Биосфера: определение понятия, ее границы, эволюция. Вещества Б. Живое в-во, его св-ва и функции. Круговорот в-в в Б. Как условие стабильности Б.

Биосфера - оболочка Земли, включающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние слои литосферы. Термин «биосфера» был впервые использован австрийским геологом и палеонтологом Э.Зюссом в 1875 г. («Лик Земли») и означает сферу жизни, «совокупность организмов, огра-ниченную в пространстве и обитающую на поверхности Земли». По современным представлениям биосфера – область системного взаимодействия живого и косного вещества планеты, глобальная экосистема. Границы биосферы: верхняя - около 20 км (нижняя граница озонового слоя) нижняя – дно Марианской впадины (11022 м) и глубина литосферы около 6000 м (температура 100 0). Эволюция органического мира, осуществлявшаяся на основании только биологических закономерностей жизнедеятельности и развития, происходила в два этапа: возникновение первичной биосферы с биотическим круговоротом (химическая эволюция по А.И.Опарину) примерно 4,6-3,5 млрд лет тому назад; усложнение биоценоза как результат появления многоклеточных организмов (органическая эволюция), начиная примерно с 3,5 млрд лет назад. Возникновение на Земле человеческого общества способствовало выделению третьего этапа эволюции биосфе-ры – ноосферы.

Эволюция Б: в процесс Э. происходит рост биомассы Б. и ее организованность; происходит появление нов. форм жизни, увелич-е численности жив. орг-мов; возрастает роль живых орг-мов в стабилизации оболочек земли; в процессе Э. происходит адаптация, как на организменно, так и на биосферном уровне.

Вещества биосферы: живое в-во, образованное совокупностью орг-мов; биогенное в-во, кот. создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности орг-мов (газы атмосферы, нефть, камен.уголь, известняки); косное в-во, кот. образ-ся без участия живых организмов (метеориты); биокосное в-во, образующееся в результате совместной деятельности орг-мов и абиогенных процессов (почва). Живое в-во составляет лишь 0,25% всего в-ва Б. Деятельностью жив-х орг-мов обусловлены хим.состав атмосферы и гидросферы, формирование почвенног покрова литосферы. Живое в-во играет ведущую роль в круговороте в-в в природе. С-ва: обладает огромной способностью воспроизводства. Пр. численность бактерий удваивается каждые 20 минут.

Ф-ции живого: - газовая – заключ-ся в поглощении растениями СО2 и выделение О2 в процессе фотосинтеза. Поддержание постоянства газ. состава атмосферы.

- концентрационная – поглощение и накопление в живых орг-мах различных хим-х элементов: H, C, O2, N, P, Na, Al, Fe и др.

- окислительно – восстановительная – восстановление и окисление в-в в живых орг-мах.

- биохимическая – связана с питанием, дыханием и размножением, с разрушением и гниением отмерших организмов, т.е. со всеми процессами жизнедеятельности орг-мов.

- энергетическая – растения аккумулируют тепловую энергию, запасают в виде хим-кой энергии, кот. передается животным в виде механич-й и электрической.

Круговорот веществ – необходимое условие существования биосферы. Звенья биологического круговорота веществ: создание растениями в процессе фотосинтеза органических веществ из неорганических; превращение животными первичной продукции во вторичную;разрушение первичной и вторичной продукции бактериями и грибами.    

Важная роль в глобальном круговороте в-в принадлежит циркуляции воды. Вода испаряется с поверхности водоемов и воздушными течениями переносится на большие расстояния. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, размывает верхний слой почвы и возвращ-ся вместе с растворенными в ней в-вами в реки, моря, океаны. Круговорот воды – необходимое условие для существования жизни на земле. Растения извлекают воду из почвы и испаряют ее в атмосферу.

 

 

71. Биотехнология – отрасль биологической науки, к-ая включает в себя технологические процессы, направлены на использование клеточных культур, метаболизм и биосинтетические возможности к-ых обеспечивают выработку ценных продуктов. Т.о. БТ создает возможность получения с помощью легкодоступных и возобновляемых ресурсов, веществ и соединений к-ые нужны для жизни и благосостояния людей.

Основной задачей БТ являете разработка процессов в к-ых участвуют м/о, растительные и животные клетки, и выделенные из них ферменты, мембраны или клеточные органеллы. В свободном или иммобилизированом состоянии используются для получения нужных для человека веществ.

Отросли БТ: БТ пищевых продуктов, БТ улучшения продуктивности с/х, БТ препаратов и продуктов для промышленного использования, БТ утилизации отходов.

3-ех компонентный состав БТ: 1)генетическая инженерия; 2)промышленная БТ; 3)клеточная инженерия.

В качестве объектов в биотехнологии применяются: клетки растений и животных, субклеточные компоненты, а также интактные растения и животные. М/О – основные объекты БТ т.к:

1) Одноклеточные организмы обладают высокой скоростью роста и скоростью синтетических процессов по сравнению с многоклеточными организмами.

2) Большое внимание уделяется как объектам фотосинтезирующим м/о, использующие для жизнедеятельности Е солнечного света, и в качестве источника углерода используют СО₂ тем самым утилизируя его.

3) Большое внимание уделяется так же термофильным м/о растущие при t – 60-80^oC, их биологическая активность в 1,5-2 раза выше остальных. Ферменты синтезируемые ими устойчивы к высоким t, окислителям и др. неблагоприятным факторам.

