Biotexnologiya asoslari

VODOROD - kelajak yoqilg’isi hisoblanadi.
Vodorodni - kimyoviy va elektrokimyoviy usullarda olish iqtisodiy samarasizdir. SHuning uchun ham keyingi vaqtlarda mutaxassislar e’tiborni vodorod ajratuvchi mikroorganizmlarga qaratishdi. O’tgan asrning 60- yillarining boshlaridayoq ismaloq (shpinata) xloroplastlari sun’iy elektron donorlari va gidrogenaza fermenti saqlovchi bakteriyalarni ekstraktlari ishtirokida vodorod chiqarishi aniqlangan edi. Bu tizimni quyidagicha izohlash mumkin:





Elektronlar donori e^- 1-fototizim e^- elektron o’tkazgich e^- Gidrogenaza q H₂.

Gidrogenaza elektronlarni ferredoksindan oladilar. Ushbu tajribada xloroplastlar ta’sirida suvni fotolizi pasaytirilgan vodorod manbai bo’lib organik moddalar xizmat qilishgan va ular elektron donorlarni sifatida ishlatilgan.

Bu xususiyat xemotrof bakteriyalar, sianobakteriyalar, ba’zi bir suv o’tlari va sodda hayvonlarga ham xosdir. Hozirgi vaqtda vodorod ishlab chiqarishning biotexnologik tizimini ko’rsatib beruvchi bir qancha variantlar taklif etilgan Olimlar hozirgacha mikroorganizmlar va o’simliklarda fotosintez samaradorligini oshirish muammosini hal etish bo’yicha ham katta muvaffaqiyatlarga erishganlaricha yo’q. Bu sohada olib boriladigan ilmiy tadqiqotlar fotosintezlovchi mikroorganizmlarning turli xil mutantlarini ajratish, ularning xususiyatlarini o’rganish va amaliy maqsadlarni hal qilish maqsadida foydalanish darajasiga chiqdi.
Masalan: bir qator fotosintezlovchi mikroorganizmlar quyosh energiyasi biokonversiyasi hisobiga ammoniy hosil qilish xususiyatini namoyon qilishi aniqlandi. Ma’lumki, ko’pgina gerbisidlar fotosintez jarayonini sekinlashtiradi, yaratilgan yoki tanlangan mikroorganizmlar mutantlari gerbisidlarga sezgir emas, shunday ekan fotosintez jarayoni kuchli bo’lgan o’simliklar navlarini yaratish, ularni gerbisidlarga bardoshligini oshirish yo’li bilan chambarchas bog’liq bo’lishi lozimdir.
Ta’kidlash lozimki, fotosintezlovchi bakteriyalar sanoat gazlari, zaharli mahsulotlarniparchalash va sanoat chiqindilarini tozalashda ham ishtirok etadilar.
Biotexnologik bioenergetika asosan noananaviy tirik organizmlar energiyalaridan bioyoqilg’i sifatida foydalanishni o’z oldiga asosiy maqsad qilib qo’yadi. Ayni vaqtda bunday elementlar biologik datchik- (o’tkazgichlar) biosensorlar yaratishda qo’llanilmoqda.

IV. BIOSENSORLAR

O’ta kam miqdordagi gazsimon suyuq va qattiq moddalarni aniqlash qobiliyatiga ega bo’lgan, yuqori sezgir biologik tabiatli, sun’iy elementlar - biosensorlar deb ataladi. Ulardan sog’liqni saqlash, tabiatni muxofaza qilish, qishloq xo’jaligi va sanoat ishlab chiqarishlarida analitik datchik uskunalar sifatida foydalaniladi.

