. Мысалы, АҚШ-та 1 жыл ішінде
этанолды 1,6 млн тоннаға дейін өндіретін, ал 1 тәулікте 225 тоннаға дейін
сүт сарысуын өңдейтін қондырғылар жұмыс істейді. Қазіргі кезде Жаңа
Зеландия мен Бразилия елдерінде двигательдегі бензині 20-50% сүт сарысуынан
алынған этанолға ауыстырылған. Сонымен бірге, сүт сарысуынан этанолдан
басқа белоктар және спирттен кейінгі ашыған заттар сияқты аралық өнімдер
түзіледі. Оларды кептіріп, ауыл шаруашылықта мал азығы ретінде пайдалануға
болады. Этанолды сүт сарысуынан өндіру, картоп немесе бидай шикізатынан
өндірумен салыстырғанда экономикалық тиімділігі жоғары.
3. Сүт қышқылын алу
1847 жылы С.Блондо алғаш рет сүт қышқылы – ашу процесінің өнімі екенін
көрсетті, ал Луи Пастер бұл ашуды бактериялар туғызатынын дәлелдеді. Сүт
қышқылын микробиологиялық синтез жолымен өндіру 1881 жылдан бері белгілі.
Сүт қышқылы тамақ өнеркәсібінде, медицинада шикізат ретінде химиялық
синтезде, тері және т.б. өндірістерде кеңінен қолданылады.
Көмірсулардың сүт қышқылына дейін ашуы сүтқышқылды бактериялардың
көмегімен жүзеге асады. Оларды гомоферментативті және гетероферментативті
сүтқышқыл бактериялары – деп екі топқа боледі. Гомоферментативті ашудың
негізгі өнімі – сүт қышқылы, ал гетероферментативті ашудың өнімі сүт
қышқылымен қатар сірке қышқылы, этанол және көмір қышқыл газы болып
табылады. Гомоферментативті сүтқышқыл бактерияларда көмірсулардың ашуы
гликолиз жолымен, ал гетероферментативті өкілдерінде пентозофосфатты жолмен
жүреді. Сүтқышқыл бактерияларды 4 туысқа: Lactobacillus, Lactoccocus,
Leuconostoc, Pediococcus деп бөледі. Өнеркәсіпте сүт қышқылының
өндірушілері ретінде тез өсетін және аз уақыт ішінде көп мөлшерде сүт
қышқылын түзетін гомоферментативті таяқша сүтқышқыл бактериялар -
Lactobacillus delbrueckii, Lb. hulgaricus, Lb. leichmanii, Lb. casei
штамдарын қолданады. Сүт қышқылы өндірісі үшін шикізат көзі ретінде
меласса, минералды түздар, солод және жүгері экстрактысы қосылған
қантталған картопты затор, жемісті сусындар өндірісінің қалдықтарын, сут
сарысуын, сүттің және сүт сарысуының ультрафильтратын қолдануға болады. Бұл
жағдайда ұйытқының құрамды бөлігі Streptococcus lactis бактериясы болып
табылады. Ашу процесін біраз қышқылдандырьшған ортада 2-7 тәулік
аралығыңда, 49-50°С температурада мерзімді дақылдау жағдайда жүргізеді, ал
сүт қышқылын бөліп алу мен тазалау бірқатар қиыншылықтар туғызады. Сүт
қышқылы нашар кристалданады және таза күйінде суды тез сіңіретін түссіз
сироп түрінде болады (бұл көбінесе 65%-дық ерітінді күйінде кездеседі).
Жыл сайын микробиологиялық жолмен 20 мың тоннадан көп L (+)-сүт
қышқылы өндіріледі. Сүт қышқылды ашу процесі арқылы көптеген сүт қышқылды
өнімдер, май және ірімшік дайындалынады, сонымен бірге, орам жапырақты
тұздауда, жемістерді консервілеуде, азықтық жемді сүрлеуде негізгі рөлді
атқарады. Сүт қышқылды ашудың аралық өнімдері ортада бөгде микрофлораның
өсуін тежейді, ферменттелінетін қоспаға жақсы органолептикалық қасиет
беріп, адам мен жануарлар организміне пайдалы әсерін тигізеді.
Бақылау сұрақтары:
1. Этанолдың биотехнологиялық өндірісі?
2. Микроорганизмдердің алатын орны?
3. Ашу процесінің маңызы?
Лекция №3
Тақырыбы: Ферментацияға негізделген технологиялар
Жоспар.
1. Технологиялық процестерді ұйымдастыру
2. Ферментация процестерін ұйымдастыру.
Лекция мақсаты: Биотехнологиялық кәсіп орындарының рентабелділігін арттыру
жолдарын үйрену.
Лекция мәтіні.
1. Технологиялық процестерді ұйымдастыру. Биотехнологиялық кәсіп
орындарының рентабелділігін арттыруда, барлық бағытта үйлесімді жүйеге
келтіру керек. Оған белгілі бір мақсатпен өндірілген өнімде субстраттың
конверсиясы өте толық дәрежеде болуы, олардың концентрациясы да мол болып,
бастапқы заттарды бөлу және тазарту процестерінің құнын төмендету және
алынған нәтижені қайтадан қайталап өндіруді көбейту жатады.
Бұл міндетті орындау үшін әртүрлі бағытта жұмыс ұйымдастырылуы мүмкін.
Мысалы, кейбір өндірістерде үйлесімділік процестері ортаны таңдап алу,
басқаларында – жаңа штамдарды немесе микроорганизмдердің аралас
культураларын пайдалану, үшіншілерде –фагқа қарсы күресу жұмыстарын нақты
ұйымдастыру, төртіншісінде –микроорганизмдердің иммобилизацияланған
клеткалары негізінде биореакторлардың жаңа типтерін қолдану арқылы жүзеге
асырылады.
