Основы биотехнологии
Покупка
Новинка
Авторы:
Сироткин Александр Семенович, Закиров Рустем Каюмович, Перушкина Елена Вячеславовна, Щербакова Юлия Владимировна, Жукова Вера Борисовна, Салина Альбина Айратовна
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 100
Дополнительно
Вид издания:
Практикум
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7882-3397-0
Артикул: 853736.01.99
Доступ онлайн
500 ₽
В корзину
Рассмотрены объекты биотехнологии и основы технологических процессов при культивировании живых микроорганизмов, а также биохимические и микробиологические особенности протекания промышленных биотехнологий. Подробно изложен ход проведения лабораторных работ.
Предназначен для студентов направления подготовки 19.03.01 «Биотехнология».
Подготовлен на кафедре промышленной биотехнологии.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Казанский национальный исследовательский технологический университет ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ Практикум 2-е издание, дополненное и переработанное Казань Издательство КНИТУ 2023
УДК 663.1(076) ББК 36-1я7 О-75 Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского национального исследовательского технологического университета Рецензенты: д-р техн. наук, доц. С. А. Сухих канд. техн. наук Д. Д. Зиганшин О-75 Сироткин А. С. Основы биотехнологии : практикум / А. С. Сироткин, Р. К. Закиров, Е. В. Перушкина [и др.]; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – 2-е изд., доп. и перераб. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2023. – 100 с. ISBN 978-5-7882-3397-0 Рассмотрены объекты биотехнологии и основы технологических процессов при культивировании живых микроорганизмов, а также биохимические и микробиологические особенности протекания промышленных биотехнологий. Подробно изложен ход проведения лабораторных работ. Предназначен для студентов направления подготовки 19.03.01 «Биотехнология». Подготовлен на кафедре промышленной биотехнологии. УДК 663.1(076) ББК 36-1я7 ISBN 978-5-7882-3397-0 © Сироткин А. С., Закиров Р. К., Перушкина Е. В., Щербакова Ю. В., Жукова В. Б., Салина А. А., 2023 © Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2023 2
С О Д Е Р Ж А Н И Е Введение ............................................................................................................................................... 5 1. БИОХИМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ ....................................................................................................... 7 1.1. Основные понятия о белках и аминокислотах ....................................................................... 7 Лабораторная работа 1.1. КАЧЕСТВЕННЫЕ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НА БЕЛКИ ........................................................................................................................................ 9 1.2. Углеводы .................................................................................................................................. 12 Лабораторная работа 1.2. ХАРАКТЕРНЫЕ РЕАКЦИИ НА УГЛЕВОДЫ .............................. 15 1.3. Ферменты ................................................................................................................................. 18 Лабораторная работа 1.3. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ ОБНАРУЖЕНИЯ ФЕРМЕНТОВ В БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ ................................................................... 18 Лабораторная работа 1.4. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ ............................................................................................................................... 21 Лабораторная работа 1.5. ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕЦИФИЧНОСТИ И АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ ................................................................................................................................. 23 1.4. Липиды ..................................................................................................................................... 26 Лабораторная работа 1.6. ПОЛУЧЕНИЕ СОЛЕЙ ЖИРНЫХ КИСЛОТ ОМЫЛЕНИЕМ ЛИПИДОВ ...................................................................................................................................... 27 Контрольные вопросы ................................................................................................................... 28 2. МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ ........................................................................................ 30 2.1. Изучение устройства микроскопа и техники микроскопирования .................................... 31 Лабораторная работа 2.1. РАБОТА С МИКРОСКОПОМ ......................................................... 36 2.2. Методы приготовления препаратов микроорганизмов ....................................................... 38 Лабораторная работа 2.2. ПРЕПАРАТЫ ЖИВЫХ КЛЕТОК МИКРООРГАНИЗМОВ ......... 39 Лабораторная работа 2.3. ПРЕПАРАТЫ ФИКСИРОВАННЫХ ОКРАШЕННЫХ КЛЕТОК МИКРООРГАНИЗМОВ ............................................................................................... 