Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
1. Podać definicję terminu biotechnologia.
Biotechnologia jest interdyscyplinarną dziedziną naukową, rozwija się szybko i wielokierunkowo. Jej tradycja sięga tysiącleci. Biotechnologia jest przyszłościowym kierunkiem wiedzy. Pojawiają się nowe możliwości zastosowania biotechnologii w medycynie, rolnictwie, ochronie środowiska i wielu innych dziedzinach naszego życia.
Swoje podstawy naukowe opiera na licznych dyscyplinach naukowych.
→ Zgodnie z definicją Europejskiej Federacji Biotechnologii:
Biotechnologia jest to zintegrowane zastosowanie biochemii, mikrobiologii i inżynierii procesowej w celu technicznego wykorzystania zdolności drobnoustrojów, kultur tkankowych oraz ich części.
→ Zgodnie z Międzynarodową Unią Chemii Czystej i Stosowanej:
Biotechnologia jako zastosowanie biochemii, biologii, mikrobiologii i inżynierii chemicznej w procesach przemysłowych i ochronie środowiska.
→ W ekspertyzie PAN (Polska Akademia Nauk) z 1984r.:
Biotechnologia jest to zintegrowane zastosowanie wiedzy i techniki w dziedzinie biochemii, mikrobiologii i nauk inżynieryjnych w celu technologicznego wykorzystania zdolności drobnoustrojów, kultur tkankowych lub części z nich.
2. Wymienić drobnoustroje o znaczeniu przemysłowym i scharakteryzować wybraną ich grupę.
Zastosowanie mikroorganizmów w procesach biotechnologicznych może mieć różne cele. W związku z tym można wyodrębnić następujące grupy technologii :
a) Wytwarzanie biomasy mikroorganizmów :
- produkcja drożdży piekarniczych i paszowych; kultur stosowanych do przetwórstwa mleka oraz wytwarzanie szczepionek przeciwko chorobom zakaźnym.
b) Wytwarzanie produktów metabolizmu drobnoustrojów :
- produkcja antybiotyków, etamolu, witamin, kwasów organicznych
c) Zużywanie substratu :
- w tej grupie procesów podstawowym celem jest utylizacja substratu zaś wytworzenie biomasy i innych produktów metabolizmu stanowi efekt uboczny. Do tej grupy należą technologie oszczyszczania ścieków. W tych technologiach używane są bakterie (heterotroficzne oraz autotroficzne bakterie nitryfikacyjne), grzyby, wirusy w ograniczonym zakresie.
d) Kompostowanie – 1 etap – najsilniej rozwijają się bakterie mezofile. Mikroorganizmy te przeprowadzają biodegradację (penicillum, Fusarium, Rhizopus, drożdże i drożdżaki) . Jest to najkrótszy etap. 2 etap – stała wysoka temp. W tym okresie dominują bakterie termofilne, niektóre grzyby, które atakują związki org. Trudno rozkładające się (Streptomyces, Themoactinomyces, Micromonospora; grzyby: Botrytis, Trichoderma, Aspergillus SATAN). 3 etap – dominują bakterie mezofile, głównie bakterie celulolityczne, nitryfikacyjne, promieniowce, niektóre grzyby.
3. Co to są autotrofy?
Autrotofy- zdolne do syntezy związków organicznych z prostych związków mineralnych, np. CO2 , H2 O, przy udziale energii pochłanianej ze światła słonecznego- fotoautotrofy lub poprzez energię chemiczną- chemoautotrofy.
4. Co to są heterotrofy?
Heterotrofizm- polega na wykorzystaniu jako pokarmów gotowych związków organicznych (białek, cukrów, tłuszczów, aminokwasów, itp.). Pobierane związki organiczne są dla heterotrofów źródłem energii. Do heterotrofów należą: większość bakterii, wszystkie grzyby, zwierzęta, ludzie.
Wśród mikroorganizmów heterotroficznych wyróżnia się:
→ Saprofity- przyswajają substancje organiczne z martwego materiału
→ Pasożyty- pobierają związki organiczne z żywych organizmów.
5. Podstawowe typy oddychania mikroorganizmów.
Oddychanie komórkowe – wszystkie procesy zachodzące w żywej komórce, dzięki którym substancje organiczne zostają utlenione i uwalniana jest energia chemiczna. Energia jest magazynowana w wiązaniach chemicznych. Istnieją dwa typy oddychania : tlenowe i beztlenowe. Różnica między tymi typami oddychania polega na tym, że w oddychaniu tlenowym jedynym akceptorem wodoru oderwanego jest tlen, podczas gdy w oddychaniu beztlenowym akceptorami są proste związki mineralne : azotany, siarczany, węglany lub związki organiczne (w przypadku fermentacji).
