Компоненты їжі, біосенсори, мікробні ферменты

24. З яких основних компонентів полягає пища?

1. Белки.

2 Жиры.

3 Жирні кислоты.

4. Углеводы.

5. Витамины.

Вітамін, А (ретинол).

Вітамін Д (кальциферолы).

Вітамін З.

Вітамін B1 (тіамін).

Вітамін В2 (рибофлавін).

Вітамін РР (ниацин).

Вітамін В12 (ціанокобаламін).

Вітамін Р (рутин, цитрин).

6. Мінеральні речовини.

Залізо.

Магній.

Калій.

Кальцій.

Натрій.

Фосфор

Сірка.

Йод.

Марганець.

Мідь.

Цинк.

Хлор

7. Харчові волокна.

8. Вода.

59. Які принципи конструювання биосенсоров?

Биосенсоры.

Принципи конструювання біосенсорів.

Ферментні (чи безреагентные) электроды.

Ферментні микрокалориметрические датчики.

Хемиі биолюминесцентные датчики.

Клітинні биосенсоры.

64. Наведіть приклади мікробних ферментів, використовуються замість рослинних і тварин.

24. З яких основних компонентів полягає пища?

При визначенні кількості корисних елементів в їжі необхідно враховувати вік, особливості обміну речовин і рівень фізичної активності людини. Наприклад, людина, яка має сидяча роботу і обмаль фізичної навантаження, потребує меншої кількості калорій, ніж рабочий.

Нашому організму повинен одержувати з їжею білки, вуглеводи, жири, вітаміни, мінеральні речовини, клітковину і воду.

1. Бєлки — незамінні речовини, без яких неможливе як зростання та розвитку організму, а й життя. Вони потрібні для синтезу постійно расходующихся травних соків, гормонів, гемоглобіну крові й імунних тіл, які забезпечують несприйнятливість до інфекційних захворювань. Чоловікам у віці 18−29 років залежно від тяжкості виконуваного праці потрібно на добу 90−118 р білка, жінкам — від 77 до 87 р. З яким віком потреба у білці знижується й в 30−39 років становить чоловікам 87−113 р, тоді 74−84 р. До повноцінним харчовим білкам ставляться білки, які містять все незамінні амінокислоти у кількості та співвідношеннях, які забезпечують нормальну життєдіяльність організму, його зростання та розвитку. Такими білками є переважно білки тваринного походження, які у м’ясі, рибі, сирі та молочних продуктах, яйцях, сирі тощо. буд.

2 Жири ставляться до життєво необхідним харчовим речовин.

Відповідно, жири потрібні задля забезпечення пластичних процесів в організмі, є структурної частиною клітин та тканин. Їх присутність необхідне всмоктування з кишечника інших нутрієнтів, зокрема вітамінів А, Є. і D. Недолік жиру в харчуванні можуть призвести спричиняє порушення діяльності центральної нервової системи, ослаблення імунобіологічних механізмів, виникненню дегенеративних змін шкіри, нирок, органів зору. Негативно позначається надлишкове споживання жиру. Споживання значної кількості тварин жирів, містять граничні жирні кислоти, сприяє підвищення рівня холестерину у крові, виникненню атеросклерозу, захворювання серця й мозку.

Середньодобовий потреба у жирі молодих чоловіків 18−29 років із масою тіла 70 кг з урахуванням названих обставин повинна бути 103−158 р, жінок такого самого віку з безліччю тіла 60 кг — 88−119 р. У віці 30−39 років потреба у жирі знижується до 99−150 р в чоловіків і 84−112 р в жінок.

3 Масні кислоти — складові компоненти жирів і жироподобных речовин, які мають вираженої біологічну активність (фосфатиды, стерті). У природних жирах міститься більш 60 видів жирних кислот.

По хімічної структурі жирні кислоти діляться на граничні (насичені) і непредельные (ненасичені). З граничних жирних кислот найпоширеніші пальмитиновая, стеаринова, миристиновая, олійна, капронова та інших. Фізичні властивості і біологічна активність граничних жирних кислот залежить від їх молекулярної маси: високомолекулярні мають тверду консистенцію, низькомолекулярні - рідку. Непредельные жирні кислоти присутні у всіх жирах, але найбільше в рослинних. Це переважно высоконепредельные (полиненасыщенные) олеиновая, линолевая і арахидоновая кислоти, які у організмі не синтезуються і є витаминоподобными речовинами, створюючи групу незамінних жирних кислот. Вони відрізняються активнішим через участь у процесах життєдіяльності, важливі для нормалізації жирового і холестеринового обмінів. Найбільше (50−80% від усіх жирних кислот) їх міститься у рослинних мастила, споживання 15−20 р яких здатне задовольнити добову потреба організму у тих з'єднаннях, менше в свинячій сало, гусячому і курячому жирі (потрібно вже 50−60 р), мінімум — в баранячому, яловичому та молочних жирах (потреба у таких кислотах ці жири задовольнити що неспроможні).

4. Вуглеводи, одну з основних і найважливіших груп харчових речовин. Основна їхня значення в харчуванні людини — енергетичне постачання організму: вони забезпечують понад половина добової калорійності харчового раціону. По енергетичної цінності вуглеводи рівноцінні білкам (1 р вуглеводів при згорянні в організмі звільняє 4 Ккал). Їх використовують як енергетичного матеріалу для будь-який діяльності, що з фізичної роботою, тому попри всі видах фізичного праці відзначається підвищена потреба у них.

