Файл: 1. Дайте определение науки биотехнология.pdf

1. Дайте определение науки «биотехнология»
Биотехнология – это комплексная наука, направленная на получение целевых продуктов с использованием биологических объектов микробного, растительного или животного происхождения.
Биотехнология — прикладная наука, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.
2. Какие биологические науки составляют теоретическую основу биотехнологии?
Молекулярная биология, микробиология, генетика, биохимия, физиология растений, генная инженерия
3. Назовите основное отличие биотехнологии от фундаментальных биологических наук.
4. Какие эпохи, периоды и этапы развития биотехнологии выделяют в настоящее время?
Эпохи:
Эмпирическая
Научная
Молекулярная
Периоды:
Допастеровский до 1865
Послепастеровский 1866-1940
Антибиотиков 1941-1960
Управляемого биосинтеза 1961-1975
Новой и новейшей биотехнологии после 1975
Этапы:
I Эмпирический этап
II – Научно-практический (этиологический) этап (1856-1933 годы)
III – Биотехнический этап 1933-1972 гг. История.
IV – молекулярный или генотехнический этап с 1972г. – 2000 г.
V нанобиотехнологический этап с 2000 г.
5. Как происходило формирование дефиниция «Биотехнология»?
1917 год

6. Назовите наиболее существенные достижения допастеровского периода.
• Использование спиртового брожения в производстве пива и вина;
• Использование молочнокислого брожения при переработке молока;
• Получение хлебопекарных и пивных дрожжей;
• Использование уксуснокислого брожения в производстве уксусной кислоты.
7. Назовите наиболее существенные достижения послепастеровского периода.
• Производство этанола;
• Производство бутанола и ацетона;
• Внедрение в практику вакцин, сывороток;
• Аэробная очистка канализационных вод;
• Производство кормовых дрожжей на основе углеводов.
8. Назовите наиболее существенные достижения периода антибиотиков.
• Производство пенициллина и других антибиотиков;
• Культивирование растительных клеток;
• Получение вирусных вакцин;
• Микробиологическая трансформация стероидов
9. Назовите наиболее существенные достижения периода управляемого биосинтеза.
• Производство аминокислот с помощью микробных мутантов; (максимаотно чистые ферменты)
• Производство витаминов;
• Получение чистых ферментов;
• Промышленное использование иммобилизованных ферментов и клеток;
• Анаэробная очистка сточных вод;
• Получение биогаза;
• Производство бактериальных полисахаридов.
10. Назовите фундаментальные открытия, которые послужили основой для новой и новейшей
биотехнологии.
- Внедрение клеточной инженерии для получения целевых продуктов;
- Получение гибридом и моноклональных антител;
- Использование генной инженерии для производства белков;
- Трансплантация эмбрионов;
- Оплодотворение яйцеклеток вне организма человека;
- Клонирование органов и целых организмов.
- расшифровка генома
11. Назовите этапы и значимые открытия новой и новейшей биотехнологии.
Первый этап новейшей биотехнологии заканчивается в 1963 г., когда Маршалл Уоррен Ниренберг расшифровал генетический код, который оказался универсальным как для бактерий, так и высших организмов, вплоть до человека. Это открыло возможность изучения взаимосвязи между генетическим кодом и структурой белков.
Вторым этапом новой и новейшей биотехнологии является период времени от реализации автоматического определения аминокислотной последовательности белков до разработки быстрых методов анализа нуклеотидной последовательности ДНК. В 1972 г. опубликована статья, в которой Берг с сотрудниками впервые описал получение in vitro гибридной молекулы, состоящей из ДНК вируса SV40 и ДНК фага λ. В 1973 г. американскими учеными Стэнли Коэном и

