Зміст.
24. З яких основних компонентів складається їжа?
1. Білки
2 Жири
3 Жирні кислоти
4. Вуглеводи
5. Вітаміни
Вітамін А (ретинол)
Вітамін Д (кальциферол)
Вітамін С
Вітамін B1 (тіамін)
Вітамін В2 (рибофлавін)
Вітамін РР (ніацин)
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 біосенсори?
Біосенсори
Принципи конструювання біосенсори
Ферментні (або безреагентниє) електроди
Ферментні мікрокалоріметріческіе датчики
Хемі-і біолюмінесцентного датчики
Клітинні біосенсори
64. Наведіть приклади мікробних ферментів, що використовуються замість рослинних і тварин.

24. З яких основних компонентів складається їжа?
При визначенні кількості корисних елементів в їжі необхідно враховувати вік, особливості обміну речовин і ступінь фізичної активності людини. Наприклад, людина, у якої сидяча робота і дуже мало фізичного навантаження, має потребу в меншій кількості калорій, ніж робочий.
Наш організм повинен отримувати з їжею білки, вуглеводи, жири, вітаміни, мінеральні речовини, клітковину і воду.

1. Білки - незамінні речовини, без яких неможливі не тільки ріст і розвиток організму, а й саме життя. Вони необхідні для синтезу постійно витрачається травних соків, гормонів, гемоглобіну крові та імунних тіл, що забезпечують несприйнятливість до інфекційних захворювань. Чоловікам у віці 18-29 років залежно від тяжкості виконуваного праці потрібно в добу 90-118 г білка, жінкам - від 77 до 87 р. З віком потреба у білку знижується і в 30-39 років для чоловіків становить 87-113 г, для жінок 74-84 р. До повноцінним харчовим білок відносяться білки, в яких містяться всі незамінні амінокислоти в кількості і співвідношеннях, що забезпечують нормальну життєдіяльність організму, його ріст і розвиток. Такими білками є переважно білки тваринного походження, що містяться в м'ясі, рибі, сирі і молочних продуктах, яйцях, сирі і т. д.

2 Жири відносяться до життєво необхідним харчових речовин.
Відповідно, жири потрібні для забезпечення пластичних процесів в організмі, є структурною частиною клітин і тканин. Їх присутність необхідна для всмоктування з кишечника інших нутрієнтів, зокрема вітамінів А, Е і D. Нестача жиру у харчуванні може призвести до порушення діяльності центральної нервової системи, послаблення імунобіологічних механізмів, виникнення дегенеративних змін шкіри, нирок, органів зору. Негативно позначається і надмірне споживання жиру. Споживання значної кількості тваринних жирів, що містять граничні жирні кислоти, сприяє підвищенню рівня холестерину в крові, виникнення атеросклерозу, захворювання серця і головного мозку.
Середньодобова потреба в жирі молодих чоловіків 18-29 років з масою тіла 70 кг з урахуванням названих обставин повинна становити 103-158 г, жінок того ж віку з масою тіла 60 кг - 88-119 м. У віці 30-39 років потреба в жирі знижується до 99-150 м у чоловіків і 84-112 м у жінок.

3 Жирні кислоти - складові компоненти жирів і жироподібних речовин, що володіють вираженою біологічною активністю (фосфатиди, стерті). У природних жирах міститься більше 60 видів жирних кислот.
По хімічній структурі жирні кислоти діляться на граничні (насичені) і ненасичені (ненасичені). З граничних жирних кислот найбільш поширені пальмітинова, стеаринова, міристинова, масляна, капронова та ін Фізичні властивості та біологічна активність граничних жирних кислот залежать від їх молекулярної маси: високомолекулярні мають тверду консистенцію, низькомолекулярні - рідку. Ненасичені жирні кислоти присутні у всіх жирах, але найбільше в рослинних. Це головним чином високонепредельние (поліненасичені) оленів, лінолева і арахідонової кислоти, які в організмі не синтезуються і є вітаміноподібна речовинами, утворюючи групу незамінних жирних кислот. Вони відрізняються більш активною участю в процесах життєдіяльності, важливі для нормалізації жирового і холестеринового обмінів. Найбільше (50-80% від всіх жирних кислот) їх міститься в рослинних оліях, споживання 15-20 г яких здатне задовольнити добову потребу організму в цих сполуках, менше їх у свинячий салі, гусячому і курячому жирі (потрібно вже 50-60 г ), мінімальна кількість - у баранячому, яловичому і молочних жирах (потреба в таких кислотах ці жири задовольнити не можуть).

