IGCSE, A-Level & AP IGCSE, A-Level & AP Sheet preview · ⁨Предпросмотр листа⁩

Biotechnology and genetic modification · ⁨Биотехнология и генная инженерия⁩

IGCSE Biology · ⁨Биология IGCSE⁩ · Topic 21 · ⁨Тема 21⁩

View Slides · ⁨Просмотр слайдов⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
Video lesson for this topic · ⁨Видеоурок по этой теме⁩ Open the video page · ⁨Открыть страницу видео⁩
7:59

Биотехнология и генная инженерия

Стальные резервуары, тёплые и медленно перемешиваемые. Внутри таких резервуаров миллиарды живых микроорганизмов работают на нас — производя пенициллин, белковую пищу под названием…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)⁩

21.1

Why bacteria are useful · ⁨Почему бактерии полезны⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
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
Русский
Базовый Дополнительно
1 Укажите, что бактерии полезны в биотехнологии и генной инженерии благодаря своей высокой скорости размножения и способности синтезировать сложные молекулы 2 Обсудите, почему бактерии полезны в биотехнологии и генной инженерии, ограничиваясь: (a) малым числом этических проблем при их манипулировании и культивировании (b) наличием плазмид

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

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).
Русский

Биотехнология использует живые организмы (или их ферменты) для производства полезных продуктов. Бактерии особенно полезны, потому что:

  • они очень быстро размножаются (высокая скорость размножения).
  • они способны синтезировать сложные молекулы.
  • (Дополнительно) существует мало этических вопросов при их выращивании, и они содержат плазмиды (маленькие кольца ДНК, с которыми легко работать).
Watch lesson · ⁨Смотреть урок⁩
21.2

Biotechnology in action · ⁨Биотехнология в действии⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
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
Русский
Базовый Дополнительно
1 Опишите роль анаэробного дыхания дрожжей при производстве этанола для биотоплива
2 Опишите роль анаэробного дыхания дрожжей при выпечке хлеба
3 Опишите использование пектиназы при производстве фруктовых соков
4 Исследуйте и опишите применение биологических стиральных порошков, содержащих ферменты
5 Объясните использование лактазы для получения молока без лактозы
6 Опишите, как ферментеры используются для крупномасштабного производства полезных продуктов бактериями и грибами, включая инсулин, пенициллин и микопротеин
7 Опишите и объясните условия, которые необходимо контролировать в ферментере, включая: температуру, pH, кислород, питание и удаление отходов

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

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.

Русский
Большие ферментационные резервуары из нержавеющей стали
Ферментационные резервуары: микроорганизмы выращиваются в промышленных масштабах в биотехнологии.

Дрожжи: биотопливо и хлеб

Дрожжи осуществляют анаэробное дыхание (без кислорода), производя этанол и углекислый газ.

  • этанол может использоваться как био топливо.
  • при выпечке хлеба углекислый газ заставляет тесто подниматься.
Дрожжи расщепляют глюкозу без участия кислорода на этанол, который используется как биотопливо, и углекислый газ, который заставляет тесто подниматься
Дрожжи производят этанол (биотопливо) и углекислый газ (который заставляет хлеб подниматься)

Ферменты в промышленности

  • пектиназа разрушает клеточные стенки, высвобождая больше сока из фруктов, давая более обильный и прозрачный сок.
  • биологические стиральные порошки содержат ферменты (например, протеазы и липазы), которые расщепляют пятна даже при более низких температурах.
  • (Дополнительно) лактаза расщепляет лактозу, чтобы сделать молоко без лактозы для людей, не переносащих лактозу.
Пектиназа дает больше фруктового сока; протеазы и липазы вымывают пятна; лактаза делает молоко без лактозы
Ферменты, используемые в промышленности

Ферментеры (Дополнительно)

Ферментер — это большой резервуар, используемый для выращивания бактерий или грибов с целью получения полезных продуктов, таких как инсулин, пенициллин и микопротеин. Условия внутри должны тщательно контролироваться: температура, pH, кислород, подача питательных веществ и удаление продуктов отходов.