2. Ферментация процестерін ұйымдастыру
Ферментация процесі жағдайында үйлесімділік оптимизация деген
терминді таза тәжірибелік сипатта жүргізілетін жұмысты атқаруда мақсатқа
сай өндіретін өнімді алуды, қамтамасыз ететін қоректік орта құрылымының
концентрациясын және биореакторлардың жұмысын қолайлы режимде жүргізу деп
түсіну керек. Технологиялық объектілер алға қойылған міндетіне сәйкес
үйлесімділіктерді мынадай түрлерге бөледі:
- Аппарат конструкциясы және олардың мөлшерін таңдап апумен
байланысты жасалатын, қолайлы жобалардың міндеті, қоректік орта құрамын,
түзгіш-штамдар мен оларды өсіру режимдерін іске асыру. Бұл мәселемен
инженер-технолог айналысады.
- Жедел басқару міндеті – режимді параметрлердің өзгерісіне байланысты
технологиялық процестердің іске асуын бақылау. Бұның мәселелерімен
технологиялық процестерді автоматтандыру жөніндегі маман айналысады.
Көптеген микробиологиялық синтездің технологиялық процестері оқтын-
оқтын тәртіпте жүреді. Үздіксіз өсіру әдісі, тек мал азықтық ашытқыларды
өндіруде қолданылады. Қоректік орта құрамындағы заттардың ара – қатынасының
ең қолайлысын таңдап алу, оқтын-оқтын жүретін процестердің үйлесімділігінің
басты тәсілі болып есептеледі. Математикапық әдіспен жоспарлауды қолдану,
процестің едәуір қарқындануына мүмкіндік береді. Әдетте, биомасса
концентрациясы немесе белгіленген ұзақ мерзім аяқталғаннан кейін
ферментация соңында мақсатпен алынған өнім сапасы, үйлесімділіктің кепілі
болмақ.
Бақылау сұрақтары:
1. Ферментация процесі жағдайында үйлесімділік жолдары?
2. Технологиялық процестерді ұйымдастыру?
Лекция №4
Тақырыбы: Микроб биомассасын алудың биотехнологиясы
Жоспар.
1. Биохимиялық инженерия.
2. Себінді материалдарды дайындау.
Лекция мақсаты: микроб биомассасының айналымдарының барлық экономикалық
және техникалық аспектілерінің мәселелерін үйрену.
Лекция мәтіні.
1. Биохимиялық инженерия – микроб биомассасының айналымдарының барлық
экономикалық және техникалық аспектілерінің мәселелері кіретін жаңа пән.
Оның құрамына биохимиялық процестерді өткізудің техникалық қарқындатуы мен
дамуы, құрал-жабдықтардың модернизациясы, биотехнологиялық қондырғыларды
жоспарлау, жобалау, құрастыру және басқару кіреді.
Өндірістік микробиология және гендік инженерия жетістіктері
жинағының кіріспесінде айтылғандай, бактериялар, ашытқылар мен
саңырауқұлақтар – молекулалық деңгейде жұмыс істеуге керемет бейімделген
машина – дегенге байланысты биотехнологияның инженерлі мәселелеріне үлкен
қызығушылық тууда. Олар бір рет іске қосылғаннан кейін тек керекті өнім
ғана емес, сонымен бірге өздерінің көшірмелерін алуға, дәстүрлі
микробиологиялық технологияларға қайта түзуге әсер ететін жаңа гендік
инженерия әдістерін құруға, микроорганизмдердің өнімділігіне тікелей
бақылау жасауға мүмкіндік береді. Бірақ генетикалық инженерия
мүмкіншіліктерінің бәрін көрсету үшін зертханалық шыны ыдыстардағы
әдістерді өндірісгегі темір реакторларға ауыстыру керек. Қазіргі кезде ірі
масштабты биотехнологиялық өндірістер бар. Әртүрлі қосылыстарды алу үшін
үздіксіз реакторларды, 50000 л үздікті реакторларды қолдану қалыпты деп
саналады.
Оқу құралының берілген тарауында микробиологиялық өндіріс
технологиясына және де оларды бақылау, қарқындату және басқару әдістеріне
негізгі көңіл берілген.
Микробиологиялық өндірістің технологиялық процестері келесі сатылардан
тұрады:
егінді материалды дайындау,
қоректік орталарды дайындау және залалсыздандыру,
микроорганизмдерді дақылдау (микроб синтезі),
қажетті (соңғы, құнды) өнімді бөліп алу,
препараттардың тауарлы өнімдерін алу (кептіру, ұнтақтау, стандарттау және
қаптау).
2.Себінді материалды дайындау
Микробиологиялық синтездің тиімділігінің жоғары болуы штам-
түзгіштердің аса белсенділік көрсетуіне байланысты. Олардың негізгі
қасиеттсріне өсу қарқындылығының жоғарлылығы, ақырғы өнімі мол болатын
арзан субстраттарда өніп-өсуінің шапшаңдығы, экономикадық бағалылығы,
әртүрлі жұқпалы дерттерге төзімділігі мен тұрақтылығы жатады. Өндірісте
селекциялық және генетикалық инженерияның әдістерін қолданып алынған табиғи
штамдардың мутанттарын қолданады. Бұнда табиғи штамдардан микроб массасын
алу, ал генетикалық бағалы штамдарды қоректік ортаға бөлетін метаболиттік
өнімдер алу үшін пайдаланады. Бұл үшін табиғи штамдарды қолдануға болмайды,
өйткені оларда метаболиттердің шамадан тыс мөлшерде бөлінуіне кедергі
келтіретін бақылаушы механизмдер бар.