Oddychanie tlenowe – podstawowym substratem oddechowym i źródłem energii jest cukier prosty – glukoza (C6H12O6).
Oddychanie beztlenowe – produktami oddychania beztlenoweo są –w zależności od substratu: triozy, kwasy organiczne, alkohole, aminy oraz substancje gazowe : siarkowodór, metan, amoniak.
Jednym z przykładów oddychania beztlenowego jest :
FERMENTACJA – proces częściowego rozkładu związku organicznego i powstania produktu organicznego zawierającego jeszcze część energii. Typ fermentacji, w której powstaje jednolity produkt końcowy nazywamy homofermentacją, w przeciwieństwie do hetero fermentacji, w której oprócz produktu głównego, powstają w niewielkich ilościach także produkty dodatkowe.
· Fermentacja alkoholowa :
Drobnoustroje wywołującymi fermentację alkoholową są drożdże właściwe (saccharomyces),należą do grzybów niższych. Fermentują one cukier na alkohol etylowy i dwutlenek węgla.
· Fermentacja mlekowa
Jest wywołana przez bakterie mlekowe z rodzaju Lactobacillus i Streptococcus. Jest to typowa homofermentacja.
· Fermentacja masłowa :
Wywołana przez bakterie Clostridium.
Inne typy oddychania BEZTLENOWEGO :
- redukcja azotanów = denitryfikacja – w wyniku przekazywania wodoru z utlenionego substratu na azotany następuje ich redukcja do azotynów, amoniaku lub wolnego azotu. Bakterie de nitryfikujące : Thobacillus denitrificans, Pseudomonas fluorescens, Micrococcus denitrificans. Bakterie te należą do względnych beztlenowców i występują w dużych ilościach w wodach silnie zanieczyszczonych oraz osadach dennych.
jest to reakcja łańcuchowa
- redukcja siarczanów = desulfurikacja – donorami wodoru może być np.: alkohol etylowy, propylowy, aminokwasy, glukoza. Produktem końcowym jest siarkowodór – jest związkiem trującym dla organizmów zamieszkujących wody powierzchniowe. Jedynie dla bakterii siarkowych nie jest on trujący i stanowi źródło energii dla procesu chemosyntezy.
6. Podział drobnoustrojów według ich wymagań temperaturowych.
→ Psyhrofilne- temperatura od 0-30°C mogą się rozmnażać, temperatura od 15-20°C optymalny wzrost.
→ Mezofilne- optymalna temperatura około 37°C, temperatura od 15-45°C mogą się rozmnażać.
→ Termofilne- temperatura od 40-80°C mogą żyć (niektóre przy wyższych), optimum 55-65°C.
7. Podać zakres zastosowań współczesnej biotechnologii.
1) Produkcja żywności- przemysł spożywczy (fermentacja, enzymy).
2) Rolnictwo.
3) Ochrona zdrowia (namnażanie drobnoustrojów, mikrobiologiczna biosynteza naturalnych metabolitów drobnoustrojów).
4) Przemysł chemiczny i inne przemysły (wytwarzanie surowców, nośniki energii, bioelektronika).
5) Ochrona środowiska.
6) Analiza.
8. Zastosowanie biotechnologii w ochronie środowiska.
Metody biotechnologiczne wykorzystywane w ochronie środowiska polegają na zapobieganiu i/lub ograniczeniu ilości wprowadzonych zanieczyszczeń do wód, gruntów czy atmosfery oraz na działaniu sprzyjających odnowie zdegradowanych elementów środowiska. Eliminacja zanieczyszczeń z odpadów gazowych, płynnych i stałych zachodzi z udziałem mikroorganizmów, które wykorzystują je jako substraty pokarmowe. Dużą efektywność metod biotechnologicznych uzyskuje się poprzez zapewnienie drobnoustrojom optymalnych warunków rozwoju, co wiąże się z doborem parametrów technicznych ukierunkowujących ich przemiany metaboliczne.
Wśród metod tych wyróżnia się:
1) Biotechnologia ścieków:
a) eliminacja związków azotu i fosforu
b) usuwanie biologiczne trudno rozkładalnych substancji
c) optymalizacja bioreaktorów do oczyszczania ścieków
d) fermentacja metanowa ścieków
e) biomembranowe oczyszczanie ścieków
f) immobilizacja mikroorganizmów
2) Przeróbka i unieszkodliwianie osadów ściekowych
a) zagęszczenie osadów
b) fermentacja metanowa osadów
c) tlenowa stabilizacja osadów ściekowych
d) końcowe unieszkodliwienie, np. kompostowanie lub rolnicze wykorzystanie
3) Utylizacja odpadów
a) biogaz z wysypisk
b) kompostowanie
c) namnażanie biomasy z odpadów
4) Zastosowanie biopreparatorów i aktywnych szczepów bakterii w biodegradacji toksycznych i trudno rozkładalnych zanieczyszczeń.