В БТ используются м/о относ. к группе GRAS–не патогенные, не токсичные и поэтому при разработке новых технологий используются как базовые объекты. В БТ использ. 1000 штаммов м/о, которые сначала выделены из природных источников на основе полезных свойств, а потом улучшенные с помощью различных методов. Главным критерием при выборе объекта БТ явл. его способность синтезировать целевой продукт, обладать высокой скоростью роста и быть резистентным к патогенной микрофлоре.

 

  73. Харак-ка и особенности векторных молекул.Векторные сис-мы, примен-ые для клониров-ия в кл-ках про- и эук-ориот. Векторами называют мол-лы ДНК, способные присоед-ть чужер-ую ДНК и обеспечивать ее репликацию, экспрессию или трансформацию (перенос в другой организм).

Идеальными вектор-ми молек-ами оказались плазмиды, представляющие собой небольшие кольцевые молек. ДНК, автономно реплицирующиеся в бактериальной клетке. В качестве исходного материала для векторов, как правило, используют помимо плазмид, бактериофаги, мобильные генетические элементы, вирусы. Вектора профилю использования их можно разделить на несколько типов: – векторы для клонирования используют для амплификации фрагмента ДНК, встроенного в такой вектор посредством репликации. – в. для экспрессии используют для анализа генов и их белковых продуктов, а также наработки конкретного белка. – в. для трансформации используют для введения чужеродного фрагмента ДНК в геном реципиента.

К векторной молекуле предъявляются следующие требования: 1. Вектор должен содержать уникальный сайт рестрикции, в который может быть осуществлена вставка фрагмента чужеродной ДНК. 2. В. д. обладать определенной емкостью, при этом иметь небольшой размер и не абортировать встроенный фрагмент ДНК. 3. В. д. реплицироваться в опред-ных кл-ках за счет имеющейся нукл-ой послед-ти – точки начала репликации (ori -сайт). 4. В. д. содержать послед-ть маркерного гена, облегчающего селекцию клеток, несущих векторную конструкцию, так как при встраивании в область маркерного гена чужеродного фра-та ДНК его целостность нарушается и определяемый им признак исчезает.

Векторы, прим-ые в г. и. прок-ких орг-мов, можно подразделить на три группы: плазмидные, фаговые, плазмидно-фаговые (космиды и фазмиды).

Плазмидные векторы, созданные для клонирования, имеют один важный недостаток – небольшую емкость. В таких векторах можно клонировать фрагменты ДНК длиной до 10 тысяч п.н., поэтому для клонирования фрагментов чужеродной ДНК большей длины были разработаны фаговые векторы, позже космиды – особый тип векторов, сочетающий свойства плазмиды и фага. Так, в реципиентной клетке, инфицированной молекулой рекомбинантного фагового вектора, образуется потомство, которое разрушает клетку и будет инфицировать соседние клетки, что в конечном итоге и приводит к формированию негативных колоний. Так же гибридами плазмиды и фага являются фазмиды – линейные молекулы ДНК, на концах которых расположены сегменты ДНК фага λ, содержащие все гены, требующиеся для инфекции, а средняя часть представлена плазмидной ДНК.

Фаговые векторы для E. сoli сконструированы на основе двух бактериофагов – фага λ и М13. При получении фаговых векторов используется то обстоятельство, что вся центральная часть молекулы ДНК фага λ может быть заменена чужеродным фрагментом ДНК размером 10-21 тысяча п.н. При этом длина полученной рекомбинантной ДНК фага не должна быть меньше 30 тысяч п.н. и больше 52 тысяч п.н.

Векторы для введения трансгена геном раст-й и живот.кл-ки: Вектор-ые сис-мы для растит. кл-ки сконструированы на основе природ-го вектора- Ti-плазмиды. Модификация этой векторной сис-мы позволила создать коинтегративный и бинарные вектора. Для растений кроме плазмид-х вект-х сис-м исполь-ся и вирусные вектрные сис-мы в частности на основе вируса мозаики цветной капусты. Век-ые сис-мы для жив-ых созд-ся только на основе вирусов.

Различают Рнк-овые вирусы, кот-ые интегрируют в геном кл-ки хозяина тем самым обеспечивает его долговремен-ю экспрессию. Для генной терапии наиболее перспек-ым счит-ся ретро-вирусы, кот-ые счит-ся относительно безвредными для чел-ка,кроме ВИЧ. Найболее часто из них для созд-ия вект-х сис-м использ-т вирус лейкимии мышей. При разработке вектор-х сис-м на их основе полностью вырезают кодиру-ие ферменты обеспеч-ие их репродукцию. Емкость таких векторов не превышает 8тыс.п.н. К др.типам вектор-х сис-м явл-ся вектора на основе Днк-овых вирусов, кот. способны преодолеть недостатки Рнк-овых вирусов(не способность к трансдукции покоящихся кл-к).Днк-овые вирусы могут переносить трансген до 35тыс.п.н. Больш-во вект-х сис-м созданы на основе аденовирусов. В генной терапии использ-ся аденоассоциированный вирус-это непатогенный вирус широко распрост-ый у чел-ка, кот. облад-ет способ-тью интегриров-ся преимущ-нно с коротким плечом 19 храм-мы чел-ка.