Бақылау сұрақтары:
1. Себінді материалдар түрлері?
2. Микробиологиялық синтез?
3. Биохимиялық инженерия?
Лекция №5
Тақырыбы: Медицинаға арналған препараттар.
Жоспар.
1. Арнамалы дауалау.
2. Әлсіретілген тірі вакциналар.
3. Иннактивтелген вакциналар.
4. Суббөлікті вакциналар.
5. Жасанды вакциналар.
6. Генрік инженериялық вакциналар.
Лекция мақсаты: Вирустардың тіршілік және өмір сүру мен зияндылықтарының
түрлерімен танысу.
Лекция мәтіні.
Вирустар табиғатта кең таралған. Ол тіршілік бар жердің бәрінде де
кездеседі. Вирустар адам, мал, құс, балық, шыбын-шіркей арасында ауру
таратады. Кейбір вирустар зооантропонозонды індеттердің таралуына да
себепші болады.
Індеттен сақтанудырудың негізгі жолы – арнамалы дуалау вакцинамен
немесе қан сарысуымен егу. Егудің арқасында организмнің арнамалы қорғану
факторлары және механизмдері іске қосылады. Айта кететін бір жайт ауруға
қарсы қолданған шаралардың салдарынан қоздырушы мен ауруға шалдығатын
организм арасында популяциялық-экологиялық өзара байланыстар өзгерді.
Аурудың өршуі, вирустардың әртүрлі қасиеттері де өзгеріске түсті.
Қоздырушының бір малдан екінші малға өту жолдары да өзгереді. Осындай
жағдайларда вирустардың орталыққа байланысты күшейген түрлері пайда болып,
олардың иммунитетке қарсы тұрарлық қасиеттері бар түрлері дүниеге келді.
Сонымен қатар вирустардың уыттылығы төмендеген түрлері де пайда болды.
Сөйтіп вирустардың өзгеруіне сәйкес аурулардың жаңа түрлері пайда бола
бастады.
1. Арнамалы дауалау. Арнамалы (спецификалық) дауалау дегеніміз малды
жұқпалы аурулардан вакцина немесе гипериммунды қан сарысуы арқылы
сақтандыру. Ауырып жазылған малда және вакцина егілген соң вирусқа қарсы
пайда болған иммунитет әртүрлі дамиды. Мұнда гуморальдық және клеткалық
факторлар әртүрлі роль атқарады.
Сондықтан да вирустарға қарсы вакцина алу үшін және ол вакцинаны
қолдану үшін осы клеткалық, гуморальдық факторлардың өзара ерекшелігін
ескерген жөн.
Иммунитеттің гуморальдық және клеткалық факторлары әр түрлі
вакциналармен іске асады.
• Тірі вакциналар – тірі, бірақ әлсіретілген вирус штамдарынан
алынған.
• Өлтірілген – немесе инактивтелген вакциналар – вирустарды
физикалық және химиялық жолдармен өлтіріп алынған.
• Гендік – инженерлік вакциналар – гендік инженерия тәсілдерімен
алынған.
• Жасанды, немесе синтетикалық вакциналар – вирус антигеніне
полиэлектролит немесе полимер қосып, вакциналық жиынтық алынған.
Вакциналар қолдану – індетпен ауырған малдың сол ауруға қайта
шалдықпайтынына негізделген. Сондықтан вакциндеу (егу) дегеніміз мал
организміне қоздырушыны әдейі енгізу. Тек алдымен қозыдурышыны әлсіретіп
алу керек. Егудің нәтижесінде организмде қорғану механизмдері пайда болады,
яғни антиденелер синтезделеді. Сол себепті вакцина егуді белсенді егу деп,
ал егу үшін қолданатын препаратты вакцина деп атайды. Демек, вакцина не
өлтірілген, не тірі, бірақ әлсіретілген вирустан алынған биологиялық
препарат.
Вакцинаға қандай талаптар қоюға болады?
Біріншіден, вакцина ауру қоздырушының белгілі бір түріне сәйкес болуы
керек.
Екіншіден, вакцина зиянсыз, індет туғызбайтындай қасиеті болуы керек.
Үшіншіден, вакцинаның жеткілікті иммуногендік қасиеті болуы қажет, яғни
вакцина еккеннен кейін 2-3 апта өткен соң сол вирусқа қарсы организмде
иммунитет пайда болуы шарт.
Індеттен сақтандыру үшін 1798 жылы Э.Дженнер вакцинаны тұңғыш рет
қолданды. Шешектен сақтандыру үшін сол сиыр шешегін жас балаға екті.
Француз ғалымы Луи Пастер Дженнердің құрметіне вакцина (ағылшынның vacc-
сиыр) деген сөзді қолдануды ұсынды.
2. Әлсіретілген тірі вакциналар. Тірі вакцинаны әлсіретілген
вирустардан алады.
Әлсірету (аттенуация) – вирусты немесе микробты әлсірету. Әлсіретудің
салдарынан вирус індеттің ауыр түрін қоздыра алмайды, яғни қоздырушының
патогендік және уыттылық қасиеттері жойылады, ал иммуногендік қасиеті
сақталады. Вирусты әлсірету кезінде вирустарға арнаулы әсер етіп, олардың
кейбір нәсілдік қасиеттерін өзгертіп, өзгерген түрлерін алады.
Әлсірету үшін әртүрлі мутагендер қолданылады. Вирустарды клетка
өсінділеріне бірнеше рет себудің немесе тауық эмбриондарына, зертханалық
жануарларға бейімделуінің арқасында вирустардың нәсілдік қасиеттері
өзгереді.