Джерелами вуглеводів в харчуванні людини служать зернові продукти, зміст вуглеводів у яких становить менше 75% сухого речовини. Значення тварин продуктів як джерела вуглеводів несуттєво: глікоген в незначних кількостях містять печінку та м’ясо; лактоза (молочний цукор) міститься лише у молоці у кількості майже п’ять%.

Вуглеводи продуктів харчування залежно від хімічної структури, швидкості засвоєння та ефективного використання діляться на прості (моносахариды і дисахариды) складні (полісахариди). Прості вуглеводи на час вступу у організм швидко вступають у кров, і за необхідності окисляються із енергії. Складні цукру використовуються повільніше. З іншого боку, вуглеводи можна розділити на рафіновані і нерафіновані (захищені). Рафіновані вуглеводи — це цукру, звільнені від супутніх домішок у процесі очищення. Продукти з урахуванням рафінованих вуглеводів дуже просто засвоюються в організмі, що у більшою мірою сприяє формуванню зайвої ваги, порушення холестеринового і жирового обміну. Джерела рафінованих вуглеводів — буряковий і тростинний цукор, всі види кондитерських виробів, виробів із вищих сортів пшеничного борошна, концентрати, суміші і вироби з зернових. Джерела захищених вуглеводів — хлібні вироби з млива, приготовленою з суцільного зерна, крохмаль картоплі, більшість овочів, фруктів, і ягід. Доба споживання вуглеводів становить приблизно 350−500 р.

5. Вітаміни є біологічні активні органічні сполуки, мають велике значення обмінюватись речовин і життєдіяльності організму. Вони підвищують фізичну й розумову працездатність людини, сприяють стійкості організму до різноманітних захворювань, завдяки чого можуть розглядатися як важливе засіб їх профилактики.

Вітамін, А (ретинол). Ретинол надає нормализующее впливом геть процеси росту, зокрема до зростання процес формування скелета, забезпечує оптимальне структурне і функціональне стан епітеліальних клітин шкіри, залоз та слизових оболонок, выстилающих поверхні, і порожнини ТеЛа. Зміст ретинолу в основних продуктах харчування сильно коливається. У молоці його 0,02 р в 100 мл, в вершкове масло — 0,5 мг на 100 р продукту (0,5 мг%). Багато цього вітаміну в свинячої і яловичої печінки, в яйцях його 0,35 мг%.

Потреба дорослої людини у вітаміні А становить до $ 1,5 мг на добу.

Вітамін Д (кальциферолы) впливає на мінеральний обмін, забезпечує всмоктування кальцію і фосфору в кишечнику, впливає відкладення кальцію в кістковій тканині. Вітамін D необхідний профілактики рахіту в дітей віком. Його утримують лише у продуктах тваринного походження (сметана, вершки, молоко, печінку тріски, тунця). Добова потреба дітей у вітаміні D від 0,0025 до 0,01 мг.

Вітамін Є (токоферолы) нормалізує м’язову діяльність, запобігаючи розвиток м’язової слабкості й втоми. Цей вітамін тісно пов’язані з функцією ендокринної системи, особливо статевих залоз, щитовидної залози, гіпофізу. Утримується вітамін Є продукти рослинного й тваринного походження. Багато їх у рослинних мастила, зокрема у бавовняному, соняшниковій, соєвому. У невелику кількість вітамін Є перебуває у овочах, бобових, молоці, вершкове масло, курячі яйця, м’ясі, рибі. Дорослій здоровому людині потрібно щодня отримувати з їжею 2−6 мг токоферолов.

Вітамін До — обов’язковий і неодмінний учасник механізму згортання крові. Коли їх у їжі знижується згортання крові, що виявляється кровотечею. Вітаміном До багаті білокачанна і кольорова капуста, томати, гарбуз, свиняча печінку. Чимало їх у моркви, буряках, картоплі, в бобових овочах, в пшениці і вівсі. Збалансоване харчування цілий рік заповнює потребу людини у тому вітаміні, що становить 1,8−2,2 мг на добу.

Вітамін З, одне із що й найширше відомих водорозчинних вітамінів. Утримується в овочах, фруктах, ягодах і багатьох дикорослих рослинах. Вітамін З потрібен для оптимального течії багатьох життєво важливих процесів обміну речовин, у організмі, забезпечує нормальний стан сполучної тканини, зумовлюючої еластичність і міцність кровоносних судин, підвищує опірність захворювань, холоду тощо несприятливим чинникам довкілля. Повне та тривалого відсутність вітаміну З в раціоні чи припинення його засвоєння що через хворобу веде до виникнення захворювання, відомого під назвою цинги. Добова потреба дорослого здорової людини в аскорбінової кислоті коливається не більше 70−100 мг.

Вітамін B1 (тіамін), одне з найважливіших водорозчинних вітамінів групи У, роль що його забезпеченні здоров’я та перемоги високу працездатність людини дуже великий.

Добова потреба у тиамине становить 1,3−2,6 мг, для дітей — 0,3−1,7 мг. Основним джерелом тіаміну є зернові продукти. У цьому корисно знати, що у будь-якій зерні цей вітамін концентрується у його зародковій частини й оболонці. У результаті найцінніші вироби з млива грубого помелу, де збережено всі частини зерна.

