КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА. СОДЕРЖАНИЕ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ " ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И. С. ТУРГЕНЕВА" ИНСТИТУТ БИОТЕХНОЛОГИИ И БИОИНЖЕНЕРИИ

Кафедра «Промышленная химия и биотехнология»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Биотехнология пробиотиков и пребиотиков»

Выполнил:

Магистрант __2__ курса

очной формы обучения

Матюхин О. Д.

фамилия, и., о.

Преподаватель:

_______________________________

ученая степень, ученое звание, должность

____________________________________

фамилия, и., о

Дата представления работы

« 17 » ____декабря____ 2018_ г.

Орел 2018

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Теоритические вопросы

1. Характеристика и классификация ферментов.

2. Биологическая безопасность при использовании живых систем. Защита внутреннего рынка России от фальсифицированных, опасных и не качественных пищевых продуктов.

3. Продукты, приготовляемые с использованиеммезофильных и термофильных молочнокислыхстрептококков.

4. Применение бактериофагов в медицине и биотехнологии.

Заключение

Список используемой литературы

Ведение

Контрольная работа по дисциплине «Биотехнология пробиотиков и пребиотиков» должна быть выполнена магистрантомочной формы обучения в соответствии с установленным учебным графиком и планом для магистрантов очной формы обучения в Орловском государственном университете имени И. С. Тургенева.

Выполнение магистрантом контрольной работы – это составная часть учебного процесс и является одной из форм контроля самостоятельной работы магистранта.

Основными задачами выполнения контрольной работы являются:

- самостоятельное изучение соответствующей темы учебной дисциплины;

- формирование навыков самостоятельной работы по подбору и литературы, нормативных правовых актов и умению формулировать выводов по конкретной теме;

- умению формировать навыки самостоятельного составления документов, опираясь на условия конкретной ситуации;

- контроль качества усвоения изученного материала и самостоятельной работы магистранта.

Приступая к написанию работы, магистрант должен изучить дисциплину «Биотехнология пробиотиков и пребиотиков» в объеме, установленном учебным планом института, и в соответствии с рабочей программой дисциплины.

Теоритические вопросы

1. Характеристика и классификация ферментов.

Ферменты – органические катализаторы белковой природы, обладающие специфической способностью к активированию других веществ. Они участвуют практически во всех реакциях, протекающих в живом организме, в процессах обмена между организмом и внешней средой.

Ферменты состоят из большого количества аминокислот и из-за этого имеют большую молекулярную массу. От последованости аминокислот и пространственного расположения их в молекуле зависит свойства фермента. Разновидности пространственного расположения ферментов. Первичная структура представляет собой последовательное соединение аминокислот и обусловлена наследственными особенностями организма, именно она в значительной степени характеризует индивидуальные свойства ферментов. Вторичная структураферментов организованна в виде альфа – спирали. Третичная структура имеет вид глобулы и участвует в формировании активного и других центров. Многие ферменты имеют четвертичную структуруи представляют собой объединение нескольких субъединиц, каждая из которых характеризуется тремя уровнями организации молекул различающихся друг от друга, как в качественном, так и в количественном соотношении.

Строение ферментов делят на два центра: Активный центр – это участок молекулы фермента, которая специфически взаимодействует с субстратом. Активный центр представлен функциональными группами нескольких остатков аминокислот, именно в нем происходит присоединение и химическое превращение субстрата. Аллостерический центр – это участок фермента ответственная за присоединение активаторов или ингибиторов.

Ферменты бывают свободными и частично связанными. Свободные ферменты растворены в клеточном соке и выделяются в окружающую среду клеткой называютсяэкзоферменты. Частично связанные ферменты адсорбированы на поверхности органел и действуют внутри клетки.

Субстраты – это вещества подвергающиеся различными химическими изменениями под действием ферментов. Химические изменения бывают разного типа таки как реакции гидролиза, поликонденсации, окисления-восстановления, дегидрирования.

Свойства ферментов:

1. Строгая специфичность фермента к субстрату. Каждый фермент действует на определенный тип химических связей в молекуле. Специфичность фермента обусловлена строением его активного центра.

2. Каталитическая активность фермента – это способность фермента вступать в реакцию с субстратом за единицу времени. Ферменты превосходят по каталитической активности большинство химических катализаторов.