Тірі вакциналардың басқа вакциналарға қарағанда тиімді ерекшеліктері
бар. Олар: мал оргнаизміне егудің арқасында ұзақ уақыт сақталатын, ауруаға
қарсы тұру қасиеті пайда болады. Себебі вакцинадағы әлчіретілген вирус
организмде өсіп-көбейеді. Сондықтан да ұзақ уақыт бойына вирус антигендері
организмде өз қызметін атқарады.
Сонымен бірге бұл вакциналар тек бір рет қана егіледі. Тірі вакцинаның
тағы бір ерекшелігі – оларды малдың тек тері астына егу жолымен емес, тыныс
жолдарына жіберуге де және ішкізуге де болады.
Сонымен қатар тірі вакциналардың кемшіліктері де бар. Олар:
әлсіретілген вирустардың вируленттік қасиеті өсіп кетуі де мүмкін. Тірі
вакцинаның әлсіреген қасиетінің бірқалыпты болуын қадағалау өте қиын
жағдай. Ондай қасиеттің ұзақ жылдар бойы сақталуы да екіталай. Сондықтан
вирустардың әлсіреген штамдарының нәсілдік қасиеттерінің тұрақты болуы
шарт.
3. Инактивтелген вакциналар. Белсенді қасиеті жоқ, өлтірілген немесе
инактивтелген вакцина деп тазаланғанвирустық химиялық немесе физикалық
жолмен өлтірілген вакцинаны айтады. Өлтірілген вирустар организмде өсіп-
көбейе алмайды, демек клеткада көбею қасиеті жоғалады да, антигендік
қасиеті сақталады.
4. Суббөлікті вакциналар. Тірі және өлтірілген вакциналар бүтін, толық
вириондардан тұрады. Өздеріңізге белгілі күрделі вирустардың құрамында
әртүрлі белоктар, көмірсулар, липидтер болады. Ал вирус белоктарының тек 10
пайызы ғана вирусқа қарсы тұру қабілетін туғызады. Ол қарсы тұру қабілеті
вирустың сыртында орналасқан антиденелерге сай болады, ал қалған белоктар
мен липидтериммундық жүйеге ртық “жүк” болып есептеледі. Сондықтан да
вирустың тек ауруға қарсы тұру қабілетін туғызатын құрамынан алынған
вакцина – тазартылған вакцина болып саналады. Қазіргі кезде тұмауға қарсы
суббөліктерден тұратын вакцина қолданылады. Ол вакцина вирионның сыртқы
жағында орналасқан гемаглютинин мен нейраминидазадан тұрады және толық
вирионнан алынған өлтірілген вакцинаға қарағанда зиянсыз болып есептеледі.
5. Жасанды вакциналар. Жасанды немесе синтетикалық вакциналар алу
инфекциялық аурулардан сақтандырудың яғни алдын алудың жаңа түрлеріне
жатады. Жасанды вакциналардың негізі ретінде вакциналық жиынтық құру болып
есептеледі.вирус белоктарының пептидтеріне синтетикалық полиэлектролиттерді
қосып, олардың иммуногендік қасиетін күшейтеді. Мысалы, тұмау вирусының
сыртындағы гемглютинин мен нейраминидазаға синтетикалық полиэлектролит –
акрилқышқылының сополимері N – ВПД мен коваленттік байланыс жолымен қосады.
Осылай алынған коньюгаттық (қосындының) иммуногендік қасиеті зор.
6. Гендік инженерлік вакциналар. Гендік инженерлік әдісті биологиялық
өндірісте вакцина ал үшін қолдану да жаңа бастама болып табылады. Көптеген
ферменттердің көмегімен (рестриктазалар) ДНҚ молекуласы белгілі бір жерінде
кесіліп, одан оларды керісінше лигазалардың көмегімен ДНҚ фрагменттерін
құрайды. Осы ферменттердің көмегімен белгілі бір қажетті ген бөлініп
алынады, ал ол ген антигендік қасиеті бар белок құрайды. Осы генді бактерия
плазмидіне (хромосомнан тыс орналасқан сақиналы ДНҚ) енгізсе, онда бактерия
өзіне қажеті жоқ, бізге қажетті белокты түзей бастайды. Бактерия плазмиді
генді жеткізу ролін атқарады.
Қазіргі кезде гендік инденерияға медицина мен мал дәрігерлері үлкен
үміт артып отыр. Гендік инженерлік вакциналарды тұмауға, аусылға, вирус
гепатитіне қарсы алу үшін ғылыми жұмыстар жүргізілуде.
Бақылау сұрақтары:
1. Вакцина деген не?
2. Гендік инженерлік вакциналар?
3. Арнамалы вакциналар?
4. Суббөлікті вакцина?
Лекция №6
Тақырыбы: Тамақ өнеркәсібіне арналған препараттар.
Жоспар.
1. Сүт қышқылы бактерияларының тамақ өнеркәсібіндегі маңызы
2. Сүт қышқылы бактерияларының түрлері.
Лекция мақсаты: тамақ өнеркәсібінің маңыздылығы мен өндіру жолдарымен
танысу.
Лекция мәтіні.
1. Сүт қышқылы ашу процесінде лактоза қанты ерекше сүт қышқылы
бактерияларының көмегімен сүт қышқылына айналады. Бұл процесс мына
реакция бойынша жүреді:
С6Н12О6=2С3Н6О3+18 ккал
қант сүт қышқылы энергия
Сүт қышқылы ашу процесі көбінесе сүтте кездеседі және бұл процеске
қатынасатын бактерияларды сүт қышқылы бактериялары деп атайды. Бұл
процесстің нәтижесінде негізгі өнім ретінде қышқыл түзіледі.