5) Procesy bioremediacji (bioregeneracji), np. oczyszczanie metodami mikrobiologicznymi gleb i wód gruntowych zanieczyszczonych związkami ropopochodnymi.
6) Biologiczne metody oczyszczania gazów odlotowych z zanieczyszczeń organicznych, nieorganicznych i odorów:
a) biofiltry
b) płuczki biologiczne
7) Procesy biohydrometalurgiczne
a) odsiarczanie paliw: węgla i ropy naftowej
b) ługowanie metali z popiołów i odpadów przemysłowych
c) ługowanie metali z osadów ściekowych
9. Wymienić rodzaje bioprocesów przemysłowych i scharakteryzować jeden z nich.
→ Biosynteza- proces dokonywany przez żywą komórkę, proces wieloetapowy, powstawanie ze związków prostych złożonych związków organicznych zachodzących pod wpływem enzymów. W niektórych procesach może zachodzić pod wpływem preparatorów enzymatycznych.
→ Biotransformacja- przy udziale enzymów (preparaty enzymatyczne, drobnoustroje). To procesy przekształceń różnorodnych egzogennych związków chemicznych do strukturalnie podobnych produktów, które zazwyczaj nie wykazują funkcji metabolicznej i są gromadzone przez drobnoustroje pozakomórkowo.
→ Biohydroliza- hydrolityczny rozkład substancji wielkocząsteczkowych zachodzących przy udziale enzymów.
→ Fermentacja:
a) w sensie dosłownym: to beztlenowy, mikrobiologiczny rozkład substancji organicznych bezazotowych przebiegający z wydzielaniem CO2 .
b) szerzej: to reakcje biochemiczne zachodzące pod wpływem enzymów wytwarzanych przez mikroorganizmy . w tym znaczeniu technologia fermentacji jest synonimem technologii mikrobilogicznej.
→ Bioługowanie (wymywanie)- to procesy ługowania minerałów, głównie uranu i miedzi. Polega na ekstrakcji minerałów z trudno rozpuszczalnych związków, np. siarczków, w rezultacie przekształcanie ich przy udziale mikroorganizmów w związki rozpuszczalne, np. siarczany.
→ Biodegradacja- biochemiczny rozkład wielkocząsteczkowych związków organicznych do prostych składników chemicznych.
10. Co to jest aseptyka?
Aseptyka- sterylność. W procesach biotechnologicznych jałowość, sterylność mikrobiologiczna, wolne od drobnoustrojów warunki środowiska.
11. Co to jest inokulacja?
Inokulacja- szczepienie roślin, wprowadzenie do ustroju zarazka lub pasożyta przez kłującego owada lub inne zwierzę krwiopijne .
12. Co to jest fermentacja?
Fermentacja- jest to beztlenowy proces biochemiczny. Proces częściowego rozkładu związku organicznego i powstania produktu organicznego zawierającego jeszcze część energii. Typ fermentacji, w której powstaje jednolity produkt końcowy nazywamy homofermentacją, w przeciwieństwie do heterofermentacji, w której oprócz produktu głównego powstają w niewielkich ilościach także produkty dodatkowe.Do najważniejszych rodzajów fermentacji należą :
→
→ (fermentacja beztlenowa)
→
→
→
→
→
→
13. Co to jest biodegradacja?
Biodegradacja- to biochemiczny rozkład związków organicznych przez organizmy żywe (bakterie, pierwotniaki, promieniowce, grzyby, glony, robaki) na prostsze składniki chemiczne.
14. Jakie czynniki mogą brać udział w procesach biotechnologicznych?
15. Podać przykłady procesów biotechnologicznych nie wymagających aseptyki.
Są procesy biotechnologiczne nie wymagające aseptyki. Są to procesy przebiegające przy użyciu mieszanej mikroflory (oczyszczanie ścieków, fermentacja metanowa, kompostowanie, itp.).
16. Kiedy w procesach biotechnologicznych niezbędne jest zachowanie aseptyki?
Zachowanie sterylności jest konieczne tylko w procesach biotechnologicznych, w których stosowane są tylko czyste kultury mikroorganizmów. Obecność innych drobnoustrojów może spowodować niepożądane skutki:
→ obce szczepy mogą wypierać kulturę produkcyjną
→ mogą powodować zanieczyszczenie końcowego produktu przez produkty swojego metabolizmu.
