ГДЗ до підручника «Біологія і екологія» В.І. Соболь. 11 клас

§ 63. Застосування досягнень молекулярної генетики, молекулярної біології та біохімії у біотехнології

Пригадайте!

Які теоретичні основи біотехнології?

Теоретичні основи біотехнології ґрунтуються на біології, хімії, генетиці, інженерії та математиці. Теоретична основа біотехнології охоплює широкий спектр питань, таких як клітинна та молекулярна біологія, генна інженерія, біохімія, білкова інженерія, метаболічна інженерія, біоінформатика та імунологія. Крім того, біотехнологія значною мірою спирається на принципи системної біології, яка вивчає взаємодію між різними біологічними компонентами та те, як вони працюють разом для створення функціонуючої системи. Інші теми, важливі для біотехнології, включають кінетику ферментів, термодинаміку та інженерію біопроцесів.

Новини науки

Поки що не існує ефективних методів лікування спадкових захворювань сітківки (наприклад, пігментного ретиніту). Відбувається збій, через який фоторецептори починають гинути, що призводить до сліпоти. Для розв'язування цієї проблеми вчені намагаються створити біотехнологію доставки до цих клітин необхідних генів за допомогою вірусів або плазмід. Які біологічні науки можуть їм у цьому допомогти?

Щоб створити біотехнологію для доставки необхідних генів у клітини зі спадковими захворюваннями сітківки, вченим, можливо, доведеться залучити різноманітні біологічні науки. Наприклад, вірусологія та молекулярна біологія можуть бути використані для створення необхідних вірусних або плазмідних векторів, тоді як генетика може бути використана для ідентифікації генів, які необхідно доставити, і того, як вони взаємодіють один з одним. Крім того, клітинну біологію можна використовувати для вивчення клітинних процесів, залучених до доставки генів, а біохімію можна використовувати для вивчення біохімічних механізмів, залучених до процесу. Нарешті, біоінформатика може бути використана для аналізу даних, зібраних з цих полів, і створення прогнозних моделей для подальшого інформування про розвиток біотехнології.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Перед вами схема окремих етапів створення трансгенного сорту суниць. Назвіть ці етапи й укажіть методи й ферменти, що їх було використано під час створення сорту.

Окремі етапи створення трансгенного сорту полуниці включають виділення генів, перенесення генів, клонування та трансформацію. Виділення гена - це процес видалення гена з організму-донора та виділення його для подальшого використання. Зазвичай це робиться за допомогою рестриктаз. Перенесення гена — це процес введення гена у вектор, наприклад плазміду або вірус. Зазвичай це робиться за допомогою процесу, який називається технологією рекомбінантної ДНК, який передбачає використання таких ферментів, як лігаза, для з’єднання фрагментів ДНК. Клонування — це процес створення кількох копій гена. Зазвичай це робиться за допомогою полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) або інших методів, таких як синтез генів. Трансформація — це процес введення гена в цільовий організм, як правило, за допомогою вектора. Зазвичай це робиться за допомогою процесу, який називається генною інженерією, який передбачає використання таких ферментів, як транспозаза, для введення гена.

СТАВЛЕННЯ

«Зелена хімія» - галузь екологічної інженерії, що займається створенням, розробленням і застосуванням хімічних продуктів і процесів, що зменшують або унеможливлюють використання й утворення шкідливих речовин. У 1998 р. П. Т. Анастас і Дж. С. Уорнер у своїй книжці «Зелена хімія: теорія і практика» сформулювали дванадцять принципів «зеленої хімії». Назвіть ці принципи. Обґрунтуйте значення біотехнології для досягнення цілей «зеленої хімії».

Дванадцять принципів зеленої хімії: запобігання, атомна економія, менш небезпечний хімічний синтез, розробка безпечніших хімічних речовин, безпечніших розчинників і допоміжних речовин, розробка для енергоефективності, використання відновлюваної сировини, зменшення похідних, каталіз, розробка для деградації, аналізу в режимі реального часу для запобігання забрудненню та за своєю суттю безпечнішої хімії для запобігання нещасним випадкам. Біотехнологія відіграє важливу роль у досягненні цілей екологічної хімії, оскільки вона дозволяє виробляти хімічні речовини та матеріали більш чистим і ефективним способом. Біотехнологію можна використовувати для розробки ефективних та екологічно чистих процесів синтезу хімічних речовин і матеріалів, а також для створення нових матеріалів із покращеними властивостями. Крім того, біотехнології можна використовувати для розробки нових каталізаторів та інших інструментів, які забезпечують більш ефективні та стійкі хімічні процеси, а також для створення альтернативних і відновлюваних джерел енергії, які є більш ефективними та менш забруднювальними.

РЕЗУЛЬТАТ

1. Що таке молекулярна генетика і генна інженерія?

Молекулярна генетика — це дослідження структури та функції генів і споріднених молекул у живих організмах. Він включає вивчення структури білків, ДНК і РНК, а також їх ролі в регуляції діяльності живих клітин. Генна інженерія — це маніпуляції з генетичним матеріалом організму для отримання бажаного результату. Він передбачає використання таких методів, як клонування генів, сплайсинг генів і технологія рекомбінантної ДНК для створення нових або вдосконалених організмів. Генна інженерія використовується в біотехнології для виробництва різноманітних продуктів, таких як фармацевтичні препарати, харчові добавки та біопаливо.

2. Назвіть досягнення молекулярної генетики.

Деякі з найбільш значних досягнень молекулярної генетики включають відкриття структури ДНК Джеймсом Уотсоном і Френсісом Кріком у 1953 році, відкриття реплікації ДНК Метью Мезелсоном і Франкліном Шталем у 1958 році, відкриття генетичного коду Маршаллом Ніренбергом і Хар Гобінд Хорана в 1961 році та розробка технології рекомбінантної ДНК Стенлі Коеном і Гербертом Бойєром у 1973 році. Інші важливі досягнення включають відкриття гена Волтером Гілбертом і Алланом Максамом у 1975 році, розробку рестриктаз як інструментів для маніпулювання генами, розвиток технології ПЛР та секвенування геному людини.

3. Що таке молекулярна біологія й клітинна інженерія?

Молекулярна біологія — це дослідження структури та функції генів і споріднених молекул у живих організмах. Він включає вивчення структури білків, ДНК і РНК, а також їх ролі в регуляції діяльності живих клітин. Клітинна інженерія — це міждисциплінарна галузь, у якій принципи інженерії та наук про життя використовуються для вивчення або маніпулювання біологічними системами, такими як клітини та тканини. Він передбачає використання таких методів, як генна інженерія, наука про стовбурові клітини та тканинну інженерію для створення нових або вдосконалених живих систем.

4. Назвіть найвідоміші відкриття молекулярної біології.

До найвідоміших відкриттів молекулярної біології можна віднести відкриття структури ДНК Джеймсом Уотсоном і Френсісом Кріком у 1953 році, відкриття реплікації ДНК Метью Мезелсоном і Франкліном Шталем у 1958 році, відкриття генетичного коду Маршаллом Ніренбергом і Харом Гобіндом. Хорана в 1961 році та відкриття гена Волтером Гілбертом і Алланом Максамом в 1975 році. Крім того, розробка технології рекомбінантної ДНК Стенлі Коеном і Гербертом Боєром в 1973 році також є важливим відкриттям у молекулярній біології.

5. Що таке біохімія й мікробіологічний синтез?

Біохімія — це наука про хімічні процеси, що відбуваються в живих організмах, включаючи структуру та функції клітинних компонентів, таких як білки, вуглеводи та ліпіди. Мікробіологічний синтез — це процес використання мікроорганізмів для отримання сполук або матеріалів, які не зустрічаються в організмах природним шляхом. Цей процес використовується в біотехнології для виробництва різноманітних продуктів, таких як фармацевтичні препарати, харчові добавки та біопаливо. Мікроорганізми також використовуються для виробництва ферментів та інших білків, які можуть бути використані як каталізатори в хімічних і біохімічних синтезах.

6. Яке значення біохімії для екологічної інженерії?

Біохімія важлива для екологічної інженерії кількома способами. По-перше, його можна використовувати для оцінки впливу забруднюючих речовин на навколишнє середовище та для вивчення впливу різних умов середовища на організми. Крім того, біохімія може бути використана для розробки стратегій видалення забруднюючих речовин з навколишнього середовища. Крім того, біохімію можна використовувати для вивчення впливу різних умов навколишнього середовища на організми, а також для розробки стратегій відновлення та покращення екосистем. Нарешті, біохімія може бути використана для розробки методів виробництва біопалива та інших продуктів з відновлюваних джерел.

7. Яке значення досягнень молекулярної генетики для біотехнології?

Досягнення молекулярної генетики були невід’ємною частиною розвитку застосування біотехнології. Молекулярна генетика надала інструменти та методи, необхідні для модифікації генетичного матеріалу організмів і зміни їхнього генетичного складу. Це дозволило розробити терапію та лікування хвороб, покращити врожайність та стійкість до шкідників, а також виробляти нові білки та ліки. Крім того, молекулярна генетика дозволила вивчати експресію генів, що дало змогу біотехнологам краще зрозуміти генетичний склад організмів і маніпулювати ними.

8. Яке значення молекулярної біології для біотехнології?

Молекулярна біологія має важливе значення для застосування біотехнології, оскільки вона надає інструменти та методи, необхідні для маніпулювання та модифікації генетичного матеріалу. За допомогою молекулярної біології біотехнологи можуть змінювати генетичний склад живих організмів для отримання бажаних результатів, таких як профілактика та лікування захворювань, створення нових білкових продуктів і маніпуляції з рослинами та тваринами для бажаних фенотипічних ознак. Крім того, молекулярна біологія дозволяє вивчати експресію генів і розробляти нові ліки та методи лікування.

9. Для яких напрямів біотехнології фундаментальною основою є біохімія?

Біохімія є фундаментальною основою для багатьох областей біотехнології, включаючи генну інженерію, відкриття та розробку ліків, медичну діагностику та виробництво біопалива. Наприклад, біохімія використовується для розуміння та маніпулювання експресією генів, проектування та розробки нових ліків і методів лікування, виявлення та діагностики захворювань і створення нового біопалива. Крім того, біохімія є важливою для виробництва та очищення біотехнологічних продуктів, таких як фармацевтичні препарати, продукти харчування та промислові хімікати.

10. Висловіть своє судження щодо застосування досягнень молекулярної генетики, молекулярної біології та біохімії у біотехнології.

Досягнення молекулярної генетики, молекулярної біології та біохімії справили великий вплив на біотехнологію. Ці досягнення дозволили біотехнології вийти за межі простого маніпулювання генами та клітинами, включивши широкий спектр процесів і методів, таких як редагування генів, генна терапія та дослідження стовбурових клітин. Крім того, досягнення в цих галузях уможливили виробництво нових і вдосконалених ліків, вакцин та інших методів лікування різноманітних захворювань. Крім того, використання біотехнології в сільському господарстві було неоціненним, оскільки дозволило вирощувати ефективніші та ефективніші культури, а також розробляти нові джерела їжі. Загалом, застосування досягнень молекулярної генетики, молекулярної біології та біохімії до біотехнології мало величезний вплив на навколишній світ і відкрило нові можливості для майбутнього.