3. Большая лабильность ферментов. То есть чувствительность к внешним условия среды: pH, температура, концентрация субстрата, активаторы и ингибиторы. Все ферменты имеют собственный оптимум данных параметров, при которых происходит максимальная каталитическая активность. Условия ферментативной реакции более мягкие, чем химического катализатора. Так как ферменты используются в микроорганизмах.

Классификация ферментов:

Два больших класса ферментов по строению:

1. Однокомпонентные ферменты – состоят из белка с каталитическими свойствами.

2. Двухкомпонентные ферменты – состоят из белка и не белковой части.

Белковая часть фермента называется ферон, а небелковая часть называется коферментом. Ферон оказывает решающее действие на специфичность фермента, а соединение белка с коферментом приводит к огромному возрастанию его каталитической активности. Коферментами могут быть: ионы металлов, витамины и их производные, комплексные органические соединения или металлоорганические соединения.

Классификация ферментов по типу катализируемой реакции:

Оксидоредуктазы - окислительно-восстановительные ферменты. Катализируют реакции окисления и восстановления (перенос атомов и электронов водорода), которые происходят при дыхании и брожении.

К этим ферментам относятся дегидрогеназы (катализирующие процесс дегидрирования – отщепление молекулы водорода); оксидазы (осуществляющие реакции окисления, например, полифенолоксидаза – окисление полифенолов); пероксидаза (окисление происходит с участием перекиси водорода); каталаза (катализирует распад перекиси водорода).

Трансферазы - катализируют перенос различных групп от одного субстрата на другой. Представителями этого класса являются: метилтрансферазы (переносчики метильных групп); ацилтрансферазы (переносчики ацильных групп – альдегидных или кетонных); киназы (переносчики фосфорных групп).

Гидролазы - катализируют расщепление различных сложных органических соединений на более простые с присоединением воды. К ним относятся протеолитические ферменты, гидролизующие белки; гликозидазы, гидролизующие углеводы (амилазы, цитазы, пектиназы).

Лиазы - разрывают связи С-С, С-О, C-N с образованием двойных связей или осуществляют присоединение по двойным связям. Лиазы принимают участие в процессах брожения, дыхания, фотосинтезе и расщеплении жиров. Под действием этих ферментов происходит отщепление воды, углекислого газа (углерод-кислород лиазы), аммиака (аммиак-лиазы) с образованием двойной связи.

Изомеразы – катализируют реакции изомеризации. Этот класс сравнительно небольшой. В отличие от трансфераз, изомеразы катализируют перенос групп только внутри молекулы. К ним относятся: внутримолекулярные оксидоредуктазы (катализируют взаимные превращения альдоз и кетоз, перемещают –С=С- связи); внутримолекулярные трансферазы (переносят фосфорно-эфирные группы).

Лигазы - катализируют присоединение друг к другу двух различных молекул с участием АТФ-источника энергии. Эти ферменты катализируют синтез полисахаридов, жиров, белков, нуклеиновых кислот, а также ряд промежуточных продуктов обмена веществ. Этот класс очень важен для промышленного производства, так как позволяет синтезировать органические вещества заданного строения. К этим ферментам относятся лигазы, образующие С-О связи (ферменты, катализирующие присоединение остатков аминокислот к транспортной РНК); С-S связи (ферменты, катализирующие присоединение остатков органических кислот к коферменту А); С-N связи (глютаминсинтетаза – катализирующая реакцию синтеза глютамина из глютаминовой кислоты и аммиака); С-С связи (карбоксилазы – катализируют присоединение углекислого газа к различным органическим кислотам, таким образом, удлиняя органическую цепочку).

Биологическая безопасность — это система медико-биологических, организационных и инженерно-технических мероприятий и средств, направленных на защиту работающего персонала, населения и окружающей среды от воздействия

Для обеспечения биологической безопасности используют датчики на основе живых систем. Такие датчики на основе живых систем называются биосенсорами.

Биосенсоры — это аналитические приборы, в которых для определения химических соединений используются реакции этих соединений, проходящие в органеллах, клетках или тканях. Таким образом, биосенсоры являются структурами, указывающими на присутствие определенных молекул или биологических структур в исследуемых пробах, а также определяющими количество присутствующего в них искомого вещества. В биосенсорах биологический компонент сочетается с физико-химическим преобразователем.