Гербертом Бойером разработана стратегия переноса гена из одного организма в другой с использованием ферментов рестриктазы и лигазы. Метод химической деградации ДНК разработан А. Максамом и В. Гилбертом в 1976- 77 г. в Гарвардском университете, а Ф. Сенгером предложены методы ферментативного копирования ДНК, что послужило началом изучения генов и основой для химико-ферментативного синтеза ДНК. В 1977 г. Шеллер предложил использовать линкеры - синтетические сегменты ДНК, содержащие в своем составе узнаваемые рестриктазами последовательности, для образования «липких концов» (фрагментов ДНК, имеющих свободные водородные связи). К 1978 г. были установлены структуры более 500 белковых молекул и составлен «Атлас белков».
Третий этап новой и новейшей биотехнологии ознаменован синтезом биополимеров по установленной структуре в результате экспрессии генов человека и животных в бактериальных и эукариотических клетках микроорганизмов. В период с 1977 по 1979 годы в лаборатории
Национального медицинского центра «Хоуп» (г. Даурт, Калифорния) под руководством Итакуры, синтезированы ген соматостатина (1977 г.) и ген инсулина человека (1979г.). Эти гены были введены в клетки обычной кишечной палочки, с использованием методов, разработанных в фирме Genentech. Результаты этих исследований внедрены в производство и человеческие рекомбинантные белки стали реальностью. В 1975 г. Г. Келером и С. Мильштейном путем гибридизации клеток иммунной системы и меланомы (злокачественной опухоли иммунной системы) получены гибридомы, секретирующие моноклональные антитела, а в 1981 г. разрешен к применению в США первый диагностический набор моноклональных антител. В Европе в 1982 г. получено разрешение к применению на животных рекомбинантной вакцины. В 1988 г. в США запатентовано первое трансгенное животное – линия мышей с повышенной частотой возникновения опухолей для экспериментальных исследований. 12 В настоящее время в промышленном масштабе успешно осуществляются биотехнологические процессы, относящиеся ко всем пяти периодам развития биотехнологии.
12. Проект «Геном человека»: цель, направления, достижения, перспективы.
Проект по расшифровке генома человека Уотсон
«Геном человека» – это широкомасштабная исследовательская программа, конечной целью которой является полное секвенирование (определение нуклеотидной последовательности ДНК) генома человека с одновременным установлением локализации всех генов, т.е. полностью картировать все гены человека, определить все функции генов и разработать возможности использования полученных данных.
Фундаментальное значение данных исследований позволит определить происхождение человека как вида, пути и направления его эволюционного развития.
Приоритетными направлениями были объявлены структурно-функциональное изучение генома, а также медицинская генетика и генотерапия. Проект включал в качестве подпроектов изучение геномов собак, кошек, мышей, бабочек, червей и микроорганизмов.

13. Дайте определение науки «геномика»
Геномика (от греч. genos- род, ген, nomos- закон) – наука, изучающая законы формирования и развития геномов различных организмов.
Структурная, сравнительная, функциональныа, революцион)
14. Перечислите основные положения центральной догмы молекулярной биологии.
Переход генетической информации от ДНК к РНК и от РНК к белку является универсальным для всех без исключения клеточных организмов, лежит в основе биосинтеза макромолекул.
Репликации генома соответствует информационный переход ДНК → ДНК. В природе встречаются также переходы РНК → РНК и РНК → ДНК (например, у некоторых вирусов), а также изменение конформации белков, передаваемое от молекулы к молекуле.
15. Что такое генетический код?
Генетический код – система записи генетической информации в виде последовательности нуклеотидов, в котором каждые три нуклеотида, составляющие кодон, кодируют одну

аминокислоту. Состоит из 64 кодонов, кодирующих все 20 аминокислот и три терминирующих кодона.
16. Объясните термин «универсальность» как свойство генетического кода.
Генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека
17. Объясните термин «коллинеарность» как свойство генетического кода.
Коллинеарность — линейное соответствие последовательности кодонов гена и последовательности аминокислот в белковом продукте
18. Объясните термин «линейность» как свойство генетического кода.
Линейность — свойство генетического кода означающее, что считывание информации с мРНК происходит непрерывно.
19. Объясните термин «специфичность» как свойство генетического кода.
Специфичность– соответствие кодона только одной аминокислоте
20. Объясните термин «триплетность» как свойство генетического кода.
Триплет, единица генетического кода; состоит из 3 последовательных нуклеотидов в молекуле
ДНК или РНК. Последовательность кодона в гене определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи белка, кодируемого этим геном
21. Объясните термин «вырожденность» как свойство генетического кода.
Вырожденность — соответствие нескольких кодонов одной аминокислоте
22. Сформулируйте ваше понимание «теории качания» нуклеотидов.
Третье основание большинства кодонов имеет определенную степень свободы при образовании пары с соответствующим антикодоном и как бы «качается». Объясняет характер кодон- антикодонового взаимодейсгеном
Гипотеза качания предполагает, что соединения между третьим нуклеотидом кодона информационной РНК и первым нуклеотидом антикодона транспортной РНК менее специфичны, чем соединения между двумя другими нуклеотидами триплета.
23. Сформулируйте правило Чаргаффа.
• Количество аденина равно количеству тимина, а гуанина — цитозину: А=Т, Г=Ц.
• Количество пуринов равно количеству пиримидинов: А+Г=Т+Ц.
• Количество оснований с аминогруппами в положении 6 равно количеству оснований с кетогруппами в положении 6: А+Ц=Т+Г
24. Что такое репликация ДНК?
Репликация — синтез дочерней молекулы ДНК идентичной родительской нити ДНК.
25. Объясните термин «полуконсервативная репликация ДНК».
Процесс удвоения ДНК, при котором каждая цепь родительской двухцепочечной ДНК служит матрицей для синтеза новой комплементарной цепи, в результате вновь образованная двойная спираль имеет одну исходную (родительскую) и одну вновь синтезированную (дочернюю) цепь.
26. Назовите основные этапы репликации ДНК.