Резервуар ферментера: мешалка перемешивает культуру, водяная рубашка регулирует температуру, воздух обеспечивает кислород, датчик pH измеряет кислотность, питательные вещества поступают, а продукт или отходы выводятся
Ферментер выращивает микроорганизмы, при этом температура, pH, кислород и питательные вещества находятся под контролем
Explore · ⁨Исследовать⁩

Biotechnology application lab · ⁨Лаборатория применения биотехнологий⁩

Classify biotechnology examples by the problem they solve. · ⁨Классифицируйте примеры биотехнологий по решаемым проблемам.⁩

Explore · ⁨Исследовать⁩

Fermenter control loop · ⁨Цикл управления ферментером⁩

Watch how a fermenter keeps microbes growing at the best rate. · ⁨Посмотрите, как ферментер поддерживает рост микроорганизмов с оптимальной скоростью.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
biotechnology/ˌbaɪəʊtekˈnɒlədʒi/ биотехнология
enzymes/ˈenzaɪmz/ ферментов
bacteria/bækˈtɪərɪə/ бактериями
rate/reɪt/ скоростью
molecules/ˈmɒlɪkjuːlz/ молекулы
ethical/ˈeθɪkl/ этический
plasmids/ˈplæzmɪdz/ плазмиды
yeast/jiːst/ дрожжи
anaerobic respiration/ˌæneəˈrəʊbɪk ˌrespɪˈreɪʃn/ анаэробное дыхание
ethanol/ˈeθənɒl/ этанол
biofuel/ˌbaɪəʊˈfjuːəl/ биотопливо
pectinase/ˈpektɪneɪs/ пектиназа
washing powders/ˈwɒʃɪŋ ˈpaʊdəz/ стиральные порошки
lactase/ˈlækteɪs/ лактаза
lactose/ˈlæktəʊs/ лактоза
fermenter/fɜːˈmentə/ ферментер
insulin/ˈɪnsjuːlɪn/ инсулин
penicillin/ˌpenɪˈsɪlɪn/ пенициллин
mycoprotein/ˈmaɪkəprəʊtiːn/ микопротеин
temperature/ˈtemprɪtʃə/ температура
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ кислородом
Watch lesson · ⁨Смотреть урок⁩
21.3

Genetic modification · ⁨Генетическая инженерия⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
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
Русский
Базовый Дополнительно
1 Опишите генную инженерию как изменение генетического материала организма путем удаления, изменения или вставки отдельных генов 3 Изложите процесс генной инженерии на примере бактериального синтеза человеческого белка, ограничиваясь: (a) изоляцией ДНК человеческого гена с помощью рестриктаз, образованием «липких» концов (b) разрезанием ДНК бактериальной плазмиды теми же рестриктазами, образованием комплементарных «липких» концов (c) вставкой человеческой ДНК в ДНК бактериальной плазмиды с помощью ДНК-лигазы для образования рекомбинантной плазмиды (d) внедрением рекомбинантных плазмид в бактерии (детали не требуются) (e) размножением бактерий, содержащих рекомбинантные плазмиды (f) экспрессией человеческого гена в бактериях для синтеза человеческого белка
2 Изложите примеры генной инженерии: (a) вставка человеческих генов в бактерии для синтеза человеческих белков (b) вставка генов в сельскохозяйственные растения для придания устойчивости к гербицидам (c) вставка генов в сельскохозяйственные растения для придания устойчивости к насекомым-вредителям (d) вставка генов в сельскохозяйственные растения для улучшения питательных качеств
4 Обсудите преимущества и недостатки генной модификации сельскохозяйственных культур, включая сою, кукурузу и рис

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

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.

Русский

Генетическая инженерия означает изменение генетического материала организма путем удаления, изменения или вставки отдельных генов.

Фотография геля ДНК под ультрафиолетовым светом: слева идет шкала равномерно расположенных референсных полос, а в лунках образцов видны яркие светящиеся полосы там, где собрались фрагменты ДНК после разделения по размеру
Фрагменты ДНК, разделенные с помощью гель-электрофореза, выглядят как светящиеся полосы

Получение человеческого белка в бактериях (Дополнительно)

Например, для получения человеческого белка (такого как инсулин) в бактериях:

  1. вырезать человеческий ген из человеческой ДНК с помощью ограничительных эндонуклеаз, которые оставляют липкие концы.
  2. разрезать бактериальную плазмиду теми же самыми ограничительными эндонуклеазами, получая совпадающие липкие концы.
  3. соединить человеческий ген с плазмидой с помощью ДНК лигазы, создавая рекомбинантную плазмиду.
  4. поместить рекомбинантную плазмиду в бактерию.
  5. бактерии размножаются и экспрессируют человеческий ген, производя человеческий белок.
Генетическая инженерия: человеческий ген вырезается и встраивается в бактериальную плазмиду с помощью лигазы для создания рекомбинантной плазмиды, которая помещается в бактерии, чтобы они производили человеческий белок
Человеческий ген встраивается в плазмиду, затем бактерии производят человеческий белок