42 Лабораторная работа 2.4. ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ ОКРАСКИ МИКРООРГАНИЗМОВ ................................................................................................................ 46 2.3. Молоко как сырье в биотехнологии. Сыры. Пищевая ценность сыров. Технология изготовления сыра ......................................................................................................................... 47 Лабораторная работа 2.5. МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СЫРА ............................... 54 2.4. Дрожжи. Запасные вещества дрожжей ................................................................................. 56 Лабораторная работа 2.6. ВЫЯВЛЕНИЕ ЗАПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ У ДРОЖЖЕЙ ............... 58 Лабораторная работа 2.7. ПОЛУЧЕНИЕ НАКОПИТЕЛЬНЫХ КУЛЬТУР И ИССЛЕДОВАНИЕ ЖИРООКИСЛЯЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ. СЛОЖНЫЕ МЕТОДЫ ОКРАШИВАНИЯ МИКРОБНЫХ КЛЕТОК ............................................................ 60 2.5. Исследование сульфатвосстанавливающих бактерий, вызывающих биокоррозию металла ............................................................................................................................................ 64 3
Лабораторная работа 2.8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ ЗАРАЖЕННОСТИ ВОДЫ ПЛАКТОННЫМИ ФОРМАМИ СУЛЬФАТВОССТАНАВЛИВАЮЩИХ БАКТЕРИЙ ..................................................................................................................................... 69 Лабораторная работа 2.9. ПОЛУЧЕНИЕ НАКОПИТЕЛЬНЫХ КУЛЬТУР И ИССЛЕДОВАНИЕ УГЛЕВОДОРОДОКИСЛЯЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ .............. 72 Контрольные вопросы ................................................................................................................... 75 3. БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ ......................................................................................... 78 3.1. Культивирование микроорганизмов ..................................................................................... 78 3.1.1. Периодическое культивирование ................................................................................... 78 3.1.2. Полунепрерывное культивирование .............................................................................. 82 3.1.3. Непрерывное культивирование ...................................................................................... 83 Лабораторная работа 3.1. ПЕРИОДИЧЕСКОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ ДРОЖЖЕЙ НА ЭТАНОЛЕ ................................................................................................................................ 86 3.2. Основные физико-химические свойства биомассы ............................................................. 92 Лабораторная работа 3.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БИОМАССЫ .................................................................................................................................. 92 Контрольные вопросы ................................................................................................................... 95 Литература .......................................................................................................................................... 97 4
В В Е Д Е Н И Е В современном мире стратегической особенностью развития экономики является слияние различных научных направлений и производственных кластеров для получения программируемых результатов. Одним из важных сегментов научно-технической интеграции является биотехнология. Биотехнология – одна из важнейших современных многогранных научно-технических дисциплин, включающая такие направления, как биохимия, микробиология, химическая технология, медицина, генная инженерия, экология и т. д. Современная концепция биотехнологий – это использование последних достижений науки и техники для промышленного применения положительных качеств микроорганизмов и культур тканей животного и растительного происхождения с целью удовлетворения потребностей человеческого общества. В последнее десятилетие на основе биотехнологических методов в биореакторах (техногенных нишах) воспроизводятся не только природные, но и не протекающие в природе процессы с использованием ферментов (биокатализаторов – бесклеточных ферментных комплексов), одноклеточных и многоклеточных организмов. В настоящее время биотехнология решает проблемы не только медицины или создания пищевых продуктов путем ферментации (традиционной области ее применения); с ее помощью ведется, например, разработка полезных ископаемых, решается проблема энергоресурсов, ведется борьба с нарушениями экологического равновесия и т. д. Результаты биотехнологических исследований могут быть использованы и внедряются: – в здравоохранении. Продуктами биотехнологии являются антибиотики, вакцины, ферменты, гормоны, средства доставки медицинских препаратов к месту локализации болезни; – растениеводстве и животноводстве, где успешно применяются биопестициды, биогумус, кормовые антибиотики, белкововитаминные концентраты (БВК), исследуются процессы силосования и сенажирования кормов, создания трансгенных растений; – защите окружающей среды и биообезвреживании отходов, а также в добыче полезных ископаемых. Речь идет о биологической очистке сточных вод, воздуха, твердых бытовых и промышленных от5