Вітамін В2 (рибофлавін), одне з найважливіших водорозчинних вітамінів, які стосуються ростов чинникам. Здебільшого визначає фізичний розвиток. Рибофлавін потрібен до повного розщеплення вуглеводів. Добова потреба дорослої людини у вітаміні Е2 становить близько 2,5 мг. Найбільше його міститься у м’ясі, печінки, молоці, сирі, сирі і курячому яйці. Чимало рибофлавіну в стручках бобових, в зародку і оболонках пшениці, жита, овса.

Вітамін РР (ниацин). Під цією назвою знає групу водорозчинних вітамінів, основними, найпоширенішими у природі представниками якої є нікотинова кислота і никотинамид. Надлишок ніацину для організму небезпеки технічно нескладне, хоч і може супроводжуватися неприємним відчуттям шкірного спека. Основним джерелом вітаміну РР в людини є продукти тваринного походження.

Вітамін В6 (пиродоксин). Основні джерела пиродоксина — молоко, сир, сир, гречана і вівсяна крупи, м’ясо і субпродукти, куряче яйце, риба, збіжжя вийшло з борошна грубого помелу. Залежно від віку та роду занять дорослий здорова людина повинен одержувати з їжею на добу 2,0−3,0 мг пиродоксина.

Вітамін В12 (ціанокобаламін) в людини бере участь у багатьох обмінних реакціях. У його нестачі в раціоні може розвинутися важка форма недокрів'я. Добова потреба дорослої людини у вітаміні B12 становить 0,02 мг, що цілком компенсується наявністю в раціоні молока, сиру, сиру, м’яса, печінки забійного худоби та деяких менших видів риби.

Вітамін Р (рутин, цитрин) разом із аскорбінової кислотою бере участь у найважливіших для організму людини окисно-відновних процесах. Гипоавитаминоз Р — причина вкрай небажаного підвищення проникності кровоносних судин. Природна потреба у рутині (25 мг) цілком заповнюється наявністю в харчовому раціоні чаю, цитрусових, відвару сушеного шипшини. Багато їх у горобині, волоських горіхах, чорної смородині.

6. Мінеральні речовини в людини не синтезуються і тому ставляться до незамінним компонентами харчування. Їх вміст у цілому визначається хімічний склад місцевих продуктів харчування питної води.

Мінеральні елементи, які у тканини організму і продуктах харчування в значних кількостях (десятки і сотні міліграмів на 100 р продукту), прийнято називати макроэлементами. Це кальцій, фосфор, магній, калій, натрій, хлор, сірка.

Важливе значення має підтримку в організмі кислотно-лужної рівноваги, який істотно залежить від характеру харчування: переважання у ньому кислотних (фосфор, сірка, хлор) чи лужних (калій, натрій, магній та інших.) мінеральних речовин. Необхідно знати, що джерелами кислих мінеральних речовин є харчові продукти, містять у кількості сірку, фосфор, хлор. Це м’ясні, рибні продукти, яйця, хліб, крупа, макаронні вироби. Харчові ж продукти, які містять значну кількість кальцію, магнію, натрію чи калію, є джерелом лужних елементів. Це рослинні продукти — овочі, фрукти, ягоди, бобові, та якщо з тварин — молоко і молочних продуктів.

Залізо, одне з найбільш важливих мікроелементів. Його основна біологічна роль організмі - вхід до складу гемоглобіну еритроцитів крові й залізовмісних ферментів. У тілі дорослої людини міститься 3−4 р заліза. Функцію перенесення кисню вдихуваного повітря (у складі гемоглобіну) здійснює приблизно 60% цієї кількості железа. Суточная потреба дорослого здорової людини в залозі (10−20 мг) заповнюється звичайним збалансованим харчуванням. Найбільш багаті залізом сушені білі гриби, печінку та нирки забійного худоби, персики, абрикоси, жито, зелень петрушки, картопля, ріпчаста цибулю, гарбуз, буряк, яблука, айва, груші, квасоля, сочевиця, горох, толокно, куряче яйце, шпинатом. Залізо із різних продуктів засвоюється неоднаково. Залізо, що до складу гемоглобіну крові, міоглобіну м’язів м’ясної, рибної їжі, клітинами слизової оболонки тонкої кишки всмоктується практично цілком, що не можна сказати про залозі, що до складу продуктів рослинного походження чи, наприклад, у складі курячого яйця. Всасываемость заліза в кишечнику людини звичайно перевищує 20% загального її змісту в змішаному харчовому раціоні.

Магній, одне із життєво важливих мінеральних елементів харчування. У організмі дорослої людини його міститься близько 25 гСуточная потреба у магнії для дорослої людини становить 400 (300−500) мг. У харчуванні осіб похилого віку рекомендується збільшення кількості цього елемента, особливо в атеросклерозі, ішемічну хворобу серця й гіпертонії. Високим змістом магнію відрізняються продукти рослинного походження.

Калій, життєво необхідна мінеральний елемент харчування у складі макроэлементов. Його значної ролі функціонування клітин всіх тканин організму, є неодмінною компонентом систем забезпечення кислотно-лужної рівноваги в тканинних і межтканевых жидкостях.