Разобранное решение. Расставьте шаги получения человеческого инсулина в бактериях в правильном порядке. Ограничительные эндонуклеазы вырезают ген человеческого инсулина из человеческой ДНК, оставляя липкие концы. Те же самые ограничительные эндонуклеазы разрезают бактериальную плазмиду, поэтому их липкие концы совпадают с концами гена. Лигаза соединяет ген с плазмидой, создавая рекомбинантную плазмиду. Плазмида помещается в бактерию, бактерии размножаются в ферментере, каждая экспрессирует ген и производит человеческий инсулин. За точность начисляются два балла: один и тот же фермент должен разрезать и ген, и плазмиду, именно благодаря этому липкие концы подходят друг к другу; а лигаза соединяет — она не режет.

Примеры генетической инженерии

Генетическая инженерия используется для того, чтобы:

  • вставлять человеческие гены в бактерии для производства человеческих белков (таких как инсулин).
  • вставлять гены в сельскохозяйственные культуры, чтобы придать им устойчивость к гербицидам.
  • вставлять гены в культуры, чтобы придать им устойчивость к насекомым-вредителям.
  • вставлять гены в культуры для повышения их пищевой ценности.

(Дополнительно) ГМО-культуры, такие как соя, кукуруза и рис, могут давать более высокий урожай и лучшее питание, но некоторые люди беспокоятся о влиянии на здоровье, на дикие виды и о стоимости семян ГМО.

Explore · ⁨Исследовать⁩

Genetic modification route · ⁨Путь генной модификации⁩

Follow the main steps from useful gene to modified organism. · ⁨Следуйте основным шагам от полезного гена до модифицированного организма.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
genetic modification/dʒɪˈnetɪk ˌmɒdɪfɪˈkeɪʃn/ генная инженерия
genetic material/dʒɪˈnetɪk məˈtɪərɪəl/ генетический материал
genes/dʒiːnz/ гены
protein/ˈprəʊtiːn/ белок
restriction enzymes/rɪˈstrɪkʃn ˈenzaɪmz/ ферменты рестрикции
sticky ends/ˈstɪki endz/ липкие концы
ligase/ˈlɪɡeɪs/ лигаза
recombinant plasmid/ˌriːˈkɒmbɪnənt ˈplæzmɪd/ рекомбинантная плазмида
express/ekˈspres/ экспрессия
crop plants/krɒp plænts/ сельскохозяйственные растения
resistance/rɪˈzɪstəns/ сопротивления
herbicides/ˈhɜːbɪsaɪdz/ гербицидами
Watch lesson · ⁨Смотреть урок⁩
21.3

Exam tips · ⁨Советы для экзамена⁩
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.
Русский
  • Бактерии используются, потому что они быстро размножаются, синтезируют сложные молекулы и содержат плазмиды.
  • Дрожжи (анаэробное дыхание) → этанол (биотопливо) и углекислый газ (хлеб). Ферменты: пектиназа (фруктовый сок), протеазы и липазы (стиральные порошки), лактаза (молоко без лактозы).
  • Ферментеры производят инсулин, пенициллин и микопротеин; контролируются температура, pH, кислород, питательные вещества и отходы.
  • Генетическая инженерия: вырезать ген с помощью ограничительных эндонуклеаз (липкие концы) → соединить его с плазмидой с помощью лигазы (рекомбинантная плазмида) → поместить в бактерии → экспрессировать ген для получения белка.
  • ГМО-культуры могут быть устойчивы к гербицидам или насекомым-вредителям, либо иметь улучшенную пищевую ценность.

Interactive lessons on this topic · ⁨Интерактивные уроки по этой теме⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.⁩

Past Papers · ⁨Архив экзаменационных работ⁩

More topics in IGCSE Biology · ⁨Биология IGCSE⁩ · ⁨Больше тем в IGCSE Biology · ⁨Биология IGCSE⁩⁩

Log in or create account · ⁨Войти или создать аккаунт⁩

IGCSE, A-Level & AP