Большинство биосенсоров ориентированы на анализ биологических жидкостей. Действительно, например, в крови находятся тысячи различных веществ. Задача заключается в том, чтобы быстро и эффективно определить концентрацию нужного соединения (например, глюкозы). Для людей, страдающих диабетом, это жизненно важный клинический анализ. Биосенсоры обеспечивают такую возможность.

Функционально биосенсоры сопоставимы с датчиками живого организма — рецепторами, способными преобразовывать разные типы сигналов, поступающих из окружающей среды, в электрические. Наибольшее распространение сейчас получили биосенсоры на основе ферментов.

Основными характеристиками, позволяющими биосенсорному анализу успешно конкурировать с традиционными методами, являются оперативность анализа, высокая специфичность и чувствительность при низкой стоимости, отсутствие необходимости использовать дорогостоящую аппаратуру и квалифицированный персонал.

Для защиты внутреннего рынка России от фальсифицированных, опасных и не качественных пищевых продуктов используют ряд законодательных документов. Таких как:

1) ГОСТ 22. 0. 04-97 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Биолого-социальные чрезвычайные ситуации. Термины и определения (аутентичен ГОСТ Р 22. 0. 04-95). Описывающий требования и условия проведения операций при биологических угрозах. Таких как карантин, санитарная охрана территории, противочумная система и т. д.

2) Ст. 1 Федерального закона №29-ФЗ от 02. 01. 2000 г. " О качестве и безопасности пищевых продуктов" это пищевые продукты, умышленно измененные (поддельные) и (или) имеющие скрытые свойства и качество, информация о которых является заведомо неполной или недостоверной.

3)СанПиН 2. 3. 2. 1293-03 «Гигиенические требования по применению пищевых добавок».

4) Закон Российской Федерации «О защите прав потребителей» от 07. 02. 1992 г. № 2300-1 (ред. от 09. 01. 1993 г. ).

5) Закон Российской Федерации «О государственном регулировании в области генно- инженерной деятельности» от 05. 06. 1996 г. № 3348-1.

6) Федеральный закон «О продовольственной безопасности» (1998 г. ).

7)Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» от 30. 03. 1999 г. № 52-ФЗ.

8)Федеральный закон «О качестве и безопасности пищевых продуктов» от 02. 01. 2000 г. № 29-ФЗ.

9)Федеральный закон «О техническом регулировании» от 27. 12. 2002 г. № 184-ФЗ.

10)СанПиН 2. 3. 2. 1078-01 «Гигиенические требования к безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов».

11)СанПиН 2. 3. 2. 1324-03 «Гигиенические требования к срокам годности и условиям хранения пищевых продуктов».

Из списка указанный выше видно, что в РФ существует большое количество защитных мер от фальсифицированных, опасных и не качественных пищевых продуктов.

3. Продукты, приготовляемые с использованиеммезофильных и термофильных молочнокислыхстрептококков.

Перед изучением продуктов, которые приготовлены с использованием мезофильных и термофильных молочнокислых стрептококков, рассмотрим характеристики и свойства данных микроорганизмов.

Мезофильные молочнокислые стрептококки – это бактерии с температурным оптимум от 30˚ С до 35˚ С, это грамположительные кокки, образующие короткие или длинные цепочки, неподвижны, спор и капсул не образуют. Они относятся к факультативно-анаэробным микроорганизмам (микроаэрофилам).

Мезофильные молочнокислые стрептококки это не однотипная группа. В нее водят активныекислотообразователей (Streptococcuslactis, Streptococcuscremoris) и ароматообразующпх стрептококков (Leuconostoccitrovorum и Leuconostocdextranicum).

Streptococcuslactis. Форма клеток в молоке в виде овальных кокки величиной от 0, 5 до 1 мк, соединенные попарно или в виде коротких цепочек. Хорошо окрашиваются обычными красками, красятся по Граму, неподвижны, спор не образуют. Оптимальная температура развития 25-30° С, максимальная 40° С, минимальная 10° С и иногда несколько ниже. При внесении культуры петлей в 10 мл молока и при оптимальной температуре активные штаммы свертывают молоко за 10-12 ч, образуя плотный ровный сгусток. Через 18 ч кислотность сгустка достигает 80-90°Т, а через 5-7 дней кислотность становится 100-125° Т.

