Биообъекты растительного происхождения в биотехнологии

РОСОБРАЗОВАНИЕ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ”

(ПГТА)

Кафедра Биотехнология и биосферная безопасность

Дисциплина  “Введение в специальность”

КУРСОВАЯ  РАБОТА

на  тему: Биообъекты растительного происхождения в биотехнологии

     тема  курсовой работы

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 

ПГТА 1.240901.04.ПЗ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент группы 10БТ Выпирайло Д.А.

Руководитель: к.б.н., доцент Черкасова Г.Н.

Работа  защищена с оценкой:____________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Пенза, 2010

Утверждаю:

зав. каф. ТИСЗОС

д.т.н., профессор

Таранцева К. Р.

“15”ноября 2010г. 

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

по дисциплине “Введение в специальность”

студенту  Выпирайло Дмитрию группа 10БТ

Тема  работы:

Биообъекты растительного происхождения в биотехнологии

1. Введение: определение понятия «биотехнология», цель и  задачи биотехнологии (БТ), виды биотехнологических процессов, преимущества биотехнологических процессов по сравнению с традиционными технологиями, перечислить объекты биотехнологии и области их применения (продукты, получаемые при их использовании)
2. Краткая характеристика растительных клеток (водоросли, клетки высших растений), используемых в биотехнологических процессах
3. Культивирование клеток растений в глубинных условиях
4. Аппаратурное оснащение производств, использующих в качестве биообъектов растительные клетки
5. Привести примеры биотехнологических процессов, в которых используется биообъекты растительного происхождения

 
 
 
 
 

Руководитель  к.б.н., доцент Черкасова Г.Н.

Задание получил  “15” ноября 2010 г.

Студент Выпирайло  Д.А.  
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 

1.Введение

1.1 Определение понятия «биотехнология»

       Биотехнология-это целенаправленное получение ценных для народного хозяйства и различных областей человеческой деятельности продуктов, в   процессе которого используется биохимическая деятельность микроорганизмов, изолированных клеток или их компонентов.

     В этом определении скрыты некоторые  «подводные камни»,  поэтому рассмотрим его более подробно на примерах.

     Наиболее  часто биотехнологию путают с  растениеводством или животноводством.

     Например, получение пшеницы из воды и удобрений на первый взгляд – биотехнология. Однако здесь используется биохимическая деятельность не изолированных клеток, а целого растения, макроорганизма, относящегося к высшим, многоклеточным организмам. Это - не биотехнология, а растениеводство.

     Точно так же получение лекарства из корня женьшеня – не биотехнология. А вот когда из этого корня берут отдельные клетки, отделяя их с помощью ферментов от многоклеточной растительной ткани, и разводят эти отдельные, изолированные клетки на специальном питательном растворе, как дрожжи, получая  биомассу изолированных клеток женьшеня, из которой путем настаивания можно получить столь ценное лекарство, как из целого корня, - это уже биотехнология.

     Другой  пример – производство молока. Молоко получают от коровы, овцы или другого млекопитающего животного, т.е. это – работа макроорганизма. Значит, это не биотехнология. А вот получение из молока кефира, йогурта или другого кисло-молочного продукта основано на биохимической деятельности молочно–кислых бактерий-это вполне легитимная  биотехнология.

Во всех приведенных  примерах в качестве основания для  отнесения процесса к биотехнологии  или к химической технологии мы рассматривали  то, посредством каких воздействий осуществляется обработка продукта.

     Иногда  обращают внимание на другое: какое сырье обрабатывается -химическое или биологическое.

Например, очень  часто производство мясных продуктов  относят к биотехнологии, обосновывая  это тем, что исходное сырье-туши забитых животных, сырое мясо и  так далее-являются продуктами биологического происхождения.

С этой точки  зрения, например, приготовление котлет- это биотехнология, хотя рабочий  процесс заключается в  измельчении  мяса и затем в его тепловой обработке, т.е. нет биохимической  деятельности микроорганизмов или  клеток, а значит, это не биотехнология. А обработка мясного фарша определенными заквасками и последующий режим созревания, используемый при приготовлении дорогих сортов колбас,- это, конечно, биотехнология.

Обратим внимание еще на одно важно слово в определении  биотехнологии - «целенаправленно». Действительно, с точки зрения человека микроорганизмы работают  в природе не всегда целенаправленно.

     Например, многие болезни вызываются действием  микроорганизмов, и наоборот, многие микроорганизмы, населяющие человеческое тело ( их масса достигает 2-3 кг), полезны.