Сүт қышқылы ашу процесі табиғатта, тұрмыста кең таралған. Ол
өндірісте, ауыл шаруашылығында қолданылады. Өнеркәсіпте таза сүт қышқылын
алу, түрлі тағамдар даярлау (сүзбе, қаймақ, айран т.б.) жемшөпті сүрлеу,
овощтарды ашыту негізінен осы сүт қышқылы бактерияларының қасиетіне
негізделген.
Сүт қышқылы ашу процесінің ішкі сыры соңғы кездерде анықталады. Қант
ашығанда бірден сүт қышқылы пайда бола қоймайды. Алдымен аралық өнім
ретінде пирожүзім қышқылы түзіледі. Егер ашытқы саңырауқұлақтарда осы
пирожүзім қышқылын сірке альдегидіне дейін ажырататын карбоксилаза ферменті
болса, сүт қышқылы бактерияларында ол жоқ. Соның нәтижесінде пирожүзім
қышқылы одан әрі ажырамайды, сутегінің әсерінен тотығу процесіне ұшырап,
сүт қышқылына айналады.
2. Сүт қышқылы бактериялары шар және таяқша тәрізді болып келеді де,
өздері қозғалмайды, спора да түзбейді және ауалы да ауасыз жерлерде бірдей
тіршілік ете береді. Бірақ бактериялар топтарының барлығы дерлік бірдей
мөлшерде сүт қышқылын түзе бермейді. Олардың кейбір топтары қышқыл ортаға
төзімсіз (шар тәрізділері) келеді. Ал таяқша тәрізді сүт қышқылы
бактериялары ортада едәуір мөлшерде (1,5-2%) қышқыл жинай алады және
осындай жағдайда тіршілік етеді.
Сүт қышқылы бактериялары моно және дисахаридтерді ашытады, ал крахмал
және басқа күрделі полисахаридтерді ажырата алмайды. Бұл бактериялардың
кейбір түрлері асқазан ауруын қоздырушы микробатрды қыратын антибиотиктер
түзетіні де анықталды. Сүт қышқылы ашу процесін жүргізетін бактериялардың
ішіндегі ең маңыздылары:
Стрептококкус лактис – қос-қостан немесе моншақ тәріздене тізіле
орналасқан шар тәрізді бактериялар, +30-350 температурада өсіп дамиды. Ашу
барысында ортада 1%-ке дейін қышқыл түзеді. Сүт тағамдарын (айран, кефир,
қаймақ т.б.) даярлауда активті қатысады.
Болгар таяқшасы – оны алғаш рет болгар айранынан И.И.Мечников бөліп
алып зерттеген. Ұзындығы 4-5 микрондай болатын, қозғалмайтын таяқша, өніп-
өсуге қолайлы температурасы: +40-480. ортада 3,0-3,5%-ке дейін қышқыл түзе
алады. Қышқылды ортаға аса төзімді. Бұл айран даярлауда қолданылады.
Дельбрюк таяқшасы – бірден немесе бірнешеден тізбектеле орналасқан
таяқша бактериялар. Спора түзбейді. Тіршілігіне ең қолайлы температура
+450. Тіршілік еткен ортада 2,5%-тей қышқыл түзеді. Ал ортада бор болса,
қышқыл мөлшері 10%-ке жетеді. Бұлар өндіріс жағдайында сүт қышқылын алу
мақсатында қолданылады.
Бактериум кукумерис ферментати – ұзындығы 2 микрондай, қос-қостан
немесе моншақ тәрізді орналасқан микроорганизмдер. Көбінесе қиярды
тұздағаннан кейін оны ашыта бастайды. Тіршілік етуі үшін ең қолайлы
температура +350, ортада 1%-тей сүт қышқылын түзеді.
Айтылып өткен бактериялардың барлығы да қанттан тек сүт қышқылын
түзеді, сондықтан да оларды гомоферментативті сүт қышқылы бактериялары деп
атайды. Бұлардың барлығы да спора түзбейді, қозғалмайды және тіршілік
жағдайын талғампаз келеді. Қолдан жасалған қоректік ортаға азот көзі
ретінде оның минералды түрлерін қосса, бұл бактериялар тез дамып, көбейеді.
Азотты олар органикалық қосылыстардан ғана алады. Сонымен қатар сүт қышқылы
бактериялары В12 витаминін де қажет етеді.
Ал тіршілігінің нәтижесінде қанттан тек сүт қышқылын ғана емес,
сонымен бірге басқа да өнімдер түзетін сүт қышқылы бактерияларыда бар.
Бұларды гетероферментативті сүт қышқылы бактериялары деп атайды.
Сүт қышқылы бактерияларын практикада қолдану. Гомоферментативті сүт
қышқылы бактериялары сүт шаруашылығында кеңінен қолданылады. Олар сүттен
қышқыл сүт тағамдарын даярлауда пайдаланылады. Сүт қышқылы бактериялары
әсерінен ортада сүт қышқылы пайда болады. Қышқыл ортада шіріту бактериялары
да тіршілік ете алмайды. Сүтте казеин, түрлі минерал тұздар, негізінен сүт
қанты бар. Міне сондықтан да ол сүт қышқылы бактерияларына ең бір қолайлы
орта болып саналады.
Сүттегі микроорганизмдердің саны мен сапасы оны сақтау жағдайына
байланысты. Бұл көптеген микроорганизмдердің сүтке сырттан келіп түсетінін
аңғартады. Желіндегі сүттің бір милилитрінде не бары 300-400-дей
бактериялар болады. Ал сауылған сүтте микроорганизмдердің мөлшері бұдан да
көп, оның негізгі себебі – сауу кезінде тазалықтың сақталмауы. Егер
санитарлық және гигиеналық ережелер қатаң сақталып, соған сәйкес сүтті
сақтау жағдайы өзгерсе, көп кешікпей-ақ бактериялар көбейіп кетеді.
