1-ma’ruza: Kirish. Biotexnologiya va bioinjeneriyada bioxavfsizlik haqida tushuncha. Biotexnologiyaning rivojlanishi va uning yutuqlari Reja

Takrorlash uchun savollar:

1. 
   Nanobo‘lakchalar atrof muhitdan odam organizmiga qanday yo‘llar bilan kirib boradi?
   
2. 
   Odam organizmiga tushgan nanobo‘lakchalar qaysi organda to‘planadi?
   
3. 
   Oqsil “toj” qanday hosil bo‘ladi?
   
4. 
   Nanobo‘lakchalar “toj” oqsillariga ta’sir etadimi?
   
5. 
   Titan oksidining nanobo‘lakchalari organizmga kirganidan keyin qanday ta’sir ko‘rsatadi?
   
6. 
   Alyuminiy nanobo‘lakchalari organizmga qanday ta’sir ko‘rsatadi?
   

15-ma`ruza: Nanobo‘lakchalarni manbalari va ularni odam organizmiga kirishining asosiy yo‘llari va ta’sir etish mexanizmlari
Reja:
1. Tirik sistemalarni molekulyar va subhujayra tuzilishi – nanodunyo darajasi sifatida
2. Oqsil molekulalari yordamida nanobo‘lakchalarni avtomatlashtirilgan holda yig‘ish.
3. Tabiiy bioreaktorlar (bakteriyalar) yordamida nanobo‘lakchalar.
4. Oqsilli nanobo‘lakchalar qanday qilib antibiotiklarni almashtirishlari mumkin.

Mavzu bo’yicha asosiy tushuncha va iboralar:subhujayra, nanobo`lakchalar, nanometr, nanostruktura, tabiiy bioreaktorlar.

Ma`ruza mavzusi bayoni
Nanostrukturalar – kattaligi (o‘lchami) 1 dan 100 nanometrgacha bo‘lgan obyektlar (manbalar). (Nanometr – metrni milliarddan bir bo‘lagi, 10^-9m). Nanostrukturalar nafaqat insonlar yaratgan eng kichik manbalar, balki ular eng mayda qattiq materiallar bo‘lib, ularni alohida ajratib olish, hatto ulardan ba’zilarini manipulyasiya qilish, ya’ni o‘zgartirish ham mumkin (3,4-rasm).
Nanomasshtab juda noyob, chunki nanodunyo elementlarni fundamental xususiyatlari, ularni o‘lchami bilan shunchalik bog‘liqki, bunday bog‘liqlik boshqa biror masshtabda kuzatilmaydi. Molekulyar darajada atomlarni, molekulalarni va nanokomplekslarni o‘zlarini tutishlari bilan bog‘liq bo‘lgan, yangi fizik-kimyoviy xususiyatlar paydo bo‘ladi. Biologik nanostrukturalarga misol sifatida kattaligi 4-50 nm oralig‘ida bo‘lgan oqsil molekulalarini kiritish mumkin (4-rasm). Qalinligi 1-2 nm ga teng bo‘lgan DNK molekulalarini ham, ularni uzunligi birnecha millimetrga teng bo‘lishiga qaramasdan, nanostrukturaga kiritish mumkin. Tirik organizmlardan hayotni hujayrasiz shakli bo‘lgan viruslarni nanodunyoga kiritish mumkin. Viruslarni kattaligi 10-200 nm oralig‘ida yotadi.
Nanobo‘lakchalar yaratish texnologiyasida moddalarga ishlov berishni bir-biridan tubdan farq qiluvchi ikki yondashuv ma’lum:

• 
  “Tepadan pastga”, ya’ni fizik jismlarga mexanik yoki boshqa xildagi ta’sir ko‘rsatib, ularni kattaligini (o‘lchamini) nanometrga tushirish;
  
• 
  “Pastdan tepaga”, ya’ni yirikroq nanoobyektlarni “pastroq qatorda” turgan elementlardan (atomlar, molekulalar, biologik hujayralarni strukturali bo‘laklari va boshqalar) yig‘ish.
  

Nanostrukturalar (nanobo‘lakchalar) ishtirokida bajariladigan jarayonlar nanojarayonlar deb ataladi. Tirik organizmdagi eng asosiy nanojarayon – oqsil biosintezi.
Tirik tabiatda nanostrukturalar ishtirokida o‘tadigan hodisa (voqea) nanohodisalar deb yuritiladi. Ajoyib, ammo Sharqda tozalik belgisi deb yuritiladigan lotos (Nilufar gullar turkumiga kiradigan chiroyli suv o‘simligi) barglarini o‘z-o‘zidan tozalanishini ham nanohodisalarga kiritish mumkin. Lotos barglari balandligi 5-10 mkm ga teng bo‘lgan mikro bo‘rtmachalar bilan qoplangan bo‘lib, ulardan nanotukchalar o‘sib chiqadi. Mana shu nanotukchalar tufayli yomg‘ir tomchilari birdaniga oqib ketmasdan, barg sirtidan sirpanib o‘tadi va o‘zlari bilan birga barg sirtida to‘planadigan changlarni olib tushadi va bargni tozalab turadi. Bundan ancha qadimiy bo‘lgan nanohodisalarga DNK ni autoreplikatsiyasini (o‘zidan-o‘zi paydo bo‘lishi) keltirish mumkin. Bunday o‘ta murakkab hodisani bundan 3,5 mlrd yillar avval paydo bo‘lgan bakteriyalar namoyish qilib berishgan.
Nanotexnologiya deganda -nanostrukturalar (nanobo‘lakchalar)ni manipulyasiyasiga asoslangan fundamental texnologiyalar tushuniladi. Bu haqda keyingi boblarda batafsilroq to‘xtalib o‘tamiz.
Tirik sistemani molekulyar darajadagi tuzilishini belgilovchi strukturalarni eng asosiylari biomakromolekulalar yoki biopolimerlarni molekulalari hisoblanadi. Ular nuklein kislotalari, oqsil va polisaxaridlar molekulalaridan iborat (3,4-rasmlar). Bu molekulalar o‘lchami kattaroq bo‘lgan nadmolekulyar biologik strukturalar (nanokomplekslar) hosil qilish xususiyatiga ega.
Nadmolekulyar biologik strukturalar:

• 
  Oqsillar, nuklein kislotalar, karbonsuvlarni makromolekulalari va ularni kombinatsiyalari (murakkab oqsillar, nukleoproteidlar va boshqalar);
  
• 
  Regulyator molekulalar (gormonlar, fermentlar, mediatorlar, xilma-xil biologik faol moddalar);
  
• 
  Suv, yog‘ va boshqa moddalarni molekulalari;
  
• 
  Ionlar;
  
• 
  Mustahkam ionlar va suv molekulalaridan tashkil topgan atom-molekulyar komplekslar, hamda hujayralarni yuqorida keltirib o‘tilgan organik moddalarning molekulalari yordamida hosil bo‘ladi.
  

Atom-molekulyar komplekslar tarkibidagi molekula va ionlarni birgalikdagi xossalari juda ham o‘ziga xos, (spetsifik, ya’ni maxsus) ammo, hozircha yaxshi o‘rganilmagan. Mana shunga o‘xshagan nadmolekulyar nanobiokomplekslarni hosil bo‘lishi, faoliyat ko‘rsatishi va parchalanishi, balandroq – nadmolekulyar yoki subhujayra darajasida o‘tadi. Bunda biologik membranalar alohida o‘rin tutadi. Biologik membranalar barcha tirik organizmlar hujayrasida plazmalemmalar va ko‘plab boshqa organoidlar shakllanishida ishtirok etadilar.
Bu xususiyatlarni o‘rganish va nazorat qilish, bir qancha funksional molekulalar qurilmalar ochishga imkon beradi. Ular butun dunyoda jadallik bilan rivoj topayotgan nanobiotexnologiyani predmeti hisoblanadi.
Tabiiy sharoitda tirik organizmlar oddiy oqsillardan (proteinlardan) murakkab oqsillar (nukleoproteinlar, glikoproteinlar, lipoproteinlar va boshqalar), oqsillarni oligomer strukturalarini, nadmolekulyar oqsil agregatlarini, minglab xilma-xil nanostrukturalar va nanokomplekslarni hosil qilaoladi.
Hosil bo‘ladigan nanostrukturalar shakli (uchlamchi strukturasi) va kattaligi bilan juda ham xilma-xildir. Oqsilli nanostrukturalarni bunchalik xilma-xil bo‘lishiga sabab nima