     Вспомним, что после лечения антибиотиками, когда эти полезные микроорганизмы уничтожаются наряду с вредными, возникает  такое заболевание  как дисбактериоз, которое приходится лечить введение в организм бактерий ( например, бифидобактерий или молочно-кислых бактерий). Это не биотехнология, а медицина.

     Из  всего выше сказанного можно подвести итог:

Биотехнология-это организованная человеком деятельность микроорганизмов, направленная на получение определенного продукта. 

1.2 Цель и  задачи биотехнологии 

       Однажды наступил момент, когда обществу потребовались  менее дорогие продукты для народного  хозяйства, включая медицину. Тогда-то, на основе микробиологии, генной инженерии, молекулярных и других наук, сформировалось понятие биотехнологии.

     Биотехнология использует одноклеточные микроорганизмы, либо клетки растений или животных. Объясняется это довольно легко.

     Во-первых, в процессе жизнедеятельности клетками выделяются различные важные вещества, такие как белки, жиры, углеводы, аминокислоты, ферменты, и пр. Получение этих веществ, к сожалению, пока возможно исключительно биотехнологическим путем, так как небиотехнологические методы требуют больших затрат и сложных рабочих механизмов.

     Во-вторых, деление клеток происходит крайне быстро, а это означает возможность использовать весьма недорогие и несложные механизмы питания для производства биомассы даже в производственных масштабах.

     Третий, но не менее важный нюанс заключается  в том, что биологический синтез сложных веществ получается гораздо более доступным в плане технологий, а соответственно - значительно дешевле, нежели химический.

     Биотехнология является механизмом, который, используя  вышеназванные продукты жизнедеятельности  в качестве сырья, помогает получать огромное количество очень важных веществ, а именно:

• В области  медицины: витамины, аминокислоты, ферменты, вакцины, антибиотики, антитела, иммуномодуляторы, и другие не менее важные вещества. 
• В области ветеринарии и сельского хозяйства: инсектициды, вакцины, гормоны, липиды, спирты и пр. 
• В химической промышленности: бутанол, ацетон. 
• В энергетической промышленности: этанол, биогаз.

     Какие же основные цели и задачи стоят  перед биотехнологами ?   Во-первых, поддержание и активация путей обмена клеток, ведущих к накоплению целевых продуктов при заметном подавлении других реакций обмена у культивируемого организма;         Во-вторых, получение клеток или их составных частей (преимущественно — ферментов) для направленного изменения сложных молекул (например, рестриктазы, изомеразы и т. д.);          В-третьих, углубление и совершенствование рДНК-биотехнологии и клеточной инженерии на предмет получения особо ценных результатов в фундаментальных и прикладных разработках;         В-четвертых, создание безотходных и экологически безопасных биотехнологических процессов;          В-пятых, совершенствование и оптимизация аппаратурного оформления биотехнологических процессов с целью достижения максимальных выходов конечных продуктов при культивировании естественных видов с измененной наследственностью методами клеточной и генной инженерии;     В-шестых, повышение технико- экономических показателей биотехнологических процессов по сравнению с существующими. 
 

1.3 Виды биотехнологических процессов 

       Наращивание клеточной массы, которая и представляет собой продукт. К такому классу технологий относится получение пекарских дрожжей, кормовых дрожжей, многих вакцин.

     Образование (биосинтез) в процессе роста и  развития клеток ценных биохимических продуктов — некоторые из них выделяются в среду (внеклеточные продукты), некоторые накапливаются в биомассе (внутриклеточные продукты). В этих случаях производство существует ради получения таких продуктов, а не самой биомассы, которая часто является балластом.

     Биотрансформация — процесс,   в результате  которого  под воздействием биохимической деятельности микроорганизмов или ферментов происходит изменение химического состава исходного химического вещества. Отличие от рассмотренного процесса биосинтеза состоит в том, что при этом обычно происходят относительно небольшие изменения в химической структуре вещества, оно не синтезируется заново из относительно более простых веществ. Кроме того, в процессе биотрансформации используют обычно уже готовый биологический агент — клетки микроорганизмов или ферменты, в ходе самого процесса биотрансформации они не образуются.

     Пример  процесса биотрансформации — превращение  глюкозы во фруктозу под воздействием фермента глюкозоизомеразы. Оба сахара имеют одну формулу СбН₁₂О₆, но различную пространственную структуру молекулы.