При звичайному харчуванні є основним джерелом калію є картопля. Ще більше його не в квасолі (1100 мг%) і гороху (870 мг%). У найбільшому кількості містять калій сухофрукти. У персиковому куразі 2 р калію на 100 р продукту, в абрикосової - 1,7 р, в сушеної вишні - 1,3 р, черносливе, родзинках і сушених грушах — близько 0,9 р, в сушених яблуках — 0,6 р. Добова потребу людини в калії становить 3−5 р. Звичне (збалансоване) харчування забезпечує її цілком.

Кальцій, одне з найважливіших мінеральних елементів харчування. Бере участь в пластичних і обмінних процесах, у формуванні кістковій тканині. Він необхідний забезпечення діяльності серця, входить до складу крові, бере участь у процесах її згортання, соціальній та стабілізації захисних механізмів, що підвищують стійкість організму і дії зовнішніх несприятливих чинників.

Найбільш значущими та повноцінними джерелами кальцію є молоко і молочних продуктів. Дорослій людині потрібно 800 мг кальцію на добу.

Натрій, одне з найбільш важливих мінеральних речовин. Найбільше натрію міститься у внеклеточных рідинах (лимфе і сироватці крові), як і його присутність відчуваєш практично переважають у всіх органах і тканинах. У організм він у основному у вигляді кухонної солі - хлориду натрію. Доба споживання натрію становить 4−6 р, що він відповідає 10−15 р кухонної солі.

Фосфор, мінеральний елемент харчування, сполуки якого беруть активну участь у багатьох обмінних процесах. У тілі дорослої людини міститься 600−900 р фосфору. Надмірна надходження фосфору у організм мабуть якщо переважання в харчуванні м’ясних, рибних і зернових продуктів. Основними джерелами фосфору в людини є тварини продукти — м’ясо, риба, яєчний жовток, сир, сир, що добре засвоюються.

Сірка. Як мінеральний елемент нечасто у спеціальних посібниках з харчування людини, мабуть, у зв’язку з тим, що потреба у ньому (близько 1 р на добу) практично легко задовольняється звичайним харчовим раціоном і тому специфічних захворювань, що з дефіцитом чи надлишком сірки в харчуванні, встановлено. Значна роль сірки у процесах знешкодження отруйних речовин, у печінки. Основні джерела сірки — продукти тваринного походження, але досить значно неї давав й у рослинної їжі.

Йод. Джерелом йоду є пожива і вода, а приморських районах й повітря. У організмі він можна знайти переважають у всіх тканинах, але основне його кількість зосереджене у щитовидної залозі. Оптимальна норма споживання становить 100−200 мкг на добу. Найбільш природно, і ефективно включення до раціон морської риби та інших продуктів моря (морської капусти, креветок тощо. п.).

Марганець, мікроелемент, найпоширеніший у навколишній Середовищі - грунті, воді, харчові продукти. Він стимулює процеси росту, необхідний підтримки функції відтворення, освіти кісткової і нормально функціонувати сполучної тканини.

Фізіологічна потребу людини в марганці становить 5−10 мг на добу. Його утримують у багатьох продуктах тварини рослинного походження, більше його не в злакових, бобових (0,5−5 мг на 100 р їстівної частини), в чаї і кави (1,3 мг лише у чашці).

Мідь міститься практично переважають у всіх органах і тканинах людини: у печінці, мозку, серце, нирках, накопичується в м’язової й кісткового тканинах. Добова потреба у міді для дорослих становить близько двох мг. Різноманітне харчування зазвичай її забезпечує. Але дітям, особливо в недокрів'ї, у харчовій раціон необхідно включати продукти, найбагатші цим елементом, — печінку, рибу, овочі, лиственную зелень, чорну смородину, журавлину, абрикоси, аґрус, груші, полуницю.

Цинк. Норма змісту їх у людини від 1,5 до 3 р, розподіляється він у кістках, шкірі, м’язах, волоссі. Основные5 джерела цинку — м’ясо, риба, яйця, сири. Багаті їм гриби, зернові, бобові, горіхи. Добова потребу людини в цинке становить 10−15 мг.

Хлор, одне із мінеральних елементів харчування досить високої активності. При звичайному харчуванні загальна кількість хлору і дорослі людей становить 10−15 р. Для задоволення потреб організму дорослої людини потрібно 4−6 р хлору на добу. Зміст хлору у харчових продуктах незначно. Кілька більше його не в крупах і бобових, мало у фруктах і овочах. У продуктах тваринного походження хлору міститься значно більше.

Мінеральні речовини причетні і до краси. Залізо впливає на чистоту і свіжість шкіри. Сірка входить у ліки, застосовувані на лікування вугрів і лупи. Йод зміцнює нігті. Магнієві солі надають пружність м’язам і покращують харчування шкіри. Кальцій, калій, фосфор зміцнюють м’язи і шкіру. Що багатша раціон, тим більше у ньому необхідних мінеральних речовин.