4. Вуглеводи, одна з основних і найважливіших груп харчових речовин. Основна їх значення у харчуванні людини - енергетичне забезпечення організму: вони забезпечують більше половини добової калорійності харчового раціону. За своєї енергетичної цінності вуглеводи рівноцінні білків (1 г вуглеводів при згоранні в організмі звільняє 4 ккал). Вони використовуються в якості енергетичного матеріалу для будь-якої діяльності людини, пов'язаної з фізичною роботою, тому при всіх видах фізичної праці відзначається підвищена потреба в них.
Джерелами вуглеводів у харчуванні людини служать зернові продукти, вміст вуглеводів у яких становить не менше 75% сухої речовини. Значення тваринних продуктів як джерела вуглеводів несуттєво: глікоген в незначних кількостях містять печінку і м'ясо; лактоза (молочний цукор) міститься тільки в молоці в кількості близько 5%.
 Вуглеводи харчових продуктів залежно від хімічної структури, швидкості засвоєння і використання поділяються на прості (моносахариди і дисахариди) і складні (полісахариди). Прості вуглеводи при надходженні в організм швидко надходять в кров і при необхідності окислюються з виділенням енергії. Складні цукру використовуються повільніше. Крім того, вуглеводи можна розділити на рафіновані і нерафіновані (захищені). Рафіновані вуглеводи - це цукру, звільнені від супутніх домішок у процесі очищення. Продукти на основі рафінованих вуглеводів дуже легко засвоюються в організмі, що більшою мірою сприяє формуванню надмірної ваги, порушення холестеринового і жирового обміну. Джерела рафінованих вуглеводів - буряковий та тростинний цукор, всі види кондитерських виробів, виробів з вищих сортів пшеничного борошна, концентрати, суміші та вироби з зернових. Джерела захищених вуглеводів - хлібні вироби з борошна, приготовленої з цільного зерна, крохмаль картоплі, більшість овочів, фруктів і ягід. Добове споживання вуглеводів складає приблизно 350-500 р.

5. Вітаміни є біологічно активні органічні сполуки, що мають велике значення для нормального обміну речовин і життєдіяльності організму. Вони підвищують фізичну і розумову працездатність людини, сприяють стійкості організму до різних захворювань, завдяки чому можуть розглядатися як важливий засіб їх профілактики.
 
Вітамін А (ретинол). Ретинол надає нормалізує вплив на процеси росту, в тому числі на зростання і формування скелета, забезпечує оптимальне структурний і функціональний стан епітеліальних клітин шкіри, залоз і слизових оболонок, вистилають поверхні і порожнини тіла. Вміст ретинолу в основних продуктах харчування сильно коливається. У молоці його 0,02 г на 100 мл, у вершковому маслі - 0,5 мг на 100 г продукту (0,5 мг%). Значна кількість цього вітаміну в свинячий та яловичої печінки, в яйцях його 0,35 мг%.
Потреба дорослої людини у вітаміні А становить до 1,5 мг на добу.

Вітамін Д (кальциферол) впливає на мінеральний обмін, забезпечує всмоктування кальцію і фосфору в кишечнику, впливає на відкладення кальцію в кісткової тканини. Вітамін D необхідний для профілактики рахіту у дітей. Він міститься тільки в продуктах тваринного походження (сметана, вершки, молоко, печінка тріски, тунця). Добова потреба дітей у вітаміні D від 0,0025 до 0,01 мг.
Вітамін Е (токофероли) нормалізує м'язову діяльність, запобігаючи розвитку м'язової слабкості та втоми. Цей вітамін тісно пов'язаний з функцією ендокринної системи, особливо статевих залоз, щитовидної залози, гіпофіза. Міститься вітамін Е в продуктах рослинного і тваринного походження. Багато його в оліях, зокрема в бавовняному, соняшниковій, соєвому. У невеликій кількості вітамін Е знаходиться в овочах, бобових, молоці, вершковому маслі, курячих яйцях, м'ясі, рибі. Дорослій здоровій людині необхідно щодня отримувати з їжею 2-6 мг токоферолів.
Вітамін К - обов'язковий і неодмінний учасник механізму згортання крові. При недоліку його в їжі знижується згортання крові, що проявляється кровотечею. Вітаміном До багаті білокачанна і кольорова капуста, томати, гарбуз, свиняча печінка. Чимало його в моркви, буряку, картоплі, у бобових овочах, у пшениці і вівсі. Збалансоване харчування круглий рік заповнює потребу людини в цьому вітаміні, яка становить 1,8-2,2 мг на добу.

Вітамін С, один з давно і найбільш широко відомих водорозчинних вітамінів. Міститься в овочах, фруктах, ягодах і багатьох дикорослих рослинах. Вітамін С потрібен для оптимального перебігу багатьох життєво важливих процесів обміну речовин в організмі, забезпечує нормальний стан сполучної тканини, обумовлює еластичність і міцність кровоносних судин, підвищує стійкість до захворювань, холоду і багатьох інших несприятливих факторів навколишнього середовища. Повне і тривала відсутність вітаміну С в раціоні або припинення його засвоєння внаслідок хвороби веде до виникнення захворювання, відомого під назвою цинги. Добова потреба дорослої здорової людини в аскорбінової кислоти коливається в межах 70-100 мг.
 
Вітамін B1 (тіамін), один з найважливіших водорозчинних вітамінів групи В, роль якого в забезпеченні здоров'я і високої працездатності людини дуже велика.
Добова потреба в тіаміні становить 1,3-2,6 мг, для дітей - 0,3-1,7 мг. Основним джерелом тіаміну є зернові продукти. При цьому корисно знати, що в будь-якому зерні цей вітамін концентрується в його зародкової частини і оболонці. Внаслідок цього найбільш цінні вироби з борошна грубого помолу, де зберігаються всі частини зерна.
 
Вітамін В2 (рибофлавін), один з найважливіших водорозчинних вітамінів, що відносяться до ростовим факторів. Великою мірою зумовлює фізичний розвиток. Рибофлавін потрібен для повного розщеплення вуглеводів. Добова потреба дорослої людини у вітаміні Е2 становить близько 2,5 мг. Найбільше його міститься в м'ясі, печінці, молоці, сирі і курячому яйці. Досить багато рибофлавіну в стручках бобових, у зародку і оболонках пшениці, жита, вівса.
 
Вітамін РР (ніацин). Під цією назвою відома група водорозчинних вітамінів, основними, найбільш поширеними в природі представниками якої є нікотинова кислота і нікотинамід. Надлишок ніацину для організму небезпеки не становить, хоча і може супроводжуватися неприємним відчуттям кожного спека. Основним джерелом вітаміну РР для людини є продукти тваринного походження.
Вітамін В6 (піродоксін). Основні джерела піродоксіна - молоко, сир, сир, гречана і вівсяна крупи, м'ясо і субпродукти, куряче яйце, риба, хліб з борошна грубого помелу. У залежності від віку і роду занять доросла здорова людина має отримувати з їжею на добу 2,0-3,0 мг піродоксіна.
 
Вітамін В12 (ціанокобаламін) в організмі людини бере участь в багатьох обмінних реакціях. При його недоліку 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 вбивчого худоби та деяких видів риби.

Вітамін Р (рутин, цитрин) разом з аскорбіновою кислотою бере участь у найважливіших для організму людини окисно-відновних процесах. Гіпоавітаміноз Р - причина вкрай небажаного підвищення проникності кровоносних судин. Природна потреба в рутині (25 мг) цілком компенсується наявністю в харчовому раціоні чаю, цитрусових, відвару сушеної шипшини. Багато його в горобині, грецьких горіхах, чорній смородині.
 
6. Мінеральні речовини в організмі людини не синтезуються і тому відносяться до незамінних компонентів харчування. Їх зміст у цілому зумовлюється хімічним складом місцевих продуктів харчування та питної води.
Мінеральні елементи, що містяться в тканинах організму і продуктах харчування в значних кількостях (десятки і сотні міліграмів на 100 г продукту), прийнято називати макроелементами. Це кальцій, фосфор, магній, калій, натрій, хлор, сірка.
Велике значення має підтримання в організмі кислотно-лужної рівноваги, що істотно залежить від характеру харчування: перевага в ньому кислотних (фосфор, сірка, хлор) або лужних (калій, натрій, магній тощо) мінеральних речовин. Необхідно знати, що джерелами кислих мінеральних речовин є харчові продукти, що містять в значній кількості сірку, фосфор, хлор. Це м'ясні, рибні продукти, яйця, хліб, крупа, макаронні вироби. Харчові ж продукти, в яких міститься значна кількість кальцію, магнію, натрію або калію, є джерелами лужних елементів. Це рослинні продукти - овочі, фрукти, ягоди, боби, а з тварин - молоко і молочні продукти.

Залізо, один з найбільш важливих мікроелементів. Його основна біологічна роль в організмі - входження до складу гемоглобіну еритроцитів крові і залізовмісних ферментів. У тілі дорослої людини міститься 3-4 г заліза. Функцію перенесення кисню вдихуваного повітря (в складі гемоглобіну) здійснює приблизно 60% цієї кількості железа.Суточная потреба дорослої здорової людини в залозі (10-20 мг) заповнюється звичайним збалансованим харчуванням. Найбільш багаті залізом сушені білі гриби, печінка і нирки вбивчого худоби, персики, абрикоси, жито, зелень петрушки, картопля, ріпчаста цибуля, гарбуз, буряк, яблука, айва, груші, квасоля, сочевиця, горох, толокно, куряче яйце, шпинат. Залізо з різних продуктів засвоюється неоднаково. Залізо, що входить до складу гемоглобіну крові, міоглобіну м'язів м'ясної, рибної їжі, клітинами слизової оболонки тонкої кишки всмоктується практично повністю, чого не можна сказати про залізо, що входить до складу продуктів рослинного походження або, наприклад, до складу курячого яйця. Всмоктування заліза в кишечнику людини звичайно не перевищує 20% загального його вмісту в змішаному харчовому раціоні.

Магній, один із життєво важливих мінеральних елементів живлення. В організмі дорослої людини його міститься близько 25 гСуточная потреба в магнії для дорослої людини складає 400 (300-500) мг. У харчуванні людей похилого віку рекомендується збільшення кількості цього елемента, особливо при атеросклерозі, ішемічній хворобі серця і гіпертонії. Високим вмістом магнію відрізняються продукти рослинного походження.

Калій, життєво необхідну мінеральний елемент живлення з числа макроелементів. Він грає важливу роль у функціонуванні клітин всіх тканин організму, є неодмінним компонентом систем забезпечення кислотно-лужної рівноваги в тканинних і міжтканинних рідинах.
При звичайному харчуванні основним джерелом калію є картопля. Ще більше його в квасолі (1100 мг%) і гороху (870 мг%). У найбільшій кількості містять калій сухофрукти. У персиковою куразі 2 г калію на 100 г продукту, в абрикосовою - 1,7 г, в сушеної вишні - 1,3 г, чорносливі, родзинках і сушених грушах - близько 0,9 г, в сушених яблуках - 0,6 г. Добова потреба людини в калії складає 3-5 р. Звичайне (збалансоване) харчування забезпечує її повністю.

Кальцій, одна з найважливіших мінеральних елементів живлення. Бере участь у пластичних і обмінних процесах, у формуванні кісткової тканини. Він необхідний для забезпечення діяльності серця, входить до складу крові, бере участь у процесах її згортання, а також у стабілізації захисних механізмів, що підвищують стійкість організму до хвороб і дії зовнішніх несприятливих чинників.
Найбільш значущими і повноцінними джерелами кальцію є молоко і молочні продукти. Дорослій чоловіку потрібно 800 мг кальцію на добу.

Натрій, один з найбільш важливих мінеральних речовин. Найбільше натрію міститься у позаклітинних рідинах (лімфі і сироватці крові), так само він присутній практично у всіх органах і тканинах. В організм він надходить в основному у вигляді кухонної солі - хлориду натрію. Добове споживання натрію складає 4-6 г, що відповідає 10-15 г кухонної солі.

Фосфор, мінеральний елемент живлення, з'єднання якого беруть активну участь в багатьох обмінних процесах. У тілі дорослої людини міститься 600-900 г фосфору. Надмірне надходження фосфору в організм ймовірно при тривалому переважання в харчуванні м'ясних, рибних і зернових продуктів. Основними джерелами фосфору для людини є тваринні продукти - м'ясо, риба, яєчний жовток, сир, сир, які добре засвоюються.

Сірка. Як мінеральний елемент нечасто розглядається в спеціальних посібниках з харчування людини, імовірно, у зв'язку з тим, що потреба в ньому (близько 1 г на добу) практично легко задовольняється звичайним харчовим раціоном і тому специфічних захворювань, пов'язаних з дефіцитом або надлишком сірки в харчуванні, не встановлено. Значна роль сірки у процесах знешкодження отруйних речовин в печінці. Основні джерела сірки - продукти тваринного походження, але досить значно її зміст і в рослинній їжі.

Йод. Джерелом йоду є їжа і вода, а в приморських районах і повітря. В організмі він виявляється у всіх тканинах, але основна його кількість зосереджена в щитовидній залозі. Оптимальна норма споживання йоду становить 100-200 мкг на добу. Найбільш природно і ефективно включення в раціон морської риби та інших продуктів моря (морської капусти, креветок і т. п.).

Марганець, мікроелемент, широко розповсюджений у навколишньому середовищі - грунті, воді, харчових продуктах. Він стимулює процеси росту, необхідний для підтримки функції відтворення, утворення кісткової і нормального функціонування сполучної тканини.
Фізіологічна потреба людини у Марганці становить 5-10 мг на добу. Він міститься в багатьох продуктах тваринного і рослинного походження, найбільше його в злакових, бобових (0,5-5 мг на 100 г їстівної частини), у чаї та кави (1,3 мг в одній чашці).

Мідь міститься практично у всіх органах і тканинах людини: у печінці, мозку, серці, нирках, накопичується в м'язовій і кістковій тканинах. Добова потреба в міді для дорослих становить близько 2 мг. Різноманітне харчування зазвичай її забезпечує. Але дітям, особливо при недокрів'ї, в харчовий раціон необхідно включати продукти, найбільш багаті цим елементом, - печінку, рибу, овочі, листяну зелень, чорну смородину, журавлину, абрикоси, агрус, груші, полуницю.
 
Цинк. Норма утримання його в організмі людини від 1,5 до 3 г, розподіляється він в кістках, шкірі, м'язах, волоссі. Основние5 джерела цинку - м'ясо, риба, яйця, сири. Багаті їм гриби, зернові, бобові, горіхи. Добова потреба людини в цинку становить 10-15 мг.
 
Хлор, один з мінеральних елементів живлення досить високу активність. При звичайному харчуванні загальна кількість хлору у дорослих людей становить 10-15 р. Для задоволення потреби організму дорослої людини потрібно 4-6 г хлору на добу. Вміст хлору у харчових продуктах незначно. Дещо більше його в крупах і бобових, мало у фруктах і овочах. У продуктах тваринного походження хлору міститься значно більше.
Мінеральні речовини мають відношення і до краси. Залізо впливає на чистоту і свіжість шкіри. Сірка входить в ліки, що застосовуються для лікування вугрів і лупи. Йод зміцнює нігті. Магнієві солі надають пружність м'язів і покращують живлення шкіри. Кальцій, калій, фосфор зміцнюють м'язи і шкіру. Чим багатша раціон, тим більше в ньому необхідних мінеральних речовин.

7. Харчові волокна. Цим терміном визначаються так звані баластні речовини, питання про роль яких у складі їжі і збереженні функціональної та метаболічної стабільності організму відноситься до найбільш новим і цікавим проблем гігієни харчування. Хімічний аналіз цих речовин показав, що в основному це некрахмальние полісахариди, які можуть бути розділені на целюлозу (клітковину) і нецеллюлозние полісахариди - геміцелюлози, пектин, запасні полісахариди, подібні до інсуліну та Гуар, а також рослинні камеді і слизу. Крім того, в них входить неуглеродное речовина - лігнін. Харчові волокна містяться у великих кількостях в хлібі з непросіяного борошна, горіхах, бобових, дещо менше їх в овочах, коренеплодах, фруктах. Передбачається, що харчові волокна, що містяться в деяких продуктах харчування, надають захисну дію проти цукрового діабету, ішемічної хвороби серця, деяких захворювань печінки та товстої кишки. Харчові волокна в значних кількостях потрапляють в організм людини разом з овочами, фруктами, горіхами, картоплею, горохом, квасолею і кукурудзою.


8. Вода становить близько 70% нашого організму. Щоб зберегти нормальний рівень води в організмі, ми маємо потребу в постійному її поповнення. Додаючи в раціон багато фруктів і овочів, ми вводимо в організм велику кількість дистильованої води.
Їжа не може бути засвоєна без води. З її допомогою йде перетворення білків, крохмалю і жирів у їжу, необхідну для нормальної життєдіяльності організму. Вода необхідна також для стимуляції роботи шлунка, в кишечнику вона допомагає формуванню фекальних мас і своєчасному виведенню їх з організму.
Людина в середньому споживає близько тільки 2,5 л води на день, а в його організмі циркулює до 5 л. Різницю і становить метаболічна вода.
 
59. Які принципи конструювання біосенсори?

Біосенсори - це аналітичні пристрої, що використовують біологічні матеріали для «пізнавання» певних молекул і видають інформацію про їх присутність і кількості у вигляді електричного сигналу. Принцип аналізу, реалізований в біосенсори, заснований на тому, що біоматеріал (ферменти, клітини, органели, іммунокомпоненти), іммобілізованих на фізичних датчиках, при взаємодії з аналізованим сполуками генерує залежний від концентрації сигнал, який реєструється перетворювачем.
Ідея створення такого роду пристроїв виникла порівняно недавно, в 60-х роках XX століття. Вперше її висловили Кларк і Ліоні в 1967 р. Ідея Кларка полягала у використанні ферментного електрода, тобто електрохімічного датчика з іммобілізованим на його поверхні ферментом. Потім у побут увійшло поняття «біосенсори» або «біочипів». Це важлива подія до науки. Тут відображаються глибокі причини, пов'язані з так званими інтеграційно-синтетичними процесами в науці, що приводять до появи нових знань.
Більшість біосенсори орієнтовані на аналіз біологічних рідин. Дійсно, наприклад, у крові знаходяться тисячі різних сполук. Завдання полягає в тому, щоб швидко і ефективно (кількісно) визначити концентрацію потрібного з'єднання, наприклад, глюкози. Для людей, які страждають на діабет, це життєво важливий клінічний аналіз. Біосенсори забезпечують таку можливість.
Функціонально біосенсори порівнянні з датчиками живого організму - біорецепторамі, здатними перетворювати всі типи сигналів, що надходять з навколишнього середовища, в електричні. Найбільше поширення зараз отримали біосенсори на основі ферментів, Серед таких пристроїв розрізняють субстратні і інгібіторний біосенсори. З їх допомогою вирішують різні медико-біологічні завдання (наприклад, визначення цукру в крові) і контролюють стан середовища проживання (контроль вмісту токсикантів). Чутливість інгібіторної біосенсори надзвичайно висока, наприклад, можливе визначення залишкових кількостей деяких пестицидів на рівні 0.01 мкг/л і менше.

Принципи конструювання біосенсори. Конструктивно будь-який біосенсори представляє комбіноване пристрій, що складається з двох принципових функціональних елементів: біохімічного і фізичного, що перебувають у тісному контакті один з одним. Біохімічний елемент являє собою біоселектірующую структуру і виконує функцію біологічного елементу розпізнавання. Як бкохіміческого перетворювача використовують всі типи біологічних структур: ферменти, що антитіла, рецептори, нуклеїнові кислоти і навіть живі клітини. Фізичний перетворювач сигналу, званий трансд'юсером, перетворює обумовлений компонент, а точніше, концентраційний сигнал, в електричний. Для зчитування та запису інформації використовують електронні системи посилення та реєстрації сигналу.
Трансд'юсером можуть бути електрохімічні перетворювачі (електроди), різного роду оптичні перетворювачі, гравітаційні, калориметричні, резонансні системи. Всі види біоселектірующіх елементів можна комбінувати з
різними трансд'юсером. Це створює велику різноманітність різних типів біосенсори.
Основними характеристиками, що дозволяють біосенсорні аналізу успішно конкурувати з традиційними методами, є оперативність аналізу, висока специфічність та чутливість при низькій вартості, відсутність необхідності використовувати дорогу апаратуру та кваліфікований персонал.
Наявність у пристрої біоматеріалу з унікальними властивостями дозволяє з високою селективністю визначати потрібні з'єднання в складній по складу суміші, не вдаючись до жодних Додатковим операціями, пов'язаними з використанням інших реагентів, концентрування і т.д. (звідси і назва безреагентниє методи аналізу). Існує велика різноманітність фізичних перетворювачів: електрохімічні (електроди), спектроскопічні (оптроди), п'єзоелектричні і т.д.
Розробка біосенсори відноситься до наукомістких технологій і представляє одну з гілок сучасної біотехнології. В даний час існує декілька типів біосенсори. Найбільший розвиток одержали ферментні та клітинні біосенсори. Наприклад, ферментні електроди, ферментні мікрокалоріметріческіе датчики, біодатчікі на основі Хемі-і біолюмінесценції.
Ферментні (або безреагентниє) електроди - використовують електрохімічний спосіб визначення речовин, що утворюються під час ферментативного перетворення. Представляють собою електрод з нанесеним поверхневим шаром (будь-яким природним полімером), що містить один або кілька іммобілізованих ферментів (іноді фермент може знаходитися в розчинній стані в пріелектродном шарі, оточеному мембраною). Залежно від типу взятого за основу електрода підрозділяються на потенціометричні і амперометріческіе.
Ферментні мікрокалоріметріческіе датчики - використовують тепловий ефект ферментативної реакції. Складається з двох колонок (вимірювальної та контрольної), заповнених носієм з іммобілізованим ферментом і споряджених термістів-рами. При пропущенні через вимірювальну колонку аналізованого зразка відбувається хімічна реакція, яка супроводжується реєструється тепловим ефектом. Даний тип датчиків цікавий своєю універсальністю.
Хемі-і біолюмінесцентного датчики - реєструється світлове випромінювання з різною довжиною хвилі, що випускається продуктами ферментативної реакції, що знаходяться в збудженому стані. Конструкція включає колонку з іммобілізованими на носії ферментами (люціферазой, пероксидазою) і світлоприймальної пристрій. Закладений в систему цього типу датчиків аналітичний метод характеризується, перш за все, вкрай високою чутливістю - дозволяє визначати фем-томольние (10-12М) кількості речовини.
Клітинні біосенсори. Одне з досягнень біотехнології пов'язано з розвитком методів включення живих клітин в полімери і тверді носії різної природи, і застосування такого роду матеріалів для вирішення завдань медицини, керованого біосинтезу, аналізу. Іммобілізовані клітини мають низку дивних властивостей.
 Клітини є доступним біологічним матеріалом. Використовують клітини рослин, тварин, людини, до найбільше застосування знайшли клітини мікроорганізмів, що культивуються, легко відтворюються і підтримуються в чистій культурі. На відміну від ферментів при використанні клітин не потрібно дорогих стадій очищення.
Наявні методи іммобілізації: дозволяють отримати клітки, що зберігають близько 100% активності ферментів і здатні функціонувати досить тривалі проміжки часу. Клітини зберігають всі найбільш важливі структури і виявляють більшу стабільність. У деяких випадках клітини зберігають життєздатність і активність ферментних систем протягом декількох років.
 Клітини зберігають, як правило, всі системи життєзабезпечення. Це дозволяє проводити складні послідовні реакції, здійснюючи багатостадійні процеси.
Для багатьох типів клітин, особливо мікробних, розроблені ефективні методи генетичних операцій, що дають можливість отримувати мутанти з високим змістом того чи іншого білка або ферменту, що дає можливість оперувати з високоефективними каталітичними системами. Оскільки клітини зберігають апарат біосинтезу білка, потенційно можуть бути розроблені високоефективні методи генодіагностікі. Основними недоліками цих біосенсори є повільний відгук електрода, пов'язаний з необхідністю використовувати товсті мембрани, а також порівняно низька селективність, зумовлена присутністю в клітці або тканинах декількох ферментних систем.
Для створення клітинних біосенсори використовують різні фізичні трансд'юсером: електрохімічні (амперометріче-ські, потенціометричні), оптичні, акустичні, калориметричні. Розвиток отримали біосенсори з використанням техніки LAPS (светоадресуемих потенціометричних сенсорів). На основі LAPS-системи створені досить чутливі системи спостереження за фізіологічним станом окремих клітин - так звані мікрофізіометри.
Для створення біосенсори використовують мікроорганізми: Neyrospora europea - для визначення аміаку, Trichosporon brassicae - для визначення оцтової кислоти, Sarcina flava - для визначення глутаміну, Azoiobacier vineiaudii - для визначення нітратів та інші. У тканинних електродах використовують зрізи нирок і печінки свині, зрізи жовтої гарбуза, банана та інші. На основі гриба Aspergilus niger групою японських вчених були створені біосенсори для визначення біогенних амінів в м'ясних продуктах.
Для іммобілізації клітин зі збереженням їх активності спочатку використовували матеріали природного походження: желатину, агар, альгінат кальцію, каррагенан. В останні роки розроблені і розвинені методи включення живих клітин в синтетичні полімерні гелі. Особливо цікаві та перспективні результати отримані з використанням так званого методу кріоіммобілізаціі клітин. Процедура кріо-іммобілізації складається з стадії отримання суспензії клітин: в розчині полімеру, заморожування суспензії з отриманням кріоструктурірованних гелів, розморожування з утворенням пористого, механічно міцного матеріалу, стійкого до температур 70-80 ° С. Клітини, які включені до такого роду пористий матеріал, зберігають активність і здатні функціонувати протягом кількох місяців.

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

Мікробні ферменти все активніше заміняють рослинні та тваринні ферменти. Так, амілази з Bacillus і Aspergillus замінили аналогічні ферменти з пшеничного солоду та ячменю в пивоварінні, хлібопеченні і виробництві сухого печива, а також у текстильної промисловості; протеази з Aspergillus - тварини і рослинні протеази, які вживаються для розм'якшення м'яса: протеази з Aspergillus і Bacillus lichemformis замінили панкреатичні протеази в процесі розм'якшення шкіри (дублення) та у виробництві миючих засобів; ренніни з Mucor - сичужний фермент зі шлунка телят в сироварінні.

Ферменти та їх застосування

Ферменти
Продуценти
Застосування
Амілази
Бактерії, гриби
Виробництво патоки, глюкози, етанолу. Добавка до хлібопродуктах. Сприяє травленню засіб
Протеази з мікроорганізмів
Бактерії, гриби
Виробництво і дозрівання сиру. Приготування соєвого соусу і отримання амінокислот.
Вироблення шкіри. Активатори травлення (дайджестанти). Освітлення пива. Видалення білкових грудок з алкогольних напоїв. Розм'якшення м'яса (папайї). Виробнич?? під миючих засобів.
Реннін
Шлунок теляти, гриби
Виробництво сиру
Ліпази
Дріжджі
Виробництво масла та гліцеридів. Активатори травлення (дайджестанти)
Пеюгйнази
Гриби
Освітлення і підвищення виходу зина і фруктових соків
Геміцелюлазу
Гриби
Гідроліз геміцелюлози злаків і овочів
Целлголази
Гриби
Гідроліз целюлози в глюкозу.
Інулаза
Бактерії, грмби
Гідроліз інуліну у фруктозу.
Інвертаза
Дріжджі
Запобігання кристалізації цукру у виробництві кондитерських виробів. Виробництво шоколаду, високоякісної меляси.
Глюкозоізомераза
Бактерії
Перетворення глюкози у фруктозу,
Нарінгіназа
Гриби
Усунення гіркого присмаку соків цитрусових.
Антоціаназа
Гриби
Знебарвлення фруктових соків
ДНКаза, рібонуклеотідаза
Бактерії, гриби
Гідроліз ДНК; отримання монодезоксірібо-нуклеотидів і рібонуклеотідов, отримання інозинова кислоти
Глюкозооксідаза
Бактерії
Видалення кисню або деструкція глюкози для антисептики харчових продуктів. Отримання зневодненого яєчного порошку.
Каталаза
Бактерії
Стерилізація молока
Уреаза
Дріжджі, гриби
Руйнування сечової кислоти

В даний час у промислових масштабах отримують чотири ферменту: протеазу, глюкоамілазу, а-амілазу і глюко-зоізомеразу. Світовий ринок даних ферментів оцінюється на суму близько 300 млн дол Щорічно виробляється 530 т протея-зи, 350 т глюкоамілази, 320 т а-амілази і 70 т глюкозоізоме-рази. Основними виробниками є європейські компанії, причому 60% всієї світової торгівлі ферментами припадає на датську фірму «Ново індастрі» і голландську фірму «Гито-Брокадес НВ».
Всі ферменти поділяють на дві категорії - позаклітинні і внутрішньоклітинні ферменти. До першої категорії відносяться ферменти, що виділяються кліткою в середу, де вони розщеплюють поживні полімерні речовини до низькомолекулярних сполук, які можуть проникати в клітини через клітинну стінку. Внутрішньоклітинні ферменти в нормальних умовах сконцентровані в обсязі клітини і в середу не транспортуються. Тому для їх виділення необхідно зруйнувати клітини тим чи іншим способом.
Для деяких областей застосування ферментів необхідні щодо чисті препарати. Наприклад, глюкозооксідаза, що застосовується у виробництві яєчного порошку, не повинна містити ферменти розщеплення яєчного білка. Протеази, хто водиться внутрішньом'язово худобі перед забоєм для мягченія м'яса не повинні містити жодних з'єднань, які могли б викликати алергічну реакцію у споживачів цього м'яса. Щодо чисті ферменти застосовуються в клінічній діагностиці і в процесах, пов'язаних з виробництвом і обробкою харчових продуктів.
У той же час багато хто з використовуються в промисловості препаратів ферментів очищені в набагато меншому ступені. Як правило, вони містять ряд ферментів з різними каталітичними властивостями.
Цінність, отриманих мікробіологічними способом ферментів