Streptococcuscremoris. Многие штаммы Str. сгеmoris отличаются от Str. lactis по морфологии клеток — они часто дают в молоке сочетание в виде цепочек. Форма колоний такая же, как и у Str. Lactis. Оптимальная температура развития 25-30°С. максимальная 36°С, предельная кислотность молока 110-115°С.

Ароматообразующий стрептококк Leuconostoccitrovorum. Форма клеток в молоке имеют овальную, могут образовывать цепочки. В процессе своей жизнедеятельности продуцируют молочную и уксусную кислоту, углекислый газ, этиловый спирт, декстран и эфиры, ароматические вещества ацетоин и диацетил.

Термофильные молочнокислыестрептококки –это бактерии с температурным оптимумом от 40 до 45°С, являются кокками соединенные в длинные цепочки, немного крупнее чем мезофильные молочнокислые стрептококки, при оптимуме свертывает молоко за 12-14 часов.

Примером термофильных молочнокислых стрептококков являются Streptococcusthermophilus. Данныймикрооганизм образует округлые колонии с зернистой структурой. При оптимальной температуре развития термофильный стрептококк свертывает молоко за 3, 5-6 ч, образуя ровный, прочный сгусток сметанообразной консистенции; предельная кислотность 110-120°Т. Термофильный стрептококк не сбраживают мальтозу, декстрины и салицин с образованием молочной кислоты, и также не разлагают казеин.

Мезофильные и термофильные молочнокислыестрептококки используются для приготовления следующих типов продуктов в виде заквасок: кефир, творог, сметана, простокваша, сливки, йогурт, ряженка, масло, ломтевые сыры, квашеная капуста и засоленные огурцы, вино.

Далее рассмотрим каждого, выше перечисленному микроорганизму в продуктах.

Streptococcuslactis входит также в состав микрофлоры кефирного грибка. Он восстанавливает и свертывает лакмусовое молоко, не образует ацетоин, растет при 39°С и при наличии 4% NaCl образуют значительное количество кислоты, разлагают аргинин с выделением аммиака; не развиваются в среде, в которой содержится 6, 5% NaCl и в щелочной среде (при рН 9, 5). Str. lactis используют в заквасках как активныйкислотообразователь в начале процесса сквашивания. Отдельные штаммы Streptococcuslactisвызывают солодовый и хлебный запах в молоке и сливках.

Streptococcuscremoris при пониженных температурах культивирования (15-20°С) образуют значительное количество летучих кислот, восстанавливают и свертывают (иногда только частично) лакмусовое молоко, дают отрицательную пробу на ацетон, не расщепляют аргинина, при 39°С не растут и в среде с 4% NaCl не развиваются. Развиваясь в молоке, Str. cremoris образует сгусток, напоминающий по консистенции сметану. Используются как закваска для кефира и сметаны.

Leuconostoccitrovorum используется при ферментации овощей, в частности при квашении капусты и солении огурцов. Кроме того, они используются при производстве молочных продуктов и вина. Лейконостоки являются ароматообразующими составными частями заквасок молочнокислых бактерий для приготовления масла и ломтевых сыров.
Leuconostoccitrovorumвходят в состав естественной микрофлоры кефирного грибка и играют большую роль в формировании его вкуса и запаха.

Streptococcusthermophilus широко используют в промышленном производстве для изготовления кисломолочных напитков. Он в короткое время сбраживает сахарозу, повышает кислотность молока с последующим образованием молочной кислоты. В результате синтезируются полисахариды, которые придают готовому продукту плотную консистенцию, приятный вкус и аромат. Применяют для производства следующих молочных продуктов: ряженка, варенец, отдельные виды сыров, сметана, йогурт, кефир.

4. Применение бактериофагов в медицине и биотехнологии.

Бактериофаги— вирусы бактерий, специфически проникающие в бактерии, паразитирующие в них вплоть до гибели (лизиса) бактериальной клетки.

Строение бактериофага. Бактериофаги состоит из белковой или липопротеиновой оболочки (капсид) и генетического материала в виде одноцепочечной или двух цепочечной ДНКа или РНКа. Строение фага делится на головку, в головки находится генетическая информация и фермент транскриптаза, окружённая капсидом, и хвост. Хвост состоит из белковой трубки на конце которой находится АТФ, которая регенерирует энергию для инъекции генетического материала. Хвост имеет строение полой трубки из сократительного белка для движения. Внутри хвоста имеется стержень. На конце хвоста находятся фибриллы – это нити для фиксации к мембране клетки. У основания хвоста есть базальная пластина служат для фиксации к поверхности клетки.

Данный тип фагов не является единственным. Существует 6 групп фагов имеющие разное строение. Описанное строение фага является классическим и составляет 97% от всех известных фагов. Размер бактериофага в среднем от 20 до 200 нм, что в 50 раз меньше чем размер бактерии. Большинство фагов инактивируются при температуре 65-70°С, хорошо переносят замораживание и сухую среду.

Применение бактериофага в медицине.

1) Фагодиагностика – данный метод применяют для косвенной диагностики инфекционного заболевания, заключается в выделении специфического фага из исследуемого организма или ткани.

2) Фагоиндикация – данный метод применяется, когда присутствие фага рассматривают как косвенный показатель загрязненности исследуемого материала.

3) Фагопрофилактика – методе предупреждения некоторых кишечных

инфекционных заболеваний (бактериальной дизентерии, холеры, сальмонеллеза) с помощью препаратов бактериофагов).

4) Фаготерапия – лечение некоторых инфекционных заболеваний с помощью фагов (аналог антибиотиков).

Таким образом, препараты бактериофагов выгодно отличаются от антибиотиков по ряду существенных свойств:

– бактериофаги высоко специфичны при лечении инфекций, не подавляют нормальную микрофлору и не нарушают естественный баланс внутренней среды организма, т. е. фаготерапия является специфической;

– бактериофаги не имеют противопоказаний к применению: их можно назначать беременным, кормящим матерям и детям любого возраста, ключая недоношенных;

– бактериофаги могут использоваться не только для лечения, но и для профилактики бактериальных инфекций;

– бактериофаги не вызывают развития резистентности у

микроорганизмов;

– бактериофаги оказывают стимулирующее влияние на гуморальное и клеточное звенья иммунитета;

– бактериофаги не обладают токсическим, аллергическим и тератогенным эффектами, что особенно важно для лиц с аллергией кантибиотикам.

– бактериофаги эффективны в монотерапии, но также могут применяться в комбинации с другими препаратами, в т. ч. с антибиотиками и пробиотиками.

Несмотря на то, что фаготерапия имеет достаточно высокую клиническую эффективность при лечении больных с бактериальными инфекциями (80–95%), особенно вызванными антибиотико-резистентными штаммами микроорганизмов, она длительный период времени не получала широкого применения в международной клинической практике

Применении в биотехнологии бактериофагов.

Бактериофаги используются как векторы в генной инженерии. Фаговые векторы обычно создают на базе умеренного бактериофага λ, содержащего двухцепочечную линейную молекулу ДНК. Левое и правое плечи фага имеют все гены, необходимые для литического цикла (репликации, размножения). Средняя часть генома бактериофага λ (содержит гены, контролирующие лизогению, то есть его интеграцию в ДНК бактериальной клетки) не существенна для его размножения и составляет примерно 25 тысяч пар нуклеотидов. Данная часть может быть заменена на чужеродный фрагмент ДНК. Такие модифицированные фаги проходят литический цикл, но лизогения не происходит. Векторы на основе бактериофага λ используют для клонирования фрагментов ДНК эукариот (то есть более крупных генов) размером до 23 тысяч пар нуклеотидов. Причём, фаги без вставок — менее 38 т. п. н. или, напротив, со слишком большими вставками — более 52 т. п. н. не развиваются и не поражают бактерии.

Также используются фаги для определения жизнеспособности клеток. Данное направление имеет большие перспективы, поскольку, одним из основных вопросов при разных биотехнологических процессах является определение жизнеспособности используемых культур.

Заключение

Список литературы

1)УДК 579. 2ББК 28. 4К 78Красникова Л. В., Гунькова П. И., Савкина О. А. Общая и пищеваямикробиология: Учеб. пособие. Часть II. – СПб.: Университет ИТМО,

2016 127 с.