7. Харчові волокна. Цим терміном визначаються звані баластові речовини, запитання про роль що у складі їжі і збереження функціональної і метаболической стабільності організму належить до найбільш нове і цікавим проблемам гігієни харчування. Хімічний аналіз цих речовин показав, що здебільшого це некрахмальные полісахариди, які можна розділені на целюлозу (клітковину) і нецеллюлозные полісахариди — геміцелюлози, пектин, запасні полісахариди, подібні інсуліну і гуару, і навіть рослинні камеді і слизу. З іншого боку, у яких входить неуглеродное речовина — лигнин. Харчові волокна зберігають у організмі хлібі з непросіяної борошна, горіхах, бобових, трохи менше в овочах, коренеплодах, фруктах. Передбачається, що харчові волокна, які у деяких продуктах харчування, надають захисне дію проти цукрового діабету, ішемічну хворобу серця, деяких захворювань печінці та товстої кишки. Харчові волокна в значних кількостях потрапляють до організму людини разом із овочами, фруктами, горіхами, картоплею, горохом, квасолею і кукурудзою.

8. Вода становить близько 70% нашого організму. Аби зберегти нормальну міру води в організмі, ми потребуємо постійному її поповненні. Додаючи до раціону багато фруктів, і овочів, ми вводимо у організм дуже багато дистильованої води.

Їжа може бути засвоєна без води. З її допомогою йде перетворення білків, крохмалів і жирів для харчування, необхідну нормальної життєдіяльності організму. Вода необхідна для стимуляції роботи шлунка, в кишечнику вона допомагає формуванню фекальних мас і своєчасному висновку їх із організму.

Людина перетворюється на середньому споживає лише 2,5 л води щодня, а організмі циркулює до 5 л. Різницю і як метаболічна вода.

59. Які принципи конструювання биосенсоров?

Біосенсори — це аналітичні устрою, використовують біологічні матеріали для «впізнавання» певних молекул і котрі видають інформацію про їхнє присутності і кількості як електричного сигналу. Принцип аналізу, реалізований в биосенсорах, грунтується у тому, що біоматеріал (ферменти, клітини, органели, иммунокомпоненты), иммобилизованный на фізичних датчиках, при взаємодії з анализируемыми сполуками генерує залежний від концентрації сигнал, реєстрований преобразователем.

Ідея створення такої роду пристроїв виникла порівняно недавно, в 60-ті роки ХХ століття. Вперше її висловили Кларк і Ліоні в 1967 р. Ідея Кларка полягало у використанні ферментного електрода, тобто. електрохімічного датчика з иммобилизованным з його поверхні ферментом. Потім у ужиток увійшло поняття «биосенсор» чи «биочип». Це важлива подія до науки. Тут відбиваються глибокі причини, пов’язані з так званими интеграционно-синтетическими процесами у науці, приводящими до появи нових знаний.

Більшість біосенсорів орієнтовані аналіз біологічних рідин. Справді, наприклад, у крові перебувають тисячі різноманітних сполук. Завдання у тому, щоб швидко і ефективно (кількісно) визначити концентрацію потрібного сполуки, наприклад, глюкози. Для людей, які на діабет, це життєво важливий клінічний аналіз. Біосенсори забезпечують таку возможность.

Функціонально біосенсори порівняти з датчиками живого організму — биорецепторами, здатними перетворювати всі типи сигналів, надходили з довкілля, в електричні. Найбільшого поширення набула зараз отримали біосенсори з урахуванням ферментів, Серед таких пристроїв розрізняють субстратные і ингибиторные біосенсори. З їхньою допомогою вирішують різні медико-біологічні завдання (наприклад, визначення цукру на крові) і контролюють стан довкілля (контроль змісту токсикантів). Чутливість ингибиторных біосенсорів надзвичайно висока, наприклад, можливо визначення залишкових кількостей деяких пестицидів лише на рівні 0.01 мкг/л і меньше.

Принципи конструювання біосенсорів. Конструктивно будь-який биосенсор представляє комбіноване пристрій, перебуває з цих двох принципових функціональних елементів: біохімічного й фізичного, що у тісному контакті друг з одним. Біохімічний елемент є биоселектирующую структуру і виконує функцію біологічного елемента розпізнавання. Як бкохимического перетворювача використовують його всі типи біологічних структур: ферменти, антитіла, рецептори, нуклеїнові кислоти і навіть живі клітини. Фізичний перетворювач сигналу, званий трансдьюсер, перетворює визначається компонент, а точніше, концентраційний сигнал, в електричний. Для зчитування і запис інформації використовують електронні системи посилення та державній реєстрації сигнала.

Трансдьюсерами може бути електрохімічні перетворювачі (електроди), різноманітних оптичні перетворювачі, гравітаційні, калориметричні, резонансні системи. Усі види биоселектирующих елементів можна комбінувати с.

різними трансдьюсерами. Це створює велика різноманітність різних типів биосенсоров.

Основними характеристиками, що дозволяє биосенсорному аналізу успішно конкурувати з традиційними методами, є оперативність аналізу, висока специфічність і чутливість при низьку вартість, відсутність необхідності використовувати дорогу апаратуру і кваліфікований персонал.

Наявність у устрої біоматеріалу з унікальні корисні властивості дозволяє собі з високої селективностью визначати потрібні з'єднання перетворені на складної за складом суміші, не вдаючись яких Додатковим операціям, що з використанням інших реагентів, концентрированием тощо. (тому й назва безреагентные методи аналізу). Існує велика розмаїтість фізичних перетворювачів: електрохімічні (електроди), спектроскопічні (оптроды), п'єзоелектричні і т.д.