Biosensorlar - biologik molekulalarning yuqori darajadagi tanlash (ajratish) va sezgirlik bilan boshqa moddalarni aniqlash va yangi xususiyatlar namoyon etishiga olib kelib kompleks hosil qilish xususiyatlariga asoslanadi.
Madomiki, tirik tabiatda biomolekulalar son-sanoqsiz va ulardan juda ko’plari moddalarni aniqlash, tanlash xususiyatiga egadir. Bu esa biosensorlarning bitmas-tuganmas manbalaridan unumli foydalanish imkoniyatini yaratadi. Birinchi biosensorlar amerikalik olimlar L.Klark va X.Lionslar tomonidan 1962 yilda taklif etilgan edi, va shundan keyin ulardan ommaviy foydalanila boshlandi. Biosensorlardan medisinada va kimyoviy texnologiyada moddalarni keng miqyosda aniqlashda qo’llanila boshlandi. Masalan: uglevodlar, mochevina, kreatinin, laktat,
spirt, askorbat, aspirin, aminokislotalar va ko’pgina boshqa moddalar miqdorini o’ta aniqlik bilan o’lchash uchun biosensorlardan foydalanib kelinmoqda..
Hozirgi vaqtda biosensorlardan gazlar va engil uchuvchan mahsulotlarni aniqlashda foydalanishni sanoat miqyosida ishlatish usullari amaliyotga tadbiq etildi. Biosensorlarni asosiy biotexnologik elementi sifatida ko’pincha turli xil fermentlardan foydalaniladi. Elektrokimyoviy, kolorometrik va optik biosensorlar ishlab chiqarishda xususan: glyukozosidaza, laktooksidaza, peroksidaza, uriaza, S sitoxrom fermentlari ishlatilmoqda.
Gazli fazada biosensorlarda formaldegidgidrogenazalar (formaldegid juftini aniqlash uchun) va xolinesterazalardan (fosfororganik pestisidlarni aniqlash uchun) muvaffaqiyatli qo’llanilmoqda. Keyingi vaqtda biotexnologiyaning bu sohasida asosiy o’rinlardan birini biosensorlarning yangi avlodi immunosensorlar egallay boshladi. Biosensorlarning - biologik reseptorlarning turli xil elektrodlar birikmalarini yaratish katta istiqbolli va yangi yo’nalishdir.
Bozorda (sabzavot va mevalar tarkibidagi nitrat, nitrit va xilma xil yadoximikatlarni aniqlash uchun) biosensorlarga talab kundan kunga uzluksiz ortib bormoqda, bunga quyidagi ko’rsatkichlar guvohlik beradi: 1986 yilning o’zidagina AqSH da biosensorlar ishlab chiqarish umumiy miqdori 14,4 mln. dollarni tashkil etgan bo’lsa, 1991 yilga kelib esa 365 mln. dollarni tashkil etganligi qayd etilgan.
Mutaxassislar ta’kidlashlaricha bu usuldan foydalanish Yaponiya va Evropa davlatlarida ham keng tarqalmoqda.

Energiyani qayta hosil qilish

Hozirgi vaqtda biotexnologiyaning yangi yo’nalishi shakllanmoqda. Bu yo’nalishni - energiya biokonversiyasi deb atash mumkin.

Energiyaning biokonversiyasi deganda biologik mahsulotlar va qonuniyatlar asosida bir energiya turini boshqa biriga transformasiya qilish (aylantirish) xususiyatlari tushiniladi.
Ayni vaqtda biologik tizimlarda energiya hosil qilish texnologiyasini yaratish tadqiqotlari bir necha yo’nalishlarda faol rivojlanmoqda:

1. 
   quyosh energiyasidan ekologik toza va turg’un yoqilg’i energiyasini hosil qilish;
   
2. 
   Sellyuloza saqlovchi xom-ashyolardan yuqori kolloriyali yoqilg’i olish, chiqindilar va oqovalardan spirtlar, metan, vodorod, uglevodorodlar ishlab chiqarish usullarini rivojlantirish;
   
3. 
   Bevosita yoqilg’i energiyasidan elektr energiyasi hosil qilish. Har doim tirik hujayralarda stabil elektron molekulalar ionlar majmuasidan samarali konversiya vujudga kelib turadi, masalan: anaerob nafas olishda elektron-transportli zanjir;
   
4. 
   Biologik mikroqurilmalar yaratish, shu jumladan biokimyoviy signallarni elektrik signallarga aylantiruvchi ditektorlar va biologik mahsulotlardan (fermentlar, antigenlar, hujayra va x.k) tuzilgan bioaniqlagichlar (biodatchiklar) yaratish.
   

Mazkur bo’limda energiya biokonversiyasining elektrokimyoviy energiya bilan bog’liq bir necha yo’nalishlari haqida so’z yuritiladi. Energiya biokonversiya tizimlari ayni vaqtda har doim maxsus xususiyatlariga ko’ra ulardagi jarayonlarning o’rganilganligi, texnologik qulaylikka yaqinligi bilan farq qiladi.

Energiya biokonversiya tizimidagi qator muammolar izlanishlar boshida hamda ulardan foydalanish jarayonlarida vujudga keladi. Zamonamiz talablaridan kelib chiqqan holda yangi yaratilajak istiqbolli texnologiyalar ularni atrof muxit va biosfera bilan munosabatlari uzviy bog’liq bo’ladi. Energetikaning atrof-muhit bilan o’zaro munosabati ekologiya sohasida “enerkologiya” termini bilan atalishi taklif etilgan.
Enerkologik nuqtai nazardan keng asoslangan istiqbolli energiya turlaridan biri atom energiyasi bo’lsada, ularning bir qator salbiy xususiyatlarga egaligi shu jumladan, issiqlik ajratishi, radiaktiv nurlar chiqarishi va x.k ko’pchilikka ma’lum.
YAngi energiya manbalarini izlash, eng avvalo erning issiqlik balansiga zarar etkazmaydigan tizimlar ishlab chiqishga yo’naltirilgan bo’lishi zarur. Ayni vaqda ma’lum bo’lgan bunday manbalardan biri- ekologik toza bo’lgan quyosh energiyasidir.