→ mogą powodować rozkład pożądanego produktu
→ infekcja ...? – wirusy atakujące bakterie. Może doprowadzić do zniszczenia szczepu produktu.
→ obce mikroorganizmy mogą rosnąć razem ze szczepem produktu wykorzystując ten sam substrat, co prowadzi do zmniejszenia wydajności procesu.
Sterylność nie jest wymagana we wszystkich procesach biotechnologicznych. W niektórych procesach wystarcza pasteryzacja, w której giną tylko wegetatywne formy bakterii. Pasteryzacja stosowana jest w przemyśle spożywczym.
17. Jaka jest podstawowa rola DNA w komórce?
DNA- czyli kwas dezoksyrybonukleinowy to nośnik informacji genetycznej w . Występuje głównie w komórce, ale jest też w . Jądro komórkowe w czasie rozmnażania ulega podziałowi, informacja genetyczna również, dlatego ilość DNA przed podziałem musi zostać podwojona. Jest to proces replikacji. Najpierw DNA musi ulec rozpleceniu, następnie na matrycy starej nici dobudowywana jest nowa. dobudowywane są na zasadzie komplementarności.
Wyróżnia się trzy typy replikacji:
→ Replikacja semikonserwatywna- DNA ulega rozplątaniu i na matrycy każdej z nici dobudowywana jest nowa. Dwie cząsteczki DNA zawierają po jednej starej i jednej nowej nici;
→ Replikacja konserwatywna- nowa nić nie jest dobudowywana na matrycy starej, po replikacji powstają dwie cząsteczki DNA, jedna stara i jedna nowa;
→ Replikacja przypadkowa- cząsteczka DNA ulega pofragmentowaniu, nowe DNA zawiera część nici starych cześć nowych.
DNA uczestniczy w . Proces ten poprzedzony jest .
→ Transkrypcja- to proces, który zachodzi w jądrze komórkowym i polega na przepisaniu informacji genetycznej z DNA na .
18. Co to są geny?
Gen jest to pewien odcinek nici DNA o określonej sekwencji zasad. Sekwencja zasad w cząsteczce DNA stanowi tę informacje genetyczną, którą niesie gen i która uzewnętrznia się w występowaniu określonej cechy. Każdy gen odpowiedzialny za każdą cechę można traktować jako sekwencję zasad.
19. Co to są plazmidy?
Małe kuliste cząsteczki DNA, które występują w komórkach drobnoustrojów niezależnie od nukleoidów.
20. Co to jest i na czym polega mutacja?
Mutacja jest to nagłe pojawienie się komórki o zmienionym genotypie zdolnej do przekazywania zmienionych cech swojemu potomstwu. Mutacje są zmianami cech w obrębie DNA . Zmiany te polegają na zmianie sekwencji zasad azotowych w DNA. Mutacja jest zawsze zmianą niekontrolowaną. W populacji otrzymanej mamy część osobników niezmutowanych i część mutantów.
21. Co to jest mutant?
Mutant- komórka o zmienionych cechach.
22. Co to jest mutagen?
Mutagen- czynnik który wywołuje mutacje. Wyróżniamy czynniki:
1) Fizyczne- z promieniowania UV, promienie jonizujące (X i γ)
2) Chemiczne.
23. Co to jest inżynieria genetyczna?
Inżynieria genetyczna- technologia genowa. Mianem inżynierii genetycznej określa się świadome zabiegi umożliwiające manipulację genami, poza żywą komórka, czyli tzw. „in vitro”. W ten sposób można konstruować nowe genotypy, które nie występują w naturze. Istotą inżynierii genetycznej jest celowe konstruowanie zrekombinowanych cząsteczek DNA, a następnie wprowadzenie ich do żywego organizmu. Metoda ta umożliwia wprowadzenie do komórki całych serii nowych, w tym również biologicznie odległych genów oraz usunięcie lub wymianę genów już istniejących. W ten sposób można nadać organizmowi nowe zaplanowane właściwości genetyczne, a w konsekwencji nowe cechy fizjologiczne i biochemiczne. W ten sposób można uzyskać szczepy organizmów zdolne np. do syntetyzowania substancji niezbędnych w medycynie. ....? ludzkiej, hormonów ludzkich, białek krwi i innych substancji. Inżynieria genetyczna stwarza także możliwość pozyskiwania i zastosowania różnych aktywnych szczepów mikroorganizmów do biodegradowania niektórych toksycznych i trudno rozkładalnych zanieczyszczeń przemysłowych, takich jak: związki aromatyczne a szczególnie wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, ich pochodne, pestycydy i inne. Takie możliwości budzą wielkie nadzieje. Budzą także kontrowersje. Podchodzi się ostrożn...