Бақылау сұрақтары:
1. Сүт қышқылдарын практикада қолдану жолдары?
2. Препарат дайындау түрлері?
3. болгар таяқшасы оның түрлері?
Лекция №7
Тақырыбы: Микроорганизмдердің өмір тіршілік өнімдерін алу
биотехнологиясы
Жоспар.
1. Биотехнологиялық өндіріс және өнімдердің сипаттамасы.
2. Микробиологиялық өнеркәсіпті технологиялық белгілері
3. Микробиологиялық синтездің өнімдері
Лекция мақсаты: Биотехнологиялық өндіріс және өнімдердің сипаттамасын,
микробиологиялық өнеркәсіпті технологиялық белгілерді оқып үйрену.
Лекция мәтіні.
1. Биотехнологиялық өндіріс және өнімдердің сипаттамасы.
Микроорганизмдер клеткалары үлкен ерекшеліктермен сипатталатын, зат
алмасу процесі қарқынды жүретін объектілер. Бір микробтық клетка минутына
10-нан 100 мың белок молекулаға дейін синтездейді. Көптеген
микроорганизмдердің екі еселену уақыты 0,3-2 сағат аралығында болады, бұл
ең жоғары өнімді өсімдіктермен салыстырғанда 500 рет, ал жоғары асыл
тұқымды малдардан 1000-5000 рет жылдам екендігін көрсетеді. Тағы да бір
үлкен көңіл қоятын мәселе, кейде клеткалардың барлық биохимиялық
активтілігі өздерінің өсуі мен кебеюіне ғана бағытталмай, керісінше, адамға
қажетті заттарды синтездеуге жұмсалады, микроорганизмдердің мұндай
қабілетін реттеуге және қарқындылығын арттыруға болады. Мәселен, бір өсу
циклында 1 кг биомассаға 0,5 кг пенициллин түзетін мутантты штамдар және
тіршілік қажеттілігінен 100-200 есе жоғары мөлшерде В витаминін түзетін
микроорганизмдер белгілі. Микробиологиялық синтездің тиімділігі, субстрат
ретінде меласса, сүт сарысуы, мұнай және т.б. өнімдердің қалдықтары мен
екіншілік шикізат көздерінің қолданылу мүмкіндігімен анықталады.
Микроорганизмдер қолданылатын өндірістерді екі топқа бөледі:
1. Тамақ және ашу өндірісі. Тамақ және ашу өндірісінде ауыл шаруашылық
шикізаттарды өңдеуде микроорганизмдердің қолданылуы технологиялық циклдың
белгілі бір сатысында шектеледі. Яғни микроорганизмдердің жоғары
биомассасын дақылдау және олардың метаболизмінің өнімдерін жинау мен
тазартуды қажет етпейді, мұндай өндіріс орындарын микробиологиялық
өнеркәсіпке жатқызбайды.
2. Микробиологиялық өнеркәсіп. Микробиологиялық өнеркәсіптің негізгі
технологиялық сатысы микроорганизмдерді дақылдау болып табылатын өндіріс.
2. Микробиологиялық өнеркәсіпті технологиялық белгілері
Микробиологиялық өнеркәсіпті технологиялық белгілері бойынша екі топқа
бөледі:
1. Көп тоннажды өндіріс – оның өнімдері органикалық қышқылдар,
спирттер, микробтық биомасса болып табылады. Олардың негізгі белгілері
терең, яғни суспензиялық өсіру, ал қоректік орта компоненттері қанттар,
спирттер, мұнайдың көмірсутектері көптеген микроорганиздердің өсуін
тежейтін концетрацияда болады, кейбір жағдайда аэрацияны қажет етпейтін
анаэробтар және т.б. қолданылады. Мұндай жағдайлар биотехнологиялық
процестерді бөгде микрофлорадан сақтауды және көп мөлшердегі сұйықтықты
мұқият заласыздандыруды, ауаны терең тазалау мен қоңдырғыларды
гермитизациялау сияқты талаптарды орындаудың қажеттілігін жояды.
Ал, көп тоннажды өндірістің негізгі ерекшеліктерінің бірі - өнімді
бөліп алу сатысының қарапайымдылығы, оларды сұйық түрде өндіреді және
өнімдердің термотөзімділігіне байланысты жылумен кептіруге болады.
2. Аз тоннажды өндіріс жоғары физиологиялық активтілікке ие (витамин,
ферменттер) күрделі құрылымды заттар мен бактериялық препараттар алумен
байланысты микробиологиялық синтез. Аз тоннажды өндірісте
микроорганизмдерді терең дақылдау әдісі пайдаланады, сондықтан қолданылатын
қоректік орталарды, қоспаларды, аэрацияланатын ауаны заласыздандыру, жұмыс
орындарының гермитизациялануы жоғары талаптарға сай орындалуы қажет: Соңғы
өнімді бөліп алу және тазалау бірнеше күрделі операциялардан тұрады.
3. Микробиологиялық синтездің өнімдері
Микробиологиялық синтездің өнімдерін 3 түрге бөледі:
1. Негізгі активті компоненті ретінде тіршілік етуге қабілетті, тірі
микроорганизмдерден тұратын биологиялық препараттар (өсімдіктерді
қорғайтын заттар, бактериялық тыңайтқыштар, ұйытқылар т.б.).
2. Инактивирленген клеткалар және олардың өңделген өнімдерінен құрылған
биологиялық препараттар (азықтық ашытқылар, саңырауқұлақтың
мицелиялары).