Образование репликативной вилки (инициация), синтез новых цепей (элонгация), исключение праймеров, завершение синтеза двух дочерних цепей ДНК (терминация).
27. Назовите ферменты и белковые факторы, участвующие в репликации ДНК и их основные
функции.
ДНК-топоизомераза разрывает фосфорноэфирные связи (раскручивает молекулу)
Хеликаза разделяет две нити путем разрыва слабых водородных связей между нуклеотидами
После разделения ДНК должны быть стабилизированы (SSB- белки)
Образование праймера (Фермент: праймаза).
Синтез новой цепи ДНК требует затравки в виде небольшого фрагмента РНК, т.к. ведущий его фермент ДНК-полимераза для работы нуждается в свободной 3'OH группе
ДНК-полимераза образование фосфодиэфирной связи между α -фосфатом нового нуклеотида с группой 3' -OH растущей цепи
ДНК-лигаза сшивает нити ДНК
28. Дайте определение термину «лидирующая цепь» в процессе репликации ДНК.
Лидирующая цепь – цепь, в которой происходит совпадение направления синтеза цепи ДНК с направлением движения репликативной вилки. 5'-3'
29. Дайте определение термину «отстающая цепь» в процессе репликации ДНК.
Отстающая цепь - дочерняя цепь ДНК, синтез которой происходит фрагментами (против движения репликативной вилки)
30. Дайте определение терминам «фрагменты Оказаки», «ориджин репликации», «праймер» в
контексте репликации ДНК.
Фрагменты Оказаки — относительно короткие фрагменты ДНК, которые образуются на отстающей цепи в процессе репликации ДНК
Ориджины – участки генома, в которых происходит инициация синтеза ДНК.
Праймер - это короткая нуклеотидная последовательность (чаще РНК), она спарена с одной из цепей ДНК и несет свободный 3’-ОН конец, с которого ДНК-полимераза начинает синтез дезоксирибонуклеотидной цепи
Праймер – короткий олигонуклеотид, который гибридизуется с матрицей и служит затравкой при ее копировании.

31. Опишите этапы репарации при спонтанных повреждениях ДНК.
32. Опишите этапы репарации при индуцируемых повреждениях ДНК.
33. Назовите ферменты, участвующие в репарации ДНК, и их функции.
34. Назовите три этапа синтеза РНК в процессе транскрипции.
Инициация, элонгация, терминация
35. Назовите ферменты и белковые факторы, участвующие в транскрипции, их основные
функции.
Пполимераза — фермент, осуществляющий синтез молекул РНК
ТАТА-бокс: выполняет регуляторную функцию - участвует в инициации транскрипции, обеспечивая ориентацию РНК-полимеразы.

36. Опишите последовательность событий инициации транскрипции.
37. Опишите последовательность событий элонгации транскрипции.
38. Опишите последовательность событий терминации транскрипции.
39. Что такое процессинг мРНК?
Процессинг – формирование функционально активных молекул м-РНК из транскрипта
40. Что такое сплайсинг мРНК?
Сплайсинг (splice –соединять, склеивать) – удаление интронов (некодирующих участков генов) и соединение экзонов — кодирующих участков генов.
41. Для каких процессов необходимо кэпирование мРНК у эукариот?

Паспорт для выхода мРНК из ядра
● Необходим для узнавания мРНК при инициации трансляции
● Защита от эндорибонуклеаз, атакующих 5 –конец мРНК
● Обеспечение сплайсинга
42. Для каких процессов необходимо присоединение поли(A)-хвоста к мРНК у эукариот?
- Облегчает выход мРНК из ядра
- Защищает мРНК от гидролиза нуклеазами в цитоплазме (время жизни мРНК коррелирует с длиной хвоста)
- Служит в качестве сигнала узнавания для рибосом
43. В какой части клетки происходит сплайсинг РНК у эукариот?
В ядре
44. Опишите последовательность событий сплайсинг РНК у эукариот.
45. Назовите отличительные особенности транскрипции эукариот.
Особенность у эукариот - процессинг и сплайсинг
46. Назовите три этапа синтеза белка во время трансляции.
Инициация, элонгация и терминация
47. Назовите ферменты и белковые факторы, участвующие в трансляции и их основные
функции.
48. Опишите последовательность событий инициации трансляции.

49. Опишите последовательность событий элонгации трансляции.
Связывание аминоацил-тРНК в А центре, образование пептидной связи и транслокация
50. Опишите последовательность событий терминации трансляции.

51. Назовите три известных вам способа посттрансляционной модификации белка?
Частичный протеолиз, ковалентные модификации (фосфорилирование и гликозилирование)
52. Какую функцию выполняет сигнальный пептид в процессе синтеза белка?
Сигнальные пептиды направляют белки из цитозоля в ЭР, митохондрии, хлоропласты и ядро; отвечают за то, чтобы некоторые белки остались в ЭР; чаще всего вырезаются после доставки белка в органеллу;
53. Какую функцию выполняет сигнальная пептидаза в процессе синтеза белка?
Отщепляет сигнальный пептид