Учебно-методический комплекс дисциплины «Экологические биотехнологии» для специальности 5в060800 — «Экология» Учебно-методические материалы (стр. 14 )

Способы определения скорости разбавления. Сравните экспериментальные значения скорости разбавления, полученные различными способами. Какой из них, по вашему мнению, является более точным? Напишите уравнения, описывающие стационарное состояние в хемостате. Дайте определение величины Dк. Что будет происходить в хемостате при м< Dк и при м> Dк?

Рекомендуемая литература:

, Химия 8 класс. «Просвещение» . Москва.: 1995, С. 33-42.   Биотехнология растений. - Алматы : Конжык  -1996, -264 с Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений.-М.:Наука, -1964, -272 с ,   Клеточная инженерия. - М.: Высшая школа, -1987, -127 с.

Практическая работа № 3: Приобретение навыков приготовления и расчетов  концентраций растворов.

Цель: Усвоить основные принципы расчетов и приготовления питательных сред для культивирования биологических объектов.

План:

Определение молярности раствора. Вычисление массовой доли раствора. Определение концентрации раствора. Чему равна молярная концентрация?

Каждую химическую реакцию мы рассматриваем с качественной стороны, т. е. определяем какие вещества вступают в реакцию, и с количественной стороны, т. е. в каких массовых отношениях реагируют эти вещества без остатка. Рассматривая химическую реакцию с количественной точки зрения, нас интересуют не только массовые отношения, но и отношение числа частиц (атомов, молекул), вступивших в данную реакцию.

Если какую-либо химическую реакцию рассматривают с точки зрения числа частиц, то применяют физическую величину «количество вещества». Единицей количества вещества является моль.

Моль – это количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько содержит атом углерода в 0,012 кг углерода.

Моль – это количество вещества, содержащее 6,02х1023 молекул, атомов или других частиц.

Молярная масса М вещества равна отношению массы m вещества к соответствующему количеству вещества ν (читается «ню»):

М= m/ν

Ход работы:

Задание 1. Приготовить раствор 500 см3 содержащий 0,6 М NaOH.

Пример расчета:

Если известна молярная концентрация раствора, то можно расчитать количество вещества в растворе по формуле: ν(NaOH) =с (NaOH) х V(раствора) = 0,6 х 0,5 = 0,3 моль (V - измеряется в литрах). Тогда масса NaOH в растворе составит m (NaOH) = ν (NaOH) х М (NaOH) = 0,3 х 40 = 12 грамм.

Задание 2. Приготовить раствора 50 см3  содержащий 0,1 М NaOH. Этот раствор используется для растворения фитогормонов.

Задание 3. При растворении кристаллогидрата CaCl2 x 6H2O массой 219 грамм в 1000 граммах воды образуется раствор. Какова массовая доля (%) хлорида кальция.

Пример расчета:

Даже при раствории в воде кристаллогидрата – соли, в полученном растворе кристаллогидрата нет. Массовую долю расчитывают для безводного хлорида кальция по формуле ω (CaCl2) = m (CaCl2) / m (раствора);

Предварительно расчитывая массу раствора и массу раствора, и массу безводного хлорида кальция в кристаллогидрате: m (раствора) = m(Н2О) + m(CaCl2 х 6Н2О) = 1000 + 219 = 1219 грамм;

ν( CaCl2 х 6Н2О) = ν( CaCl2 ) = 1 моль;

m CaCl2  = 111г. Следовательно массовая доля CaCl2 = 111/1219 = 0,091 (или 9,1%)

Задание 4. Для приготовления раствора с массовой долей NaCl 6% к 200 граммам раствора с массовой долей NaCl 30% - сколько необходимо прилить воды?

Контрольные вопросы:

Какое вы можете сделать заключение о составе молекул природной воды и воды, полученной в химической лаборатории? Какое практическое значение имеет закон постоянства состава вещества? Как вычислять массовые доли элементов?

Рекомендуемая литература:

, Химия 8 класс. «Просвещение» . Москва.: 1995, С. 33-42.   Биотехнология растений. - Алматы : Конжык  -1996, -264 с Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений.-М.:Наука, -1964, -272 с ,   Клеточная инженерия. - М.: Высшая школа, -1987, -127 с.

Практическая работа № 4: Микроорганизмы в биотехнологическом производстве.

Цель. Раскрыть технический аспект получения рекомбинантных ДНК. Объяснить, что с помощью микробов можно получить большое количество чужеродной ДНК, чтобы исследовать ее. Если в бактериальной клетке происходит экспрессия генов такой ДНК, это позволяет микробиологическим путем получить, например, гормоны и ферменты.

План:

Создание микроорганизмов-продуцентов. Генно-инженерное получение микроорганизмов-продуцентов.

В настоящее время микроорганизмы продуцируют десятки видов соединений – это аминокислоты, антибиотики, белки, витамины, липиды, нуклеиновые кислоты, полисахариды, пигменты, сахара, ферменты, гормоны и т. д.

Микробиологическая промышленность предъявляет к продуцентам жесткие требования, которые важны для технологии производства: высокая скорость роста, использование для жизнедеятельности дешевых субстратов и устойчивость к заражению посторонней микрофлорой.

1. Природные микроорганизмы, как правило, обладают низкой продуктивностью тех веществ, производство которых необходимо. Для биотехнологии нужны высокопродуктивные штаммы микроорганизмов. Их создают методами селекции и использования достижений генной инженерии. В результате производительность продуцентов удается увеличить в сотни - тысячи раз.

2. В середине 70-х гг возникла новая экспериментальная технология - генетическая инженерия, которая основана на конструировании рекомбинантной ДНК вне клетки (in vitro) и ее размножении в клетках микроорганизмов. В результате использования этой технологии стало возможным выделять индивидуальные гены, модифицировать, соединять друг с другом, получая "слитые гены", продуцирующие белки с совершенно новыми свойствами (белковая инженерия). Появляется новый способ получения индивидуального гена - клонирование (получение множества копий одного гена).

Арсенал генно-инженерных штаммов-продуцентов позволил наряду с продуктами природных штаммов (их называют биопродуктами первого поколения) начать производство на базе генно-инженерных штаммов рекомбинантные белки - биопродукция второго поколения. Биопродукция третьего поколения будет искусственно синтезировать соединения, полностью имитирующие биологические функции природных белков, но не являющиеся ими..

Генно-инженерные методы (технология рекомбинантных ДНК) широко используется в биотехнологическом производстве, прежде всего белков и пептидов (белковых молекул, состоящих из небольшого числа аминокислот), которые синтезируются в организме человека и используются как медикаменты (Рис.1).

Рисунок 1. Принципиальная схема мани­пу­ляций генной инженерии

- Фрагмент ДНК.

- Вектор плазмидная ДНК.

- Расщепление ДНК рестректирующими эндонклеазами.

- Рекомбинантная ДНК.

- Клетка хозяина и  рекомбинантная ДНК

Практическая работа №5 Получение белков человека и животных.

Цель: Освоить основные принципы конструирования рекомбинантных ДНК с целью получения штаммов-продуцен­тов биологически активных веществ (белков, ферментов, витаминов).

План

Объяснить метод получения рекоминантных ДНК. Назовите основные отрасли для использования белков человека и животных. При синтезе интерферона используется генетическая инструкция,  заключенная в структурном гене, поясните механизм ее работы (в основе механизма гипотеза Жакоба-Моно).

Для объяснения гипотезы Жакоба и Моно необходимо вспомнить механизм гомеостатического регулирования внутренней сред. Гомеостатической механизм, имеет некоторую свободу колебания, что активизирует систему управления и возвращает переменную к оптимальным значениям. Подобные системы основаны на принципе обратной связи. Системы с обратной связью имеют «выход» который может служить и «входом».

Для осуществления обратной связи необходимо, что бы результат работы данной системы сравнивался с заданным значением («установкой»), являющимся оптимальным значением регулируемого параметра (переменной), а в случае отклонения от него, соответствующим образом изменялся.

вход  регулятор  эффектор  выход

  Основные компоненты систем управления.

По тории Жакоба и Моно, в ДНК, кроме структурных генов, несущих информацию о процессе биосинтеза  белка (интерферона), есть гены-операторы и гены регуляторы. Гены регуляторы – кодируют синтез специфического вещества – репрессора, который присоединяется к гену – оператору и может регулировать работу структурного гена, отвечающего за синтез белков, вплоть до прекращения процесса синтеза. Но, если в клетку попадает вещество, называемое индуктором, то репрессор соединяется с ним, освобождая ген-опрератор. Начинается синтез информационной РНК, которая служит матрицей для производства белка. После того как вектор индуктор израсходуется, репрессор, непрерывно производимый геном-регулятором, связывается вновь с геном-опрератором – и цикл повторяется. Так работает обратная связь на молекулярном уровне.

Контрольные вопросы:

Как работает биологическая система по принципу обратной связи? Как получают белки человека и животных? Поясните на примерах процедуру получения белков человека.

Рекомендуемая литература:

  Биотехнология растений. - Алматы : Конжык  -1996, -264 с Основы биотехнологии. СПб.: Наука, 1995. , Биотехнология. М.: Агропромиздат, 1990. Серия “биотехнология”: В 8 т./ Под ред. и . М.: Высш. шк., 1987–1988. иотехнология: свершения и надежды. М.: Мир. 1987. Сельскохозяйственная биотехнология: векторные системы молекулярного клонирования. М.: Агропромиздат, 1991.

Практическая работа № 6: Синтез и получение микробного белка.

Цель: Изложить наиболее важные сведения о выделении и селекции микроорганизмов – продуцентов биологически активных веществ. Раскрыть принципиальные подходы к улучшению штаммов промышленных микроорганизмов. Промышленные ферменты, продуцируемые микроорганизмами.