Розробка біосенсорів належить до наукомістким технологіям і становить жодну з гілок сучасної біотехнології. Нині є кілька типів біосенсорів. Найбільше розвиток отримали ферментні і клітинні біосенсори. Наприклад, ферментні електроди, ферментні микрокалориметрические датчики, биодатчики з урахуванням хеми— і биолюминесценции.

Ферментні (чи безреагентные) електроди — використовують електрохімічний спосіб визначення речовин, які виникають під час ферментативного перетворення. Представляють собою електрод з нанесеним поверховим шаром (будь-яким природним полімером), що містить чи кілька іммобілізованих ферментів (іноді фермент може у растворимом стані приэлектродном шарі, оточеному мембраною). Залежно від типу взятого в основі електрода поділяються на потенциометрические і амперометрические.

Ферментні микрокалориметрические датчики — використовують парниковий ефект ферментативної реакції. Вона складається з двох колонок (вимірювальної і контрольної), заповнених носієм з иммобилизованным ферментом і споряджених термисто-рами. При пропущенні через вимірювальну колонку аналізованого зразка відбувається хімічна реакція, що супроводжується регистрируемым тепловим ефектом. Цей тип датчиків цікаве своєю универсальностью.

Хемиі биолюминесцентные датчики — реєструється світлове випромінювання з різноманітною довжиною хвиль, испускаемое продуктами ферментативної реакції, які у порушену стані. Конструкція включає колонку з иммобилизованными на носії ферментами (люциферазой, пероксидазой) і светоприемное пристрій. Закладений до системи цього датчиків аналітичний метод характеризується, передусім, вкрай високої чутливістю — дозволяє визначати фем-томольные (10−12М) кількості вещества.

Клітинні біосенсори. Один із досягнень біотехнології пов’язано із розвитком методів включення живих клітин на полімери і тверді носії різної природи, й застосування їх що така матеріалів вирішення завдань медицини, керованого біосинтезу, аналізу. Іммобілізовані клітини мають також низку дивних свойств.

Клітини є доступним біологічним матеріалом. Використовують клітини рослин, тварин, людини, до найбільше застосування знайшли клітини мікроорганізмів, які культивуються, легко відтворюються і підтримуються у чистій культурі. На відміну від ферментів під час використання клітин непотрібен дорогих стадій очистки.

Наявні методи іммобілізації: дозволяють отримати клітини, зберігають близько 100% активності ферментів та найздібніші функціонувати досить тривалі часові відтинки. Клітини зберігають все найважливіші структури та виявляють велику стабільність. У окремих випадках клітини зберігають життєздатність і активність ферментних систем протягом кількох лет.

Клітини зберігають, зазвичай, все системи життєзабезпечення. Це дає змогу провадити складні послідовні реакції, здійснюючи многостадийные процессы.

Багатьом типів клітин, особливо мікробних, розроблено ефективні методи генетичних операцій, що дозволяє отримувати мутанти із високим вмістом тієї чи іншої білка чи ферменту, що дозволяє оперувати з високоефективними каталитическими системами. Оскільки клітини зберігають апарат біосинтезу білка, потенційно можуть бути розроблені високоефективні методи генодиагностики. Основними вадами цих біосенсорів є повільний відгук електрода, пов’язані з необхідністю використовувати товсті мембрани, і навіть порівняно низька селективність, обумовлена присутністю у клітині чи тканинах кількох ферментних систем.

До сформування клітинних біосенсорів використовують різні фізичні трансдьюсеры: електрохімічні (амперометриче-ские, потенциометрические), оптичні, акустичні, калориметричні. Розвиток отримали біосенсори з техніки LAPS (светоадресуемых потенціометричних сенсорів). За підсумками LAPS-системы створено досить чутливі системи спостереження фізіологічним станом окремих клітин — звані микрофизиометры.

Для створення біосенсорів використовують мікроорганізми: Neyrospora europea — визначення аміаку, Trichosporon brassicae — визначення оцтової кислоти, Sarcina flava — визначення глутамина, Azoiobacier vineiaudii — визначення нітратів та інші. У тканинних електродах використовують зрізи нирок й цирози печінки свині, зрізи жовтої гарбуза, банана та інші. За підсумками гриба Aspergilus niger групою японських вчених були створено біосенсори визначення біогенних амінів запитує в м’ясних продуктах.

Для іммобілізації клітин із збереженням їх активності спочатку використовували матеріали природного походження: желатину, агар, альгінат кальцію, каррагенан. Останніми роками розробити й подати розвинені методи включення живих клітин на синтетичні полімерні гелі. Особливо цікаві і перспективні результати отримано з допомогою з так званого методу криоиммобилизации клітин. Процедура крио-иммобилизации складається з стадії отримання суспензії клітин: в розчині полімеру, заморожування суспензії із отриманням криоструктурированных гелів, розмороження із заснуванням пористого, механічно міцного матеріалу, стійкого до температур 70−80°С. Клітини, включені в що така пористий матеріал, зберігають активність і здатні функціонувати у протягом кількох месяцев.

64. Наведіть приклади мікробних ферментів, використовуються замість рослинних і животных.

Мікробні ферменти дедалі активніше заміняють рослинні і домашні тварини ферменти. Так, амилазы з Bacillus і Aspergillus замінили аналогічні ферменти з пшеничного солоду і ячменю в пивоварстві, хлібопеченні та у виробництві сухого печива, соціальній та текстильної промисловості; протеази з Aspergillus — тварини рослинні протеази, вжиті для розм’якання м’яса: протеази з Aspergillus і Bacillus lichemformis замінили панкреатичні протеази у процесі розм’якання шкіри (дубления) й у виробництві мийних засобів; реннины з Mucor — сычужный фермент з шлунка телят в сыроварении.

Ферменти та його применение.

Ферменты.

Продуценты.

Применение.

Амилазы.

Бактерії, грибы.

Виробництво меляси, глюкози, етанолу. Добавка до хлібопродуктами. Що Сприяє травленню средство.

Протеази з микроорганизмов.

Бактерії, грибы.

Виробництво і дозрівання сиру. Приготування соєвого соусу й одержання аминокислот.

Вироблення шкіри. Активатори травлення (дайджестанты). Очищення пива. Видалення білкових грудок з алкогольних напоїв. Розм’якшення м’яса (папайї). Виробництво миючих средств.

Реннин.

Шлунок теляти, грибы.

Виробництво сыра.

Липазы.

Дрожжи.

Виробництво оливи й глицеридов. Активатори травлення (дайджестанты).

Пеюгйназы.

Грибы.

Очищення і підвищення виходу зіна і фруктових соков.

Гемицеллюлазы.

Грибы.

Гідроліз гемицеллюлоз злаків і овощей.

Целлголазы.

Грибы.

Гідроліз целюлози в глюкозу.

Инулаза.

Бактерії, грмбы.

Гідроліз інуліну у фруктозу.

Инвертаза.

Дрожжи.

Запобігання кристалізації цукру на виробництві кондитерських виробів. Виробництво шоколаду, високоякісної мелассы.

Глюкозоизомераза.

Бактерии.

Перетворення глюкози у фруктозу,.

Нарингиназа.

Грибы.

Усунення гіркого присмаку соків цитрусовых.

Антоцианаза.

Грибы.

Знебарвлення фруктових соков.

ДНКаза, рибонуклеотидаза.

Бактерії, грибы.

Гідроліз ДНК; отримання монодезоксирибонуклеотидів і рибонуклеотидов, отримання инозиновой кислоты.

Глюкозооксидаза.

Бактерии.

Видалення кисню чи деструкція глюкози для антисептики продуктів харчування. Одержання обезвоженного яєчного порошка.

Каталаза.

Бактерии.

Стерилізація молока.

Уреаза.

Дріжджі, грибы.

Руйнування сечовий кислоты.

Нині з промисловою масштабах отримують чотири ферменту: протеазу, глюкоамилазу, а-амилазу і глюко-зоизомеразу. Світовий ринок даних ферментів оцінюється у сумі близько млн дол. Щороку виробляється 530 т протеа-зы, 350 т глюкоамилазы, 320 т а-амилазы і 70 т глюкозоизоме-разы. Основними виробниками є європейських компаній, причому 60% всієї світової торгівлі ферментами посідає датську фірму «Ново индастри» і голландську фірму «Гито-Брокадес НВ».

Усі ферменти поділяють на дві категорії - внеклеточные і внутрішньоклітинні ферменти. До першої категорії ставляться ферменти, виділені клітиною у середу, де їх розщеплюють живильні полімерні речовини до низькомолекулярних сполук, що потенційно можуть проникати у клітину через клітинну стінку. Внутрішньоклітинні ферменти в нормальних умов сконцентровано у обсязі клітини, і у середу не транспортуються. Тож їх виділення необхідно зруйнувати клітини тим чи іншим способом.

Для деяких областей застосування ферментів необхідні щодо чисті препарати. Наприклад, глюкозооксидаза, применяющаяся у виробництві яєчного порошку, має утримувати ферменти розщеплення яєчного білка. Протеази, водимые внутримышечно домашнім тваринам перед забоєм для м’якшення м’яса нічого не винні утримувати ніяких сполук, які б викликати алергічну реакцію споживачів цього м’яса. Щодо чисті ферменти застосовують у клінічної діагностики та у процесах, що з виробництвом і які обробкою харчових продуктов.

У той самий час частина з застосовуваних промисловості препаратів ферментів очищені значно меншою мірою. Зазвичай, вони містить низка ферментів з різними каталитическими свойствами.

Цінність, отриманих мікробіологічними способом ферментів найяскравіше демонструє перетворення крохмалю в кукурудзяну патоку із високим вмістом фруктози, заменяющую сахарозу в безалкогольних напоях. Хоча це процес укорінений у виробництво недавно, вона вже дає понад 2 млн. т меляси на рік. Перетворення крохмалю відбувається у три етапу, у яких субстрат послідовно піддається впливу а-амилазы, глюкоамилазы і глюкозоизомеразы.

Вартість виробленої меляси залежить виключно від ефективності способу отримання ферментів. Буньи Маруо і його працівники з університету Нихон збільшили вихід а-амилазы з Bacillus subtilis майже 200 раз, комбінуючи класичні методи мутагенезу і селекції з технікою генетичної рекомбінації. Вони виявили ряд регуляторних механізмів, контролюючих синтез а-амилазы; діючи спільно, ці регулятори підвищують вихід ферменту в відібраних штами В.subtilis.

