Решебник по химии 10 класс Габриелян | Страница 113

Биотехнология — это наука, изучающая использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Такое название связано с её сутью: приставка «био» означает «жизнь», а «технология» — это наука о способах получения различных веществ и продуктов. Биотехнология объединяет биологические знания и технические приёмы для создания полезных продуктов и решения производственных задач. Например, производство хлеба, вина, сыров, антибиотиков, гормонов, биоочистка сточных вод — всё это примеры использования живых организмов (дрожжей, бактерий, грибков и др.) в технологических целях.

К традиционным биотехнологиям относятся процессы, известные с древних времён: приготовление хлеба с помощью дрожжей, виноделие (брожение виноградного сока), сыроделие (с использованием молочнокислых бактерий) и другие процессы, в которых человек применял полезные свойства микроорганизмов. Эти процессы остаются важными и сегодня и являются примером древнейшей формы биотехнологии, поскольку используют живые организмы для получения продуктов питания.

Аэробная очистка осуществляется с участием кислорода воздуха. Она может проходить в естественных условиях (например, в прудах и каналах) или в специально оборудованных сооружениях, таких как биофильтры и аэротенки. В процессе аэробной очистки бактерии-«аэробы» разлагают органические вещества, что способствует оседанию загрязняющих частиц. Анаэробная очистка происходит без доступа кислорода. Её применяют для обработки сточных вод с высокой концентрацией органических веществ. Анаэробные бактерии перерабатывают загрязнения, в результате чего выделяется метан. Эта технология эффективна в отдалённых и промышленных зонах.

Генная инженерия — это совокупность методов и технологий, направленных на выделение генов из одного организма и введение их в другой. Также в задачи генной инженерии входит создание новых, ранее не существовавших в природе генов. Это направление позволяет решать важнейшие задачи, например: создание устойчивых к болезням и вредителям сортов растений, получение лекарственных препаратов (интерферонов, инсулина и др.), производство животных с заданными свойствами. Методы генной инженерии широко применяются в медицине, сельском хозяйстве, промышленности. Например, был создан генно-модифицированный виноград, устойчивый к морозам, и штаммы бактерий, синтезирующие человеческий инсулин.

Клеточная инженерия — это методы конструирования клеток нового типа. Её задача — выращивание из отдельных клеток тканей и даже органов. Эти методы позволяют создавать органы для трансплантации, которые не вызывают отторжения, а также «ремонтировать» повреждённые ткани. Успехи клеточной инженерии впечатляют: выведена овца Долли — первое клонированное млекопитающее, выращены культуры клеток, способные синтезировать ценные вещества — гормоны, антибиотики, ферменты. Клеточная инженерия также используется в сельском хозяйстве для получения растений с высокой урожайностью и устойчивостью. Эта отрасль биотехнологии активно развивается и обещает серьёзные научные и медицинские достижения.

Биотехнология и химическая технология — это два направления, которые используются для производства веществ и продуктов, но между ними есть принципиальные различия. В основе биотехнологии лежит использование живых организмов (бактерий, грибков, дрожжей, клеток) или их ферментов. Эти организмы выполняют химические превращения, происходящие в мягких условиях — при нормальной температуре, давлении, в водной среде. Биотехнологические процессы обычно более экологичны, так как не требуют высоких температур и агрессивных реагентов, дают меньше вредных отходов и часто используют возобновляемое сырьё.

Химическая технология, напротив, основана на неорганических и органических реакциях, которые чаще всего протекают при высоких температурах, давлении и с использованием сильных кислот, щёлочей и катализаторов. Такие процессы часто более быстрые и масштабные, но сопровождаются выбросами вредных веществ, требуют энергозатратных условий и строгого контроля безопасности.

Таким образом, биотехнология более природосохранна и экологична, а химическая технология — более универсальна и подходит для производства широкого спектра веществ, в том числе синтетических, которые невозможно получить с помощью живых организмов.

Клонирование — это процесс создания генетически идентичного организма, клетки или молекулы. Впервые о клонировании заговорили в научных кругах в XX веке, но настоящий прорыв произошёл в 1996 году, когда в Великобритании была клонирована овца Долли — первое млекопитающее, полученное из взрослой соматической клетки. Это событие стало отправной точкой для развития новых направлений биотехнологий, включая клонирование в медицинских целях.

Суть клонирования заключается в пересадке ядра соматической клетки (любой клетки организма, кроме половых) в яйцеклетку, лишённую собственного ядра. После этого стимулируется деление клетки, и развивается эмбрион, генетически идентичный донору. Этот способ позволяет создавать организмы с точно заданным набором генов, а также копировать отдельные клетки или ткани.

В медицине клонирование имеет несколько перспективных направлений. Одно из важнейших — это клонирование тканей и органов для трансплантации. Благодаря этому методу можно вырастить, например, печень, почку или сердце из клеток самого пациента, что полностью исключает проблему отторжения. Это особенно актуально при дефиците донорских органов. Такие ткани называют «персонализированными» или «аутологичными».

Ещё одно направление — терапевтическое клонирование. Его цель — не создание нового организма, а выращивание эмбриональных стволовых клеток, которые можно использовать для регенерации повреждённых органов и тканей. Например, такие клетки способны восстанавливать ткани мозга, спинного мозга, кожи, сердца и даже поджелудочной железы при сахарном диабете. Исследования показали, что терапевтическое клонирование может применяться при лечении болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, инсультов и травм позвоночника.

Клонирование также играет роль в генетической терапии. Например, можно клонировать клетки с исправленным генетическим дефектом и ввести их пациенту. Это потенциально может помочь в лечении наследственных заболеваний, таких как муковисцидоз или гемофилия. Клонирование также используется в фармакологии для создания животных, производящих человеческие белки и гормоны, например инсулин или фактор свёртывания крови.

Однако с развитием клонирования возникает ряд этических, правовых и социальных вопросов. В частности, вопрос о клонировании человека вызывает бурную дискуссию. В большинстве стран клонирование человека запрещено, а терапевтическое клонирование строго регулируется.

Тем не менее, перспективы использования клонирования в медицине огромны. Оно может стать основой для будущих прорывов в лечении тяжёлых заболеваний, увеличении продолжительности жизни, персонализированной медицине и создании искусственных органов. Научные исследования в этой области продолжаются, и в будущем клонирование, возможно, станет неотъемлемой частью клинической практики.

Полимеры можно классифицировать по разным признакам, но одним из основных и наиболее очевидных является происхождение. В зависимости от этого признака полимеры делятся на природные, искусственные и синтетические.

Природные полимеры — это вещества, которые образуются в живых организмах. К ним относятся белки, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), полисахариды (крахмал, целлюлоза, гликоген и др.). Эти соединения играют важную роль в строении и функционировании живых организмов: белки — это ферменты, гормоны, компоненты тканей; нуклеиновые кислоты хранят и передают наследственную информацию; полисахариды являются источниками энергии и строительными материалами для клеток.

Искусственные полимеры получают путём химической обработки природных веществ. Например, целлофан — это искусственный полимер, получаемый из целлюлозы. Он сохраняет природное происхождение исходного вещества, но приобретает новые физико-химические свойства.

Синтетические полимеры создаются в лабораториях и на заводах полностью из простых веществ, чаще всего — из продуктов нефтехимии. Примером является полиэтилен, который получают путём полимеризации мономера этилена. Синтетические полимеры широко используются в производстве пластика, тканей, упаковки и многих других материалов.

Таким образом, в основу классификации полимеров можно положить происхождение вещества: природные, искусственные и синтетические полимеры. Этот подход позволяет упорядочить различные полимерные материалы по их источникам и способам получения.