ходов (шламов), биоремедиации почв и водоемов, выщелачивание металлов из отходов промышленности и обедненных руд; – биосенсорике биологических объектов с проведением высокочувствительных и селективных биохимических анализов; – технологиях биоконверсии возобновляемых ресурсов с получением этанола из лигноцеллюлозы, пектинов из грибов, кормовых трав, белка одноклеточных водорослей (р.р. Chlorella, Spirulina). С учетом очевидных перспектив биотехнологии для различных отраслей науки и производства своевременным является реализованное в настоящее время в системе подготовки бакалавров различного направления преподавание основ биотехнологии с элементами микробиологии, биохимии, молекулярной биологии, инженерной энзимологии. 6
. Б И О Х И М И Ч Е С К И Й Р А З Д Е Л 1 . 1 . О с н о в н ы е п о н я т и я о б е л к а х и а м и н о к и с л о т а х Белки – природные высокомолекулярные вещества, состоящие из мономеров – аминокислот (рис. 1.1). Рис. 1.1. Основные аминокислоты, входящие в состав белка 7
Аминокислоты, соединяясь пептидной связью, образуют полипептидные цепи. Белок может состоять из одной или нескольких полипептидных цепей. В состав сложных белков, кроме полипептидных цепей, входят неаминокислотные компоненты. В белках карбоксильная группа одной аминокислоты соединена с аминогруппой другой аминокислоты пептидной связью. На рис. 1.2 показано, как из двух аминокислот образуется дипептид с высвобождением одной молекулы воды. Рис. 1.2. Образование пептидной связи При соединении большого числа (обычно более сотни) аминокислот путем образования пептидных связей формируется полипептидная цепь, имеющая неразветвленную структуру. Каждую аминокислоту, входящую в состав полипептидной цепи, называют аминокислотным остатком. Полипептидная цепь имеет определенное направление, поскольку каждый из ее строительных блоков имеет разные концы – либо амино-, либо карбоксильная группа. Условились считать, что полипептидная цепь начинается с N-конца, т. е. с конца, несущего аминогруппу. При изображении последовательности аминокислот в полипептидной цепи начинают с N-концевого остатка. Так, в трипептиде аланин-глицин-триптофан аланин несет концевую аминогруппу, а триптофан – концевую карбоксильную группу. Обратите внимание, что триптофан-глицин-аланин – это уже другой трипептид. Полипептидная цепь состоит из регулярно повторяющихся участков, образующих основную цепь, и вариабельной части, включающей в себя характерные боковые цепи (рис. 1.3). Основную цепь называют иногда скелетом, или остовом молекулы. В ряде белков некоторые боковые цепи остатков цистеина соединены между собой дисулъфидными связями (мостиками), которые образуются при их окислении. Возникающий при этом дисульфид называют цистином. 8
Рис. 1.3. Строение полипептидной цепи: полипептидная цепь состоит из скелета, имеющего регулярную повторяющуюся структуру, и отдельных боковых цепей (R1, R2, R3 …) Качественные реакции на белки можно разделить на реакции с основной цепью и на реакции с боковыми группами отдельных аминокислот. Реакции на основную цепь проходят для всех белков, реакции на отдельные боковые группы зависят от аминокислотного состава конкретного белка и с некоторыми белками могут не проходить. Л а б о р а т о р н а я р а б о т а 1 . 1 К А Ч Е С Т В Е Н Н Ы Е И К О Л И Ч Е С Т В Е Н Н Ы Е Р Е А К Ц И И Н А Б Е Л К И Биуретовая реакция на пептидную группу (качественная реакция) Метод основан на способности пептидной группы в белках и полипептидах (-CO-NH-) образовывать в щелочной среде с ионами меди комплексное соединение фиолетового цвета с красным или синим оттенком в зависимости от числа пептидных связей в белке. Данная реакция является реакцией на основную цепь белка. Биуретовая реакция положительна с белками и пептидами, имеющими не менее двух пептидных связей; с ди- и трипептидами она неустойчива. Биуретовую реакцию дают и небелковые вещества, содержащие не менее двух пептидных групп, например, производное мочевины – биурет NH2-CO-NH-CO-NH2, давшее название этой реакции, и некоторые другие. В сильнощелочной среде пептидные группы полипептидов переходят в енольную форму, в которой и взаимодействуют с ионами меди, 9
образуя окрашенный биуретовый комплекс. Биуретовая реакция схематично протекает следующим образом: Реактивы: 1 % раствор яичного белка; 1 % раствор желатина; 10 % NaOH; 1 % CuSO4. Ход работы: Отметка № о выполнении п/п Перечень практических действий +/− 1 Взять три пробирки 2 В пробирку № 1 поместить 5 капель 1 % раствора яичного белка 3 В пробирку № 2 поместить 5 капель 1 % раствора желатины 4 В пробирку № 3 поместить 5 капель раствора воды 5 Во все пробирки добавить по 5 капель 10 % раствора NaOH 6 Во все пробирки добавить по 1 капле 1 % раствора CuSO4 7 Взболтать содержимое пробирок 8 Полученные результаты отразить в таблице 10
Похожие
Доступ онлайн
500 ₽
В корзину