Биотехнология. Вопросы 1-6

Вопрос 1 Сравнительная характеристики эукариот и прокариоты

Прокариоты 
1. не имеют истинного ядра, вместо ядра-нуклеоид
2. В состав КСт входят гетерополимеры (пептидогликан или муреин)
3. гоплоидные организмы 
4. хромосомы= ДНК +ионы магния + полиамины(для нейтрализации отрицательного заряда фосфорной кислоты)
5. одноцепочечная молекула ДНК 
6. цитоплазматическая мембрана – связана с процессами дыхания и фотосинтеза, доставляющие клетке энергию, отвечает за избирательную проницаемость веществ в клетку и выход веществ из нее.
7. роль мезосом где происходят энергетические метаболизмы - играют выпячивания

Эукариоты 
1. имеют истинное ядро
2. Клеточная стенка не содержит муреин
3. диплоидный набор хромосом
4. Хромосомы=гистоны(белки)+ДНК
5. Двухцепочечная молекула ДНК
6. плазматическая мембрана – связана с процессами дыхания и фотосинтеза, доставляющие клетке энергию
7. роль мезосом ответственны мембраны митохондрий и хлоропластов
Митохондрии-депо Е, синтезируется АТФ. Структуры, ответственные за дыхание и фотосинтез, содержатся в органеллах 2х функционально различных типов, ограниченных мембранами -митохондриях и хлоропластов.
Внутренняя мембрана митохондрий содержит дыхательную систему-систему переноса электронов. Хлоропласты - система транспорта электронов, наход-ся пигменты.

Вопрос 2  Энергетический метаболизм

Для совершения работы живые организмы могут использовать не все виды Е. Недостаточными для них являются ядерная, механическая и тепловые Е. Доступными для живых систем явл-ся: физическая Е(Свет определенной длины волны), Химическая( восстановленные химические соединения).
Энергетическими ресурсами служат биополимеры- полисахариды, белки, липиды, НК.
Процесс расщепления биополимеров не связан с образованием Е. Образовавшиеся мономеры подвергаются в дальнейшем ферментативным превращениям, которые сводятся к тому, что путем дальнейшей перестройки химической структуры получить молекулы, которые могли включиться на каком-либо этапе в качестве метаболита.
Энергетический обмен является особенностью, присущей каждой живой клетке. Богатые энергией питательные вещества усваиваются и химически преобразуются, а конечные продукты обмена веществ с более низким содержанием энергии выделяются из клетки. Высвобождающаяся при этом энергия используется для различных целей, например, для поддержания целостности клеточной структуры (и, следовательно, ее функциональной способности), а также для обеспечения специфических форм клеточной активности (например, сокращения мышечных клеток).
Слово «метаболизм» происходит от греческого слова, означающего «изменение», хотя его нередко используют в значении «обмен».; 1872. 
Метаболизм (синоним - обмен веществ) - совокупность химических и физических превращений, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность во взаимосвязи с внешней средой. Основные специфические функции метаболизма: 
1. извлечение энергии из окружающей среды в форме химической энергии органических веществ; 
2. превращение экзогенных веществ в "строительные блоки", т.е. предшественников микромолекулярных компонентов клетки; 
3. сборка белков, нуклеиновых кислот, жиров и других клеточных компонентов из этих строительных блоков; 
4. синтез разрушение тех биомолекул, которые необходимы для выполнения различных специфических функций данной клетки. 
Вещества, участвующие в метаболизме называют метаболитами. 
Реакции метаболизма можно разделить на три категории. 
(а) Катаболизм - окислительные процессы (расщепление сложных соединений), поставляющие свободную энергию и запасающие её в форме высокоэнергетических фосфатов (P) или восстановительных эквивалентов (2Н). Примерами реакций катаболизма являются реакции ферментативного гидролиза пищевых веществ в системе пищеварения, дыхательная цепь и окислительное фосфорилирование. 
(б) Анаболизм - процессы синтеза (создание новых структур и взаимопревращения) различных биохимических структур организма (например синтез белка), обеспечивающих его функции. Свободная энергия, необходимая для процессов анаболизма обеспечивается реакциями катаболизма. 
(в) Некоторые реакции метаболизма занимают промежуточное положение (амфиболические реакции), связывая реакции анаболизма и катаболизма (пример - цикл лимонной кислоты).
В результате распада образуются строительные блоки –АК, фосфолированные сахара, пуреиновые и перемидиновые основания, органические к-ты и др метоболиты.СН3СООСОН-пироватная кислота, NAD-никотинаминадениндинуклеотид. Кофермента сложного ферментв дегидрогеназа-переносчика водорода. Конечный акцептор водорода-кислород воздуха.