Технологія рекомбінантних ДНК було використано також і виробництва температуроустойчивой а-амилазы. Бактерія B. subtilis зростає при кімнатної температурі, і синтезируемая нею а-амилаза легко денатурируется при нагріванні. Якби фермент мав активністю за підвищеної температурі, каталітичне розщеплення крохмалю до глюкози протікало б із вищої швидкістю. Одна з імовірних шляхів щоб одержати такого ферменту — це убудовування в геном B. subtilis гена а-амилазы з термофильной бактерії. Термофильные бактерії живуть за підвищеної температурі, та його ферменти стійкі до нагріванню. Але ці бактерії що неспроможні служити джерелом а-амилазы, оскільки організація їх геному вивчена погано. Шойи Шиномия і його працівники з Токійського університету продемонстрували, що в В. subtilis гена а-амилазы з термофильной бактерії призводить до збільшення виходу термостабильной а-амилазы.

Іншим шляхом значного підвищення ефективності виробництва фруктози міг стати заміна трьох етапів утилізації крохмалю одним. Цього досягти, включивши до геном одного організму гени для а-амилазы, глюкоамилазы і глюкозоизомеразы Перетворення крохмалю в кукурудзяну патоку із високим вмістом фруктози проходило б тоді одному ферментационном сосуде.

Протеази з промисловою масштабах виділяють з організмів тварин (з підшлункової залози), вищих рослин (з соків і латексов), і навіть з дріжджів, плесеней і бактерий.

Протеази застосовують у виробництві мийних засобів, у хімічній чистці, при мягчении м’яса, в сыроделии (лише реннин), дублении, добуванні срібла з фотографічних плівок і паперів, виробництві препаратів, сприяють травленню, соціальній та медицині під час лікування запальних процесів і ран.

Як добавок до миючим засобам ферменти застосовувалися, починаючи вже з 19.13 р. Особливо різке зростання споживання протеаз у виробництві детергентів зафіксований у кінці 1960;х рр. найбільшого рівня виробництво ферментів цих цілей припав на 1969 р., коли з ферментними добавками випускалося 30−75% всіх миючих засобів на Західній Європі 40% США. Потім Федеральна комісія з торгівлі США писала, що детергенты небезпечні здоров’ю чоловіки й довкілля. У результаті 1970;1971 рр. виробництво бактеріальних протеолітичних ферментів різко скоротилося. Пізніше Федеральна комісія зняла попередження. Були. впроваджені удосконалені методи. У результаті в 1980 р. було вироблено протеаз у сумі близько 6 млн долл.

Різні методи м’якшення разделанных м’ясних туш засновані на використанні недорогих і стійких до дії тепла рослинних протеаз папаина і бромелаина. До розбирання і розфасовки цілі туші піддають дії протеаз за нормальної температури близько 15 °C з одночасним опроміненням ультрафіолетом, що запобігає розвиток небажаних микроорганизмов.

Сирі ферментні препарати підшлункової залози різних тваринах містять все травні протеази й володіють потужної активністю. Тому йдуть на обезволашивания (видалення волосся) шкур животных.

У молочної промисловості широко вживається лише один фермент — реннин. Реннин перетворює розчинну казеинат кальцію у досить малорастворимый параказеинат кальцію, осаждающийся як сирного згустку. Нестача тваринного реннина стимулювала розробку методів отримання аналогічних бактеріальних ферментів. З допомогою методів генетичної інженерії реннин теляти тепер одержують з допомогою микроорганизмов.

Вільні чи внеклеточные ферменти знаходять дедалі ширше використання у медицине.

Ферменти, застосовувані в медицине.

Фермент.

Область применения.

Трипсин.

Протизапальне засіб; застосовується при обробці ран.

Глюкозооксидаза.

Визначення глюкози у крові та моче.

Лизоцим.

Лікування деяких виразок, кору, розсіяного склерозу, низки шкірних захворювань, і післяопераційних інфекцій (антибактеріальне средство).

Гиалуронидаза.

Запроваджується з іншими лекарственными.

препаратами для полегшення їх проникновения.

Стрептокиназа.

Протизапальне средство.

Пенициллиназа.

Руйнує алергенні форми пеиициллинов у чутливих до них больных.

Урокиназа.

Запобігання і розсмоктування тромбів в кровоносних сосудах.

Активатор тканинного плазминогена.

Розчинення тромбів до кровоносних сосудах.

Аспарагимаза.

Противоопухолевое средство.

Протеази застосовують у медицині та клінічної практиці як сприяють травленню коштів, і навіть під час лікування важких ран. Оскільки ферменти є білки, то які б травленню ферменти застосовують лише у капсулах, предохраняющих ферменти від кислої середовища шлунка, що неминуче викликала та їхні руйнація. З застосовуваних медицині протеаз немає жодної, який було б виділено із організму человека.

Запровадження протеаз тварин людині застосовується також і придушення запальних процесів в тканинах. На відміну від живих мертві клітини звичайно здатні захищатися від дії протеаз. У цьому відмінності грунтується застосування розчинів протеаз на лікування вирулентных ран. Протеази сприяють розм’якшенню омертвілої тканини і клітин, полегшуючи цим дренаж ран і прискорюючи їх заживление.