quyosh energiyasidan foydalanish

Bir qator “toza” va “mukammal” quyosh energiyasidan foydalanish sxemasi 2.7-rasmda keltirilgan.

quyosh energiyasidan foydalanish ekologik raqobatbardosh texnologiyalardan eng istiqbollisi desak xato bo’lmaydi. Ayni paytgacha quyosh energiyasi spektridan elektr toki hosil qiluvchi, anorganik kristallarga asoslangan yarimo’tkazgich fotobakteriyalar yaratilgan.
Aytish mumkinki, asosiy vazifa o’z echimini topgan. Keyingi qilinadigan asosiy vazifa - rentabelli tizim qurishning texnologik echimini topish bilan bog’liq.
Ushbu vazifani hal qilishda tabiatda mavjud bo’lgan fotobakteriyalar va yashil o’simliklar fotosintezining birqator mexanizmlaridan foydalanish mumkin. Tadqiqotchilar e’tibori fotosintez mexanizmlaridan foydalanib, sun’iy fotosistema qurishga qaratildi.
Bunday sistemalardan foydalanib quyosh nuri kvantlar energiyasidan kimyoviy energiya potensialida, o’simliklar fotosintezining maksimal energiyasiga qaraganda ko’proq energiya hosil qilish mumkin.
Sun’iy fotosistemalar qurishda fotoreseptorlar sifatida:

1. 
   Xlorofil va boshqa pigmentlar;
   
2. 
   Pigment saqlovchi izolasiyalangan hujayraviy strukturalar;
   
3. 
   Hujayradan ajratilgan fermentli tizimlardan foydalaniladi.
   

Har qanday energiya almashtiruvchi tizim uchta asosiy blok saqlaydi:

1. 
   zaryad bo’linishi uchun fotokimyoviy tizim;
   
2. 
   elektronlarni fermentga tashuvchi mediatorlar;
   
3. 
   mobilizasiyalangan elektron yoki “chidamli fotomahsulotlar olish uchun “teshikcha” (poralar) quyosh nurlari kvantlar energiyasi zahirasidan foydalanish qobiliyatiga ega fermentli tizim.
   

Fotokimyoviy faol mahsulotlar hosil qilishni (faol oksidlash va qaytarilish) ajratish uchun sun’iy membrana yaratish istiqbolli hisoblanadi. qator laboratoriyalarda - energiya nuri zahirasini saqlovchi turli xil potensialllar hosil qiluvchi elektronlar va inert elektrod bilan o’zaro ta’sirlashuvchi “teshik” to’playdigan xlorofil va boshqa pigmentlar qo’llaniladigan fotoelektrik jarayonlar o’rganiladi.

Laboratoriya sharoitida doimiy ravishda fotosintezlash imkoniyatiga ega bo’lgan tizim yuqori ishlab chiqaruvchi hisoblanadi. Birinchi navbatda bu - yuqori samarali fotosintez bilan xarakterlanuvchi mikrobiologik sistemaga ta’luqlidir.
Ilmiy adabiyotlarda quyoshdan keladigan energiyasi kuchidan qariyib 18 % gachasi mikrob kulturalar tomonidan qayta hosil bo’lishi haqida ma’lumotlar mavjud.
SHunday qilib, yaratilgan fotosintezlovchi biotexnologik tizim, quyoshdagi amaliy vazifalarni echimini topishiga ishonch hosil qilish mumkin, buning :

• 
  Er yuziga tushadigan butun quyosh nurining 30% igacha foydalanish qobiliyatiga ega bo’lgan uzluksiz fotobiokimyoviy tizimni yaratish;
  
• 
  Gen muxandisligi usullari yordamida maqsadga yo’naltirilgan qimmatli birikmalar: uglevodorodlar, oqsillar lipidlar va boshqa biologik faol mahsulotlar sintezlovchi fotobiotexnik tizim yaratish;
  
• 
  Vodorod hosil qiluvchi yoki molekulyar azotni qaytarish uchun fotobiotexnik sistema yaratish;
  
• 
  Fotobioniklarning keng rivojlanishi, shuningdek, quyosh energiyasini zahiralovchi va qayta hosil qiluvchi sun’iy tizim yaratish, shu jumladan, suvda quyosh spektridan to’liq foydalanib kislorod va vodorodning suv fotolizi;
  
• 
  Biolyuminessiya mexanizmlari va qonuniyatlaridan foydalanib, quyosh energiyasi zahirasi, fotosintez mahsulotini hisoblash uchun o’lchash qurilmalarini yaratish va x.k.
  

SUVDA BIOFOTOLIZ