Энергетика метаболизма биообъектов 
Отличие энергетики жизни от тепловой машины в том, что она использует не внутреннюю энергию, а свободную. Принцип структурной комплектарности (стремление к отсутствию побочных продуктов химических реакций) живой системы делает преимущественным рабочим телом для энергетических циклов жизни класс соединений - адениннуклеотиды, а среди них для большинства живого, в том числе и человека, единственное вещество - аденозинтрифосфат. Уникальные свойства АТФ и отсутствие энтропии в качестве независимой переменной для свободной энергии делают энергетические циклы метаболизма по отношению к начальным и конечным состояниям практически полностью детерминированными процессами. Процессы производства энергии и ее диссипации прямо друг от друга не зависят, саморегулирующийся баланс получения энергии ее диссипации невозможен, в то же время превышение диссипации над производством энергии несовместимо с жизнью по элементарным соображениям. 
При метаболизме происходит избыточное производство энергии и аккумулирование излишков. Простейшая форма аккумулирования - возникновение трансмембранного потенциала и энергии его электрического поля. Основы энергетики метаболизма таковы, что она создает электрические запасы везде, где можно. Расход накопленной электрической энергии осуществляется двумя путями: первый - протекание электрического тока через ионные каналы с выделением тепла, а также с' возникновением упорядоченных волновых процессов; второй - инициирование неравновесных процессов синтеза химических соединений, в частности, АТФ и нейромедиаторов. 
Несмотря на то, что энергия внешних физических факторов, воздействующих на биообъект, напрямую не усваивается и не включается в метаболизм, она оказывает существенное влияние на процесс синтеза АТФ, на специфические функции метаболизма за счет изменения электрического статуса и перевода молекул в возбужденное состояние с точки зрения физических процессов, за счет влияния на слабые атомно-молекулярные связи и конформационные изменения макромолекул. 
Количественные выражения энергетических параметров взаимодействия различных структур биообъектов определены с достаточной точностью: энергия слабых атомно-молекулярных взаимодействий (ван-дер-ваальсовые силы, ионные, ион-дипольные, водородные и гидрофобные связи), которые постоянно рекомбинируются в процессе обмена веществ, равна 4-400 кДж/моль или 0,04-4,0 эВ; энергия различных конформационных изменений макромолекул - 10-90кДж/моль или 0,1-0,9 эВ; энергия конформационных изменений при взаимодействии медиатора с рецепторами клеточной мембраны - около 25 кДж/моль или около 0,2 эВ. 
Что касается энергетических параметров жизнедеятельности функциональных систем, начиная с клеточного уровня, то количественные показатели энергии, необходимой для нормального функционирования, еще меньше: 0,005-0,05 кДж/моль или 10,6-10,5 эВ. 
Таким образом, энергетика метаболизма биообъектов связана, в первую очередь с электрическим статусом структур различной сложности, который играет главную роль, как в аккумуляции энергии, так и в ее диссипации.

Вопрос №3 Источники загрязнения ОС нефтью и нефтепродуктами.

Нефть-это сложная смесь алканов (парафиновых и ациклицеских насыщенных УВ, цикланов(нафтенов) и аренов(ароматических УВ) различной молекулярной массы, а также кислородных сернистых и азотистых производных УВ).
Нефть в различных месторождениях по составу неодинакова. Главные нефтеобразующие элементы-это углерод С=83-87%; N,S,О=1-2%;реже 3-6% за счет серы.
В Башкирии сернистая нефть. Легкая фракция куда входят простые по строению низкомолекулярные метановые алканы, нафтеновые и ароматические. УВ- наиб подвижная часть нефти.
Из нефти и природных газов выделены все алканы нормализованного строения от металла до С36Н74(гексатриактан)
C1-C5- газ
С5-С17-жидкость
С18- твердые
Около 400 нефтей по составу. Разделены они на 4 типа;
А1-метановые и парафиновые нефти, характеризуется высоким содержанием нормальных алканов (15-16%) Грознинская нефть, Сургут, Мангышлат
А2- относится к парафиновонафтеновым ( алканы 25-30%, циклоалканы 60%) Каспия, Прикаспия
Б1-характеризуется по групповому составу как нафтеновая или нафтеново-ароматическая. В них отсутствуют н-алканы и относительно мало содержание разветвленных алканов. Еще называют изоприодные алканы. Суруханская, Балаханы,Сопка(Камчатка)
Б2-в составе преобладают циклоалканы (60-75%), нормальные алканы-5-30%.Некоторые грузинские нефти и нефти Северного Кавказа.
Содержание ароматических УВ в нефтях колеблется от 15-50% в массах.
На основе исследований, показано, что наиболее содержан. в нафтенов ароматики.
Моноарены нефтей представлены алфилбензолами и нафтеновоароматическими УВ. Главное место среди нефтяных диареновых принадлежит производным нафталина, котор могут составлять до 95% от суммы диаренов. Серусодержащие соедин относят-ся к наиболее представительской группе гетероароматических компонентов нефтяных систем.
Среди S-содер-х в нефти найдены:
1. алифатические и ароматические тиолы СnH(2n+1)SH
C6H13SН-тиофенолы, С10Н7SH-тионафтолы
2. тиоэфиры(сульфиды) след основных типов тиоалканы R-S-R1, алкиларилсульфиды RS-С6Н5
3. диалкилсульфиды R-S-S-R1
4. тиофены и их производные - алкилбензотиофен

Среди кислородсодержащих выделяют кислые и нейтрального характера. К кислым относят карбоновые и феноловые. К нейтральным – кетоны, ангидриды, сложные эфиры, спирты.
Азотсодержащие соединения нефти представлены циклическими соединениями -это передин, хинолин
Порферины- комплексные соединения с ванадилом, никелем и железом (не вредны для живой клетки).
Смолы и асфальтены- относятся к высокомолекулярным неуглеводородным соединениям нефти. В состав смол и асфальт входят полициклические и ароматические структуры, состоящие из десятков колец, соединенных между собой гетероатомными структурами, содержащими S,O,N.
Смолы-вязкие, мазеподобные вещества. Асфальтены-тверд вещ-ва,нераст. Молекуляр массы смол и асфальтенов входят: Смол 500-1200, Асфальтенов 1300-1500, Содержание ароматич УВ от 5 до 55. В состав смол и асфальтенов входит основная часть микроэлементов.С экологич позиции микроэл нефти можно разделить на 2 группы: Нетоксичные –Si,Fe,Al,Co,Mg,P; Токсичные- V,Ni,Co,Pb,Cu,Ag,Hg, Mo. Тяжелые металлы действуют на живые организмы как яды. Ферментые яды(блокируют). Буровые отходы.

Вопрос 4 Радиационное загрязнение. Способы захоронения радиационных отходов.

  Когда ядро урана или какого- либо иного тяжелого элемента делятся, образуются ядра более легких атомов йода, цезия, стронция, Со и примерно 30 других. Обычно они представляют их нестабильные изотопы. Они переходят в стабильные состояния, испуская элементарные частицы и высокоэнергетические радиоактивное излучение. Сами же нестабильные изотопы называется радиоизотопы и радионуклиды.

  Кроме непосредственных продуктов деления ядерного топлива нестабильными могут стать и др. вещ-ва внутри и вокруг реактора, поглотив испускаемые при ядерной реакции нейтроны.
  Все эти прямые и косвенные продукты расщепления называются радиоактивными продуктами. Радиоактивные излучения проникают ч/з живые клетки не оставляя никаких следов и само по себе это излучение не чувствуется( не больно). В больших дозах радиация может нанести клеткам таков вред, что они перестают делиться, поэтому этот фактор используют в медицине в радиотерапии. Клеточное деление нарушится почти во всех тканях, а значит станет невозможным нормальное обновление кожи, крови, возникнет лучевая болезнь, которая приводит к летальному исходу. Радиация опасна и в низких дозах, т к может повреждать молекулу ДНК.
  Существует нормальная фоновая радиация, связанная с радиоактивными вещ-ми, например, с аминураном или газом радон. Фоновая радиация возникает из-за космических лучей, проникающих через атмосферу. При нормальной работе АЭС, заметного поступления радиоактивных вещ-в в ОС не происходит.
Уровень радиации от обычного бетонного пола и почвы может быть больше чем у электростанции.
Захоронение.
  По мере испускания элементарных частиц и радиации нестабильные изотопы переходят в стабильные состояния и теряют радиоактивность. Этот процесс называется радиоактивным распадом.
  Пока радиоактивные вещ-ва изолированы от людей и др живых организмов они не представляют опасности и уровень радиации снижается. Установлено, что скорость рад распада такова, что половина наличной массы изотопа всегда распадется за определенной период времени. В следующий такой же период распадается оставшаяся половина, поэтому говорят период полураспада.
  Для большого изотопа они всегда один и тот же, не в зависимости от кол-ва исходного вещества.
После периода 10 распада уровнем радиации уже можно пренебречь.
Наиб распространенные изотопы образовавшиеся при расщепление урана-235 и периоды их полураспада.
Короткоживущие продукты деления:
Стронций-89(54 сут), цирконий-95(59,5 сут), йод-131-(81 сут).
Долгоживущие:
Крептон-85(10,27 лет), стронций-90(28лет), плутоний-239(24000 лет).
  Проблема захоронения рад. отходов вкл. 2 аспекта-
1) кратковременная изоляция(несколько лет) короткоживущих изотопов
2) окончательная долговременная изоляция( десятки тысяч лет)
При кратковременной изоляции рад отходы хранятся в глубоких заполненных водой резервуарах на территории АЭС. Вода поглощает продолжающие выделяться в небольшом количестве тепло и защищает от радиации.
На заводах где производят оружия также используют банки с водой для изоляции. Сторонники АЭС считают достаточным залить долгоживущие продукты распада каким-либо отвердевшим вещ-ом, поместить в контейнеры и захоронить глубоко.

Схема. Расщипление Урана-235-1) прямые продукты распада,2)нейтроны,3) нерадиоактивные вещ-ва- вторичные продукты распада, нерадиоактивный элемент ,4)радиоактивные изотопы- нерадиоактивные устойчивые изотопы.

Вопрос № 5 Защита гидросферы.

Самоочищение- процессы связанные с возрвашением экосистемы к первоначальному состоянию. К важнейшим из них относят:
1) осаждение грубодисперсных и коагуляция дисперсных частиц
2) окисление (минерализация) органических примесей
3) окисление минеральных примесей кислородом
4) нейтрализации кислот и оснований за счет буферной емкости воды и водоемов
5) гидролиз солей тяжелых металлов, приводящих к образованию малорастворимых гидроксидов
Сточные воды характеризуются следующими свойствами:
1) мутность воды (мутномер), мг/л материал-калин
2) цветность – интенсивность окраски сравнивают со шкалой, в градусах ( р-ра солей Со-стандартные рас-ры)
3) сухой остаток, мг/л (после выпаривания)
4) кислотность,рН
5) жесткость-зависит от содержания солей Са и Mg (норма 5-10)
3 вида- общая (соли Са и Mg, не зависит от содержания анионов – не устаняется кипячением)
Са(НСО3)2=СаСО3+Н2О
СаСО3=СаО+СО2
Мг/эквив л солей Mg и Ca
1 мг/экв соот 28 мг СаО
В зависимости от условия образования сточные воды делятся на 3 группы:
1) бытовые сточн воды( душевых, прачечных, столовых)- они содержат около 58% органических веществ
2) атмосферные сточные воды( ливневые)-этот сток неравномер опасны ливневые стоки на промыш предприятиях
3) промышленный сточн воды (жидкие отходы,которые возникают при добыче и переработке сырья)
По СанПин(СНИП) значение БПК в зав-ти от типа природных водоемов не должно превышать 3-6 мг кислорода на л воды.
В сточной воде БПК 200-300 мг кислорода на л воды.
Методы очистки воды
Нормативы едины и утверждены правилами охраны вод от загрязнения сточными водами, применяемыми Минздравом 1976г. Очистка промышленных отходов комплекс мер.
Механич очистка-отстой сточных вод в спец отстойниках, осаждение взвешенных вещ-в и сбор нефтепродуктов и фильтрация.
Химическая (реагентная) очистка:
-реакция окисления
-реакция окисления-восстановления.
Окислители-хлор, KMnO4,гипохлорид NaClO4, аммойниевая соль.

Восстановители-диокид S, сульфат Fe

Вопрос № 6 Биохимическая очистка сточных вод

В зависимости от условия образования сточные воды делятся на 3 группы:
1) бытовые сточные воды( душевные, прачечные, столовые)-содержат около 58% органических веш-в
2) атмосферные сточные воды(ливневые) –этот сток неравномерен. Опасны ливневые стоки на промыш-х предприятиях.
3) промыш сточные воды (жидкие отходы, которые возникают при добыче и переработке сырья)
По СанПин значения БПК в зависимости от типа природ водоемом не должно превышать 3-6 мг кислорода на л воды. В сточной воде БПК=200-300 мг О на 1л воды.
Биологическая окисление- широко применяемый метод очистки производст сточных вод, позволяющих очистить их от многих органических соединений. Биологич окисление осуществляется сообществами м/о( консорциумами, ассоциациями) или биоценозом, включающим множество бактерий, водорослей, грибы, микромицеты, дрожжи, связанных между собой в единый комплекс сложными соотношениями. Основная роль принадлежит бактериям. Их количество в 1 мг абсолютно сухой биомассы составляет от 10 в 6 степени до 10.Число родов бактерий 5-10, а видов около 100.
Pseudomonas (-)
Acrobacter(+)
Bacillus(+)
Rhodococcus(+)
Среди бактерий в очистных сооружениях сосуществуют гетеротрофы( берут готовую органику) и автотрофы(сами синтезируют).
Существуют 2 большие группы аэробных процессов биоочистки – экстенсивные и интенсивные. К экстенсивным относятся методы, не связанные с управляемым культивированием микроорганизмов-это поля орошения, поля фильтрации, биопруды.В основе интенсивных способов лежит деятельность активного ила или биопленки, т е естественно возникшего биоценоза, формирующегося на каждом конкретном производстве в зависимости от состава сточных вод и выбранного режима очистка.
Активный ил-темно-коричневые хлопья, размером до 100 мкм. Установлено, что он состоит на 70% из живых организмов и на 30% -твердые частицы (неорганика). Адсорбционная поверхность АИ 100 м2 на 1 кг сухого вещества. Между хлопьями ила располагаются другие обитатели, индикаторные формы(инфузории, коловратки,черви и др). Живые организмы вместе с твердым носителем, к которому они прикреплены, образуют зооглей-симбиоз популяций организмов, покрытый общей слизистой оболочкой.Соотношение капсульных и бескапсульных форм называется коэффициент зооглейности.
Большая роль в создании консорциума клеток принадлежит Простейшим. Их функция многообразна, сами она не принимают непосредственного участия в потребности органических веществ, но регулируют видовой состав и поддерживают его на постоянном уровне. 
4 кл Простейших
-саркодовое(Sarcodina)
-жгутиковые(Mastigophora)
-ресничатые инфузории(Ciliata)
-сосущие инфузории(Suctoria)
Простейшие выбирают из смешанной культуры бактерий лишь те,которые они усваивают. Поедание слабых основных форм, приводит к появлению биологической активных особей, молодых. В активных илах высокого качества на 1 млн бактериальных клеток должно быть 10-15 простейших, это соотоношение называется коэффициентом протозойности. Скорость биохимическго окисления растет с увеличением значения коэффициента протозойности и зооглейности.Простейшие чувствительны к присутствию в воде органики-фенола,формальдегида.
Биофильтры используются на локальных установках очистки сточных вод небольшого объема.
Водоросли –автотрофы, есть хлорофилл( красн-филотин, оранж-каратин, синие-фикоциан), светочувствительные пигменты, которые помогают улавливать свет и самим синтезировать органику. Они участвуют в минерализации органических соединений.
Микромицеты-эукариоты. Penicillium, Aspergillus.
Черви присутствуют в очистных сооружениях (крупные, коловратки)
Коловратки- животные микроскопические, длиной 0,04-2,5 мм, видимые глазом.
Водные клещи- являются илопожирателями, разрыхляют пленку биофильтров. 

[Вопросы][1-6][ 7-11][12-17][18-21]




Мини-чат
Наш опрос
из какой вы страны?
Всего ответов: 153
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Форма входа
Поиск
Календарь
«  Сентябрь 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930
Архив записей
Друзья сайта
  • Моей любимке
  • Вихреструктура
  • О жизни ...
  • Частные уроки
  • Конструкторский отдел