3.Микроорганизмдер метаболизмінің тазаланған өнімдері негізіндегі
биологиялық препараттар (витаминдер, аминқышқылдар, ферменттер,
антибиотиктер т.б.).
Бұл өнімдерді химиялық табиғатына және өндіруші (продуцент) микробтық
клеткалар үшін мәніне байланысты 3 топқа бөледі:
* молекулалық массасы 10000-нан бірнеше миллионға дейін үлкен молекулалы
заттар (ферменттер, полисахаридтер және т.б.).
* бірінші реттік метаболиттер, яғни микроорганизмдер өсуі үшін қажетті
қосылыстар (аминқышқылдар, витаминдер, пуринді және пиримидинді
нуклеотидтер және т.б.).
* екінші реттік метаболиттер, яғни микроорганизмдердің өсуіне қажетсіз
қосылыстар (антибиотиктер, токсиндер, алкалоидтар).
Бірінші және екінші реттік метаболиттердің молекулалық массасы 1500
дальтоннан аспайды.
ТМД елдерінде жемдік азық ретінде ағаш гидролизаты және мұнай
көмірсутегілері негізінде микробтық белокты көп тоннажды өндіру
өндірісі құрылған. Өндірістегі ашытқылардың бір жылдық өнімі 1 млн
тоннаға тең. Бұл өнімде шамамен 20 млн тонна аралас жемдік азықты
және тауық шаруашылығы мен шошқа шаруашылығында қосымша 1 млн. тонна етті
белокпен байытуға мүмкіндік беретін 60%-ға жуық протеин болады. Сонымен,
бірге көптеген витаминдер, амин қышқылдар – лизин, активтендіретін және
антибактериялық әсері бар микробиологиялық препараттар, бактериялық
тыңайтқыштар, ферментті препараттарды өндіру жолға қойылған.
Биотехнологиядағы техникалық прогрестің негізгі критериялары субстратты
терең өңдеу, максимальды шығымдылық және өнімнің химиялық тазалығы болып
табылады. Бұл талаптарға сай биотехнологиялық процестерді және
өнімдерді ғылыми зертханаларда жүргізеді.
Бақылау сұрақтары:
1. Микробиологиялық синтездің өнімдері?
2. Микробиологиялық өнеркәсіпті технологиялық белгілері
Лекция №8
Тақырыбы: Ферменттер.
Жоспар.
1.Ферменттер жайлы жалпы түсінік.
2. Ферменттердің химиялық табиғаты
3. Ферменттердің жіктелуі.
Лекция мақсаты: Ферменттер жайлы жалпы түсініктерді, химиялық табиғатын,
жіктелуіне талдау жасау.
Лекция мәтіні.
1. Ферменттер ерте кезден бері адамдардың тұрмыс тіршілігінде кеңінен
қолданылып келеді. Мысалы Қытайда, Корея мен Жапонияда бірнеше мыңдаған
жылдардан бері крахмалды өнімдерді қанттандыру үшін спирт алу үшін
саңырауқұлақ дақылдарын қолданылып келеді.
Қазіргі кезде микробиологиялық синтез арқылы гидролаза класының
ферменттерін алады, олар гликозидті, пептидті және эфирлі байланыстарды
судың қатысуымен ыдыратушы реакцияларды катализдеп мына реакция бойынша
жүргізеді:
ХУ+НОН ( ХН+УОН
Бұл микробтық гидролаза ферментінің көбісі клетка сыртына бөлінетін,
экзоферменттерге жататындығына байланысты мұндай ферменттерді алу жеңіл
және арнзан болып келеді.
Тірі клеткада зат алмасу процесі үздіксіз жүріп жатады. Зат алмасу
процесі дегеніміз белгілі бір тәртіппен кезектесіп келіп отыратын әртүрлі
химиялық реакциялардың жиынтығы. Мұндай реакциялар клеткадан тыс жерде (in
vitro) өте қиындықпен және мейілінше баяу жүреді. Тірі клеткада бұл
реакциялардың жүрісін ферменттер тездетеді. Ферменттер – жануарлардың,
өсімдіктер мен микроорганизмдердің клеткалары жасап шығаратын биологиялық
катализаторлар.
2. Ферменттердің химиялық табиғаты. Қазіргі кезде 2000-нан астам
ферменттердің әсері зерттелген. Оның ішінде 200-ге жуығы кристал түрінде
алынған. Олардың бәрі де белоктар болып табылады.
Ферменттер молекулаларының құрылысына қарай 2 топқа бөлінеді: 1) тек
қана белоктардан тұратынбір компонентті ферменттер; 2) молеклаларының
құрамына белоктан басқа активтік немесе простетикалық топ деп аталатын
белоксыз заттар кіретін екі компонентті ферменттер.
Бір компонентті ферменттерде амин қышқылдарының бүйірлік радикалдары
активтік орталық ролін атқарады. Белок – фермент молекуласының ІІ және ІІІ
деңгейлі құрылымы жасалған кезде, бүйірлік радикалдар өзара жақындасады да,
активтік орталығын құрады. Мысалы, панкреатикалық рибонуклеазаның активтік
орталығына гистидин-16-ның, лизин-41-дің және гистидин-119-дың радикалдары
кіреді. Активтік орталықтың осы компоненттерінің кеңістіктік жақындасуын
күрделендіре түсетін амин қышқылдары да ферменттер үшін маңызды роль
атқарады. Белок – фермент молекуласының құрамынан басқа амин қышқылдарын
ферменттің активтік қасиетіне нұқсан келтірмей де ажыратып алуға болады.
Екі компонентті ферменттердегі активті топ металл немесе кіші
молекулалы органикалық зат болып табылады. Табиғаты органикалық активті
топтар екі типке бөлінеді:
1) коферменттер: олар ферменттің белокты бөлігіменберік байланысады.
Оксидоредуктазаның құрамындағы флавинадениндинуклеотид осындай коферментке
мысал бола алады.
2) косубстраттар: олар ферменттің белокты бөлігімен нашар байланысқан,
сондықтан олар ферменттің бір молекуласынан екінші молекуласына өте алады.
Косубстратқа оксидоредуктазаның құрамындағы никотинамидадениндинуклеотид
мысал бола алады.
Ғе, Со, Сu, Mn металдары ферменттердің активті топтарында белокпен
берік байланысқан, ал K, Ca, Mg, Zn, Cl сияқты басқа элементтер - әлсіз
байланысқан, олар өздерінің қатысуы арқылы көбінесе ферментті активтендіре
түседі.
3. Ферменттердің жіктелуі. 1961 жылы көрнекті биохимик – ғалымдардан
тұратын халықаралық комиссия құрылды, бұл комиссия ферменттердің жаңа
жіктеуін жасап оны Халықаралық биохимиялық Одақтың қарауына ұсынды. Жаңа
жіктеу бойынша бізге белгілі ферменттердің барлығы 6 класқа бөлінеді.
1) Оксидоредуктаза – тотықтыру-тотықсыздандыру ферменті.
2) Трансфераза – атомдардың түрліше топтарының тасымалдану реакциясын
катализдейтін фермент.
3) Гидролаза – заттардың түрліше топтарының гидролизіне қатысатын
фермент.
4) Лиаза – еселенген байланысты түзе немесе бұза отырып, түрлі атомдар
тобын қосып немесе ажыратып алу реакциясын катализдейтін фермент.
5) Изомераза – изомеризация реакциясын катализдейтін фермент.
6) Лигаза – АТР энергиясының есебінен түрлі заттардың синтезделу
реакциясын катализдейтін фермент.
Жаңа жіктеу бойынша әрбір фермент атауының алдына оның шифры қойылады.
Шифр төрт цифрден құралады, оның алдына КФ (фермент классификациясы) деген
белгі қойылады. Бұл цифралардың алғашқысы осы фермент негізгі алты кластың
қайсысына жататынын көрсетеді. Екінші цифр оның класс тармағын білдіреді.
Үшінші цифр класс тармағының түрін анықтай түседі. Төртінші сан ферменттің
осы класс тармағындағы рет нөмірін білдіреді. Ферменттің шифрындағы әрбір
цифр бір-бірімен нүктемен бөлінеді.
Бақылау сұрақтары:
1. Ферменттің маңызы?
2. Ферменттердің химиялық табиғаты?
3. Катализатор?
Лекция №9
Тақырыбы: Липидттер.
Жоспар.
1. Майлар
2. Балауыз.
3. Фосфолипидтер.
4. Глюколипидтер.
5. Липидтер алмасуы.
Лекция мақсаты: Майлар, балауыздар, фосфолипидтердің маңызын үйрену.
Лекция мәтіні.
Жоғарғы сатыдағы өсімдіктердің липидтері майлар, балауыз,
фосфолипидтер және глюколипидтер деп аталатын 4 негізгі топқа бөлінеді.
Липидтер организмде зор роль атқарады. Олардың біразы клетканың қор заты
ретінде жиналады, ендігі бір тобы клетканың құрылымын түзуге қатысады.
Протоплазманың, вакуоляның, пластидтердің, ядро мен басқа органоидтардың
сыртқы бетін жауып тұратын мембраналар, сондай-ақ хлоропластар мен
митохондрялардағы барлық мембрана тәрізді құрылымдар екі компоненттен
тұрады, оның біреуі – липид. Белоктармен қосыла келе, липидтер күрделі
белоктар – липопротеидтер түзеді. Липопротеидтердің осы комплексінен клетка
мембранасы түзіледі.
1. Майлар негізінен қоректік және энергетикалық қор заттары болып
саналады. Олар көп немесе аз мөлшерде өсімдіктердің барлық клеткаларында
дерлік түзіледі. Өсімдіктердің басым көпшілігі, атап айтқанда, жоғары
сатыдағы өсімдіктер тұқымдастарының 80%-і тұқымына қор заты ретінде май
жинайды. Майлар вегетативтік мүшелерде де түзіледі, бірақ мұнда аз болады.
Химиялық құрамы бойынша майлар глицерин мен үлкен молекулалы май
қышқылдарының эфирі болып табылады.
Майлардың құрамынан пальмитин, стеарин, олеин, линол, линолен
қышқылдарын жиі кездестіруге болады. Пісіп келе жатқан жеміс пен тұқымда
тез арада көмірсудан май түзіледі. Бұл кезде көмірсу, негізінен алғанда,
глюкоза мен фруктоза алғашында глицеринальдегид пен диоксиацетонға
ыдырайды. Глицеринальдегидтен глицерин түзіледі. Триозадан сірке қышқылы
түзіледі, ол май қышқылдарының синтезі үшін бастапқы зат болып қызмет
етеді. Осындай жолмен түзілген глицерин мен май қышқылдары липаза
ферментінің жәрдемімен айға синтезделеді.
Майлы тұқымдардың өнуі кезінде ондағы майлар липаза ферментінің
жәрдемімен өте тез гидролизденеді және онымен бір мезгілде қан жиналады.
Осы кезде гексоза ғана емеспентоза да түзіледі.
2. Балауыз - әдеттегі температурада қатты, май тәрізді зат. Бұл май
қышқылдары мен үлкен молекулалы бір атомды спирттердің күрделі эфирлері.
Балауыз өсімдіктің жапырағын, сабағы мен жемісін ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz