Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Biotechnology and genetic modification · ⁨ביוטכנולוגיה והנדסה גנטית⁩

IGCSE Biology · ⁨ביולוגיה IGCSE⁩ · Topic 21 · ⁨נושא 21⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
7:59

ביוטכנולוגיה והנדסה גנטית

מיכלי פלדה, חמים ומעורבים בעדינות. בתוך מיכלים כאלו, מיליארדים של מיקרואורגניזמים חיים עובדים בשבילנו — יוצרים פניצילין, מזון חלבוני הנקרא…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

21.1

Why bacteria are useful · ⁨מדוע חיידקים הם שימושיים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
Core Supplement
1 State that bacteria are useful in biotechnology and genetic modification due to their rapid reproduction rate and their ability to make complex molecules 2 Discuss why bacteria are useful in biotechnology and genetic modification, limited to: (a) few ethical concerns over their manipulation and growth (b) the presence of plasmids
עברית
ליבה תוספת
1 ציין שחיידקים הם בעלי ערך בביוטכנולוגיה והנדסה גנטית בזכות קצב הרבה מהיר ויכולתם לייצר מולקולות מורכבות 2 דן מדוע חיידקים הם בעלי ערך בביוטכנולוגיה והנדסה גנטית, במגבלות: (א) מעט דאגות אתיות לגבי עיבוד וגידולם (ב) נוכחות פלסמידים

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Biotechnology 生物技术 uses living things (or their enzymes 酶) to make useful products. Bacteria 细菌 are especially useful because:

  • they reproduce very fast (a high rate 速率 of reproduction).
  • they can make complex molecules 分子.
  • (Supplement) there are few ethical 伦理 concerns about growing them, and they contain plasmids 质粒 (small DNA rings that are easy to work with).
עברית

ביוטכנולוגיה משתמשת באורגניזמים חיים (או ב-אנזימים שלהם) ליצירת מוצרים שימושיים. חיידקים הם במיוחד שימושיים כי:

  • הם מתרבים במהירות רבה (קצב התרבות גבוה).
  • הם יכולים ליצור מולקולות מורכבות.
  • (תוספת) קיים מעט דאגות אתיות לגבי גידולן, והם מכילים פלזמידים (טבעות DNA קטנות שקל לעבוד איתן).
21.2

Biotechnology in action · ⁨ביוטכנולוגיה בפעולה⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
Core Supplement
1 Describe the role of anaerobic respiration in yeast during the production of ethanol for biofuels
2 Describe the role of anaerobic respiration in yeast during bread-making
3 Describe the use of pectinase in fruit juice production
4 Investigate and describe the use of biological washing powders that contain enzymes
5 Explain the use of lactase to produce lactose-free milk
6 Describe how fermenters can be used for the large-scale production of useful products by bacteria and fungi, including insulin, penicillin and mycoprotein
7 Describe and explain the conditions that need to be controlled in a fermenter, including: temperature, pH, oxygen, nutrient supply and waste products
עברית
ליבה תוספת
1 תאר את תפקיד הנשימה האנאירובית בשמרים במהלך ייצור אתנול לדלק ביולוגי
2 תאר את תפקיד הנשימה האנאירובית בשמרים במהלך הכנת לחם
3 תאר את השימוש בפקטינאזה בייצור מיץ פירות
4 חקור ותאר את השימוש באבקות כביסה ביולוגיות המכילות אנזימים
5 הסבר את השימוש בלקטאז לייצור חלב ללא לקטוז
6 תאר כיצד פורמנטורים יכולים לשמש ליצור סחורות בעלות ערך בכמות גדולה על ידי חיידקים ופטריות, כולל אינסולין, פניצילין ומיקופרוטאין
7 תאר והסבר את התנאים שיש לבקר בפורמנטור, כולל: טמפרטורה, pH, חמצן, אספקת חומרי מזון ומוצרי פסולת

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Yeast: biofuels and bread

Yeast 酵母 carries out anaerobic respiration 无氧呼吸 (without oxygen), making ethanol 乙醇 and carbon dioxide.

  • the ethanol can be used as a biofuel 生物燃料.
  • in bread-making, the carbon dioxide makes the dough rise.

Enzymes in industry

  • pectinase 果胶酶 breaks down cell walls to release more juice from fruit, giving more and clearer juice.
  • biological washing powders 洗衣粉 contain enzymes (such as proteases and lipases) that digest stains, even at lower temperatures.
  • (Supplement) lactase 乳糖酶 breaks down lactose 乳糖 to make lactose-free milk, for people who cannot digest lactose.

Fermenters (Supplement)

A fermenter 发酵罐 is a large tank used to grow bacteria or fungi to make useful products, such as insulin 胰岛素, penicillin 青霉素 and mycoprotein 真菌蛋白. The conditions inside must be carefully controlled: temperature 温度, pH, oxygen 氧气, the supply of nutrients, and the removal of waste products.

עברית
מיכלי תסיסה גדולים מפלדת אל-חלד
מיכלי תסיסה: מיקרובים מגודלים בקנה מידה ביוטכנולוגיה.

שמרים: דלק ביולוגי ולחם

שמרים מבצעים נשימה אנאירובית (ללא חמצן), ומייצרים אתנול ופחמן דו-חמצני.

  • האתנול יכול לשמש כ-דלק ביולוגי.
  • בהכנת לחם, הפחמן הדו-חמצני גורם לקמח להרים.
שמרים פוצעים גלוקוז ללא חמצן לאתנול, המשמש כדלק ביולוגי, ולפחמן דו-חמצני, הגורם ללחם להתפיחה
מחמיץ מייצר אלכוהול (דלק ביו-מחוזק) ופחמן דו-חמצני (שהופך את הבצק לעלה)

אנזימים בתעשייה

  • פקטינאזה מפרק את קירות התאים לשחרור יותר מיץ מפירות, ומניבה מיץ נפוץ וברור יותר.
  • אבקות כביסה ביולוגיות מכילות אנזימים (כגון פרוטאזות וליפאזות) שמפרקים כתמי לכלוך, גם בטמפרטורות נמוכות יותר.
  • **(תוספת) לקטאז פוצע לקטוז כדי לייצר חלב ללא לקטוז, עבור אנשים שאינם יכולים לעכל לקטוז.
פקטינאז מספק יותר מיץ פירות; פרוטיאזות וליפאזות שוטפות כתמים; לקטאז מייצר חלב ללא לקטוז
אנזימים המשמשים בתעשייה

משרקים (תוספת)

תסיסה היא מיכל גדול המשמש לגידול חיידקים או פטריות לייצור מוצרים שימושיים, כמו אינסולין, פניצילין ומיקופרוטאין. התנאים בתוך המיכל חייבים להיות בשליטה קפדנית: טמפרטורה, pH, חמצן, אספקת הזנה והסרת פסולת.

מיכל תסיסה: מערבב מערבל את התרבות, מעיל מים שומר על הטמפרטורה, אוויר מספק חמצן, חיישן pH בודק את ה-pH, הזנה זורמת פנימה ומוצר או פסולת זורמים החוצה
מטבחון מגדל מיקרואורגניזמים כאשר הטמפרטורה, ה-pH, החמצן והחומרים המזינים נשלטים כולם
Explore · ⁨חקור⁩

Biotechnology application lab · ⁨מעבדת יישומי ביוטכנולוגיה⁩

Classify biotechnology examples by the problem they solve. · ⁨סווג דוגמאות לביוטכנולוגיה לפי הבעיה שהן פותרות.⁩

Explore · ⁨חקור⁩

Fermenter control loop · ⁨לולאת בקרת מהפך⁩

Watch how a fermenter keeps microbes growing at the best rate. · ⁨צפו כיצד מהפך שומר על גודל המיקרואורגניזמים בקצב הטוב ביותר.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
biotechnology/ˌbaɪəʊtekˈnɒlədʒi/ ביוטכנולוגיה
enzymes/ˈenzaɪmz/ אנזימים
bacteria/bækˈtɪərɪə/ בקטריות
rate/reɪt/ קצב
molecules/ˈmɒlɪkjuːlz/ מולקולות
ethical/ˈeθɪkl/ אתי
plasmids/ˈplæzmɪdz/ פלזמידים
yeast/jiːst/ שמרים
anaerobic respiration/ˌæneəˈrəʊbɪk ˌrespɪˈreɪʃn/ נשימה אנאירובית
ethanol/ˈeθənɒl/ אתנול
biofuel/ˌbaɪəʊˈfjuːəl/ דלק ביו-לוחץ
pectinase/ˈpektɪneɪs/ פקטינאזה
washing powders/ˈwɒʃɪŋ ˈpaʊdəz/ אבקות כביסה
lactase/ˈlækteɪs/ לקטאז
lactose/ˈlæktəʊs/ לקטוז
fermenter/fɜːˈmentə/ מטבח תסיסה
insulin/ˈɪnsjuːlɪn/ אינסולין
penicillin/ˌpenɪˈsɪlɪn/ פיניצילין
mycoprotein/ˈmaɪkəprəʊtiːn/ מיקרופרוטאין
temperature/ˈtemprɪtʃə/ טמפרטורה
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ חמצן
21.3

Genetic modification · ⁨ריכוב גנטי⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
Core Supplement
1 Describe genetic modification as changing the genetic material of an organism by removing, changing or inserting individual genes 3 Outline the process of genetic modification using bacterial production of a human protein as an example, limited to: (a) isolation of the DNA making up a human gene using restriction enzymes, forming sticky ends (b) cutting of bacterial plasmid DNA with the same restriction enzymes, forming complementary sticky ends (c) insertion of human DNA into bacterial plasmid DNA using DNA ligase to form a recombinant plasmid (d) insertion of recombinant plasmids into bacteria (specific details are not required) (e) multiplication of bacteria containing recombinant plasmids (f) expression in bacteria of the human gene to make the human protein
2 Outline examples of genetic modification: (a) the insertion of human genes into bacteria to produce human proteins (b) the insertion of genes into crop plants to confer resistance to herbicides (c) the insertion of genes into crop plants to confer resistance to insect pests (d) the insertion of genes into crop plants to improve nutritional qualities
4 Discuss the advantages and disadvantages of genetically modifying crops, including soya, maize and rice
עברית
ליבה תוספת
1 תאר הנדסה גנטית כשינוי החומר הגנטי של אורגניזם על ידי הסרה, שינוי או הכנסת גנים בודדים 3 תאר את תהליך ההנדסה הגנטית באמצעות ייצור חיידקי של חלבון אנושי כדוגמה, במגבלות: (א) בידוד DNA המרכיב גן אנושי באמצעות אנזימי היגוי, היווצרות קצוות דביקים (ב) חיתוך DNA פלסמידי חיידקי באותם אנזימי היגוי, היווצרות קצוות דביקים משלימים (ג) הכנסת DNA אנושי לתוך DNA פלסמידי חיידקי באמצעות DNA ליגאז ליצירת פלסמיד רקומבננטי (ד) הכנסת פלסמידים רקומבננטיים לתוך חיידקים (פרטים ספציפיים אינם נדרשים) (ה) הכפלת חיידקים המכילים פלסמידים רקומבננטיים (ו) ביטוי בגן האנושי בחיידקים כדי ליצור את החלבון האנושי
2 תאר דוגמאות להנדסה גנטית: (א) הכנסת גנים אנושיים לחיידקים לייצור חלבונים אנושיים (ב) הכנסת גנים לצמחים חקלאיים להענקת עמידות לגל herbicides (ג) הכנסת גנים לצמחים חקלאיים להענקת עמידות לחרקים מזיקים (ד) הכנסת גנים לצמחים חקלאיים לשיפור תכונות תזונתיות
4 דן ביתרונות וחסרונות של שינוי גנטי בצמחים חקלאיים, כולל סויה, תירס ואורז

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Genetic modification 基因改造 means changing an organism's genetic material 遗传物质 by removing, changing or inserting individual genes 基因.

Making a human protein in bacteria (Supplement)

For example, to make a human protein 蛋白质 (such as insulin) in bacteria:

  1. cut the human gene out of human DNA using restriction enzymes 限制酶, which leave sticky ends 黏性末端.
  2. cut open a bacterial plasmid with the same restriction enzymes, giving matching sticky ends.
  3. join the human gene into the plasmid using DNA ligase 连接酶, making a recombinant plasmid 重组质粒.
  4. put the recombinant plasmid into a bacterium.
  5. the bacteria multiply and express 表达 the human gene, making the human protein.

Worked example. Put the steps of making human insulin in bacteria in order. Restriction enzymes cut the human insulin gene out of human DNA, leaving sticky ends. The same restriction enzyme cuts open a bacterial plasmid, so its sticky ends match the gene's. Ligase joins the gene into the plasmid, making a recombinant plasmid. The plasmid is put into a bacterium, and the bacteria multiply in a fermenter, each one expressing the gene and making human insulin. Two marks hang on precision: the same enzyme must cut both the gene and the plasmid, which is what makes the sticky ends fit; and ligase joins - it does not cut.

Examples of genetic modification

Genetic modification is used to:

  • put human genes into bacteria to make human proteins (such as insulin).
  • put genes into crop plants 农作物 to give resistance 抗性 to herbicides 除草剂.
  • put genes into crops to give resistance to insect pests.
  • put genes into crops to improve their food value.

(Supplement) GM crops such as soya, maize and rice can give higher yields and better nutrition, but some people worry about effects on health, on wild species, and about the cost of GM seeds.

עברית

ריכוב גנטי הוא שינוי בחומר הגנטי של אורגניזם על ידי הסרה, שינוי או השחלה של גנים יחידים.

תמונה של ג'ל DNA תחת אור UV: סולם של פסיונות ערעור באחוז שווים נמתח לאורך הערוצה השמאלית, וערוצות הדוגמה מראות פסיונות זוהרות בהירות שבהן חלקי ה-DNA הצטברו לאחר ההפרדה לפי גודל
קטעי DNA המופרדים באמצעות אלקטרופורזה בג'ל מופיעים כפסות זוהרות

ייצור חלבן אנושי בחיידקים (תוספת)

למשל, כדי לייצר חלבן אנושי (כמו אינסולין) בחיידקים:

  1. לחתוך את הגן האנושי מחומצת הדנ
  2. לפתוח פלזמיד חיידקי באמצעות אותם אנזימי חיתוך, ולקבל קצוות דביקים תואמים.
  3. לחבר את הגן האנושי לפלזמיד באמצעות ליגאז DNA, ליצירת פלזמיד רקומבینנטי.
  4. להכניס את הפלזמיד הרקומבინנטי לתוך חיידק.
  5. החיידקים יכפילו את עצמם ויבטאו את הגן האנושי, וייצרו את החלבן האנושי.
הנדסה גנטית: גן אנושי נחתך ומותחם לפלזמיד חיידקי עם ליגאז ליצירת פלזמיד רקומבিনנטי, שמוכנס לחיידקים כדי שיייצרו את החלבן האנושי
גן אנושי מצומד לפלסמיד, ואז בקטריות מייצרות את החלב האנושי

דוגמה פותרת. סדרו את השלבים בייצור אינסולין אנושי בחיידקים. אנזימי חיתוך חותכים את גן האינסולין האנושי מחומצת הדנ

דוגמאות להנדסה גנטית

הנדסה גנטית משמשת ל:

  • הכנסת גנים אנושיים לחיידקים כדי לייצר חלבנים אנושיים (כמו אינסולין).
  • הכנסת גנים לצמחים חקלאיים כדי לספק עמידות לרעלים.
  • הכנסת גנים לצמחים כדי לספק עמידות למזיקי חרקים.
  • הכנסת גנים לצמחים כדי לשפר את הערך התזונתי שלהם.

(תוספת) צמחים מהנדסה גנטית כמו סויה, תירס ואורז יכולים לייצר תפוקות גבוהות ותזונה טובה יותר, אך חלק מהאנשים מוטרדים מהשפעות על הבריאות, על מינים בריים, ומגובה המחיר של זרעי הנדסה גנטית.

Explore · ⁨חקור⁩

Genetic modification route · ⁨דרך ההנדסה הגנטית⁩

Follow the main steps from useful gene to modified organism. · ⁨עקוב אחר השלבים המרכזיים מגן שימושי לאורגניזם מהודר גנטית.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
genetic modification/dʒɪˈnetɪk ˌmɒdɪfɪˈkeɪʃn/ שינוי גנטי
genetic material/dʒɪˈnetɪk məˈtɪərɪəl/ חומר גנטי
genes/dʒiːnz/ גנים
protein/ˈprəʊtiːn/ חלבון
restriction enzymes/rɪˈstrɪkʃn ˈenzaɪmz/ אנזימי הגבלה
sticky ends/ˈstɪki endz/ קצוות דביקים
ligase/ˈlɪɡeɪs/ ליגאזה
recombinant plasmid/ˌriːˈkɒmbɪnənt ˈplæzmɪd/ פלזמיד רקומבინנטי
express/ekˈspres/ ביטוי
crop plants/krɒp plænts/ צמחי יבול
resistance/rɪˈzɪstəns/ התנגדות
herbicides/ˈhɜːbɪsaɪdz/ חומרי עשבייה
21.3

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • Bacteria are used because they reproduce fast, make complex molecules, and contain plasmids.
  • Yeast (anaerobic respiration) → ethanol (biofuel) and carbon dioxide (bread). Enzymes: pectinase (fruit juice), proteases and lipases (washing powders), lactase (lactose-free milk).
  • Fermenters make insulin, penicillin and mycoprotein; control temperature, pH, oxygen, nutrients and waste.
  • Genetic modification: cut a gene with restriction enzymes (sticky ends) → join it into a plasmid with ligase (a recombinant plasmid) → put into bacteria → express the gene to make the protein.
  • GM crops can resist herbicides or insect pests, or have better nutrition.
עברית
  • משתמשים בחיידקים כי הם מתכפלים מהר, מייצרים מולקולות מורכבות, ומכילים פלזמידים.
  • שמרים (נשימה אל-אווירית) → אתנול (דלק ביולוגי) ופחמן דו-חמצני (לחם). אנזימים: פקטינאז (מיץ פירות), פרוטאזות וליפאזות (אבקות כביסה), לקטאז (חלב ללא לקטוז).
  • המשרות מייצרות אינסולין, פניצילין ומיקופרוטין; שולטות בטמפרטורה, pH, חמצן, מזון ובפסולת.
  • שינוי גנטי: חיתוך גן באמצעות אנזימי הגבלה (קצוות דביקים) → חיבורו לפלסמיד באמצעות ליגאזה (פלסמיד רקומבინנטי) → הכנסה לתוך חיידקים → ביטוי הגן ליצירת החלבון.
  • צמחי GM עשויים להיות עמידים נגד רעלים או פולשים, או להציג ערך תזונתי משופר.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in IGCSE Biology · ⁨ביולוגיה IGCSE⁩ · ⁨נושאים נוספים בIGCSE Biology · ⁨ביולוגיה IGCSE⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP