Загрузка...
Учебная работа. Битехнология
ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В.Г. БЕЛИНСКОГО
Принято на заседании Ученого совета естественно-географического факультета протокол № ___от «___» _________2006 г.
Декан факультета ________________
Л.В. Кривошеева
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
______________________________
М.А. Пятин
УЧЕБНАЯ РАБОЧАЯ программка
по дисциплине «Биотехнология»
для специальности
020208 (012300)- «Биохимия»
Факультет естественно-географический
Кафедра биохимии
Пенза, 2006 год
ТРЕБОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СТАНДАРТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Индекс
Наименование дисциплины и ее главные разделы
Всего часов
ДС.00
Особые дисциплины и дисциплины
специализации
ДС.Ф.00
Федеральный компонент
ДС.Ф.09
Биотехнология
задачки и способы биотехнологии; генетическая инже-нерия; иммобилизованные ферменты и их применение в биотехнологии.
50
КВАЛИФИКАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
Подготовка специалиста-биохимика проводится на био факультетах либо отделениях, на кафедрах биохимии. Реализация главный образовательной программки спеца биохимика обязана обеспечиваться педагогами, имеющими базисное образование и/либо опыт работы и публикации по профилю преподаваемых дисциплин, систематически ведущих научную и научно-методическую работу, подтвержденную публикациями. Толика педагогов с учеными степенями и званиями обязана быть не наименее 67%. Педагоги особых дисциплин, как правило, обязаны иметь ученую степень и опыт деятель в соответственной проф сфере.
ЦЕЛИ И задачи ДИСЦИПЛИНЫ
Курс “Биотехнология” призван ознакомить студентов с принципами внедрения био познаний в производстве фактически принципиальных товаров и приобрести понятие о современных технологических действиях, базирующихся на генетической и клеточной инженерии.
Целью исследования дисциплины является ознакомить студентов с принципами внедрения био познаний в производстве фактически ценных товаров и приобрести системные познания о современных технологических действиях, базирующихся на генетической и клеточной инженерии.
Биотехнология применяет способы, взятые из химии, биохимии, микробиологии, молекулярной биологии, хим технологии и компьютерной техники для сотворения высокорентабельных действий, производства на биологическом уровне активных веществ различного предназначения.
одна из основных обстоятельств фурроров в биотехнологии — прогресс молекулярной биологии, а именно в разработке технологии рекомбинатных ДНК . Эта разработка дозволяет манипулировать с наследным материалом клеточки, получая новейшие сочетания нужных признаков и возможностей.
В лекционном курсе «Биотехнология» рассматривается обилие мира микробов, их пространство в био эволюции, рост и развитие микробов, главные физиологические и биохимические характеристики, методы культивирования и способы генетической модификации.
Описываются главные методы генетической трансформации организмов — от простых прокариот до звериных и растений. Рассматриваются пути использования на генном уровне измененных организмов в биохимии, медицине, пищевой индустрии, энергетике и остальных направлениях деятель человека. Тщательно рассматриваются пути получения и использования иммобилизованных ферментов, уделяется внимание вопросцам современной иммунобиотехнологии; клеточной инженерии, гибридомной технологии получения моноклональных антител. Рассматриваются современные прививочные препараты; иммунобиологические препараты на базе {живых} культур микробов.
программка курса составлена в согласовании с Муниципальным образовательным эталоном Высшего проф образования для студентов, обучающихся по специальности020208 (012300) Биохимия.
По учебному плану данной для нас специальности на курс биотехнология отводится 48 часов, из их 24 часа на аудиторную и 24 часов на самостоятельную работу. Из 24 часов аудиторной работы — 24 часа — лекции. По курсу предусмотрен зачет.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УЧЕБНОГО времени ПО СЕМЕСТРАМ И ВИДАМ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ
N
семестра
Всего
ауд.
часов по
плану
Из их
Курсовые работы
Консультации
Зачет
Экзамен
Сам.
работа
лекции
Лаборатор-ные занятия
9
24
24
+
+
Итого:
24
24
+
+
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Предмет и задачки биотехнологии
Современное состояние и перспективы развития биотехнологии, объекты и способы биотехнологии. Связь биотехнологии с био, хим, техническими и иными науками. Практические задачки биотехнологии и важные исторические этапы её развития. Главные направления биотехнологии: пищевая, мед, сельскохозяйственная, промышленная и экологическая биотехнологии.
Главные объекты биотехнологии
Микробная, растительная и звериная клеточки. Строение и хим состав клеток. Главные биополимеры клеток: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды. Органеллы клеточки, их структура и функции.
Микробная биотехнология
Черта отдельных групп микробов. Водные растения, простые, грибы, бактерии, вирусы (морфология, размножение, питание, роль в природе, практическое
Достоинства микробов перед иными объектами в решении современных биотехнологических задач. Промышленные, модельные и базисные мельчайшие организмы. Требования к продуцентам, применяемым в биотехнологическом производстве.
способы улучшения продуцентов БАВ : мутация, селекция, Уровни регуляции клеточного метаболизма и пути действия на него. Физиологические и генетические методы регуляции метаболизма микроорганизмов-продуцентов. Роль наружных причин в регуляции метаболизма продуцентов.
Внедрение генетических способов в биотехнологии. Генетические методы улучшения продуцентов: организменный, клеточный и молекулярный уровни.
способы культивирования микробов.
Принципная технологическая схема биотехнологического производства. Аппаратурное оформление действий выкармливания микробов. Типы биореакторов. Виды и состав питательных сред для выкармливания микробов. системы перемешивания и аэрации. Системы термообмена, пеногашения и стерилизации биореакторов. Периодическое культивирование. Непрерывное культивирование. Поверхностное и глубинное культивирование. Асептика биотехнологических действий.
Принципы масштабирования технологических действий: лабораторные, пилотные и промышленные ферментеры и решаемые с их внедрением задачки. Зависимость конструктивных особенностей биореакторов от параметров используемого субстрата. Спец ферментационные технологии: аэробные, твердофазные и газофазные процессы.
Продукты первой и 2-ой стадии ферментации. Связь трофо- и идиофазы при получении первичных и вторичных метаболитов.
Конечные стадии получения товаров биотехнологических действий
Отделение биомассы: флотация, фильтрование и центрифугирование. Получение внутриклеточных и внеклеточных товаров биосинтеза. способы дезинтеграции клеток: физические, хим, “био”. Выделение мотивированного продукта: осаждение, экстракция, адсорбция. Химические способы, хроматография, иммуноэлекторофорез, концентрирование, обезвоживание (сушка), модификация и стабилизация мотивированных товаров биотехнологических действий.
Сырьевая база биотехнологии
Аспекты, определяющие выбор сырья для биотехнологических действий. Природные сырьевые материалы растительного происхождения. Отходы разных производств как сырье для биотехнологических действий. Хим и нефтехимические субстраты. Перспективы использования в качестве источников углерода жестких и водянистых углеводородов и метана. методы переработки сырья.
Создание микробного белка
Неувязка равновесных кормов и питания. Продуценты белка. Требования, предъявляемые к микробному белку и способности его использования. Сырьевая база производства белка одноклеточных организмов: высокоэнергетические субстраты, отходы сельского хозяйства и остальных производств. Принципная схема производства белка одноклеточных организмов.
Биотехнология получения первичных и вторичных метаболитов
Биотехнология получения неподменных аминокислот. Применение неподменных аминокислот в медицине и животноводстве. Объемы производства и перспективы. Методы промышленного получения аминокислот. Микробиологический синтез аминокислот. Технологические схемы. Одно- и двухступенчатый методы биосинтеза аминокислот.
Биотехнология получения витаминов. (витамины — сборная по химической природе группа органических веществ, объединённая по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи) D, рибофлавина. Создание аскорбиновой кислоты как пример химико-ферментативного процесса.
Создание органических кислот. Применение органических кислот. Создание молочной и уксусной кислот. Создание лимоновой кислоты: продуценты, субстраты, поверхностный и глубинный методы ферментации, технологические схемы производства.
Создание лекарств. Лекарства, их систематизация, главные группы лекарств. Применение лекарств в медицине, сельском хозяйстве, пищевой и консервной индустрии. Продуценты лекарств. Общая технологическая схема производства лекарств. Промышленная схема производства пенициллина.
Научные принципы обеспечения сверхпродукции. Получение ауксотрофных и регуляторных мутантов. Амплификация генов ферментов, отвечающих за синтез мотивированного продукта. Применение генной инженерии для получения сверхпродуцентов.
Ферментная разработка
Продуценты ферментов, индивидуальности их отбора и культивирование. Выделение и чистка ферментов. Применение ферментных препаратов в индустрии, медицине и быту.
Иммобилизованные системы в биотехнологии
Инженерная энзимология и увеличение эффективности биообъектов (личных ферментов, ферментных комплексов и клеток продуцентов) в критериях производства. Иммобилизованные (на нерастворимых носителях) биообъекты и их неоднократное внедрение. Ресурсосбережение.
Экологические достоинства. Финансовая необходимость. Увеличение свойства препаратов фармацевтических веществ (гарантия высочайшей степени чистки, отсутствия пирогенных, аллергенных примесей).
Нерастворимые носители органической и неорганической природы. Микроструктура носителей.
Иммобилизация за счет образования ковалентных связей меж ферментом и носителем. Подготовительная активация носителя бромистым цианом. Механизм активации. Ковалентные связи при помощи бифункциональных реагентов меж молекулами фермента, связанного с носителем. Воздействие иммобилизации ферментов на их субстратный диапазон и кинетические свойства. Увеличение стабильности. расширение зоны хорошей температуры. Предпосылки обозначенных явлений.
Адсорбция ферментов на инертных носителях и ионообменниках. Предпосылки частичных ограничений использования этого способа иммобилизации.
Иммобилизация ферментов методом включения в структуру геля. Органические и неорганические гели. способы включения в альгинатный и полиакриламидный гель. Предпосылки частичных ограничений использования способа при высокомолекулярных субстратах.
Микрокапсулирование ферментов как один из методов их иммобилизации. Размеры и состав оболочки микрокапсул.
Биокатализ в узком органическом синтезе. Внедрение иммобилизованных ферментов при производстве полусинтетических бета-лактамных лекарств, трансформации стероидов, биокаталитическом получении простаноидов, разделении рацематов аминокислот.
Иммобилизованные ферменты и целебное питание. Удаление лактозы из молока при помощи иммобилизованной бета-галактозидазы. Перевоплощение глюкозы во фруктозу при помощи иммобилизованной глюкоизомеразы.
Ферментные электроды на базе иммобилизованных ферментов: глюкозооксидазы, лактатдегидрогеназы уреазы, пенициллиназы.
Иммобилизация целых клеток микробов и растений. Моноферментные биокатализаторы на базе целых клеток. Внутриклеточная регенерация коферментов. задачи диффузии субстрата в клеточку и выхода продукта реакции. Увеличение проницаемости оболочки у иммобилизуемых клеток.
Полный синтез мотивированного продукта иммобилизованными клеточками продуцентов. Внедрение для иммобилизации клеток в более продуктивной фазе ростового цикла. Индивидуальности физиологии клеток, находящихся в ячейках геля. Перспективы использования «плюс» вариантов продуцентов опосля протопластирования и регенерации мицелия.
Создание биокатализаторов второго поколения на базе одновременной иммобилизации продуцентов и ферментов трансформации продукта биосинтеза. Объединение в одном реакторе процесса биосинтеза и реакции трансформации. «Открытые системы для усложнения». Биореакторы разных типов.
Генетическая инженерия в биотехнологии
Генетическая инженерия и разработка рекомбинантных молекул. Главные открытия, на теоретическом уровне обосновавшие технологический подход к наследной инфы. Общие понятия о матричных действиях: репликация, транскрипция, трансляция.
Инструменты генетической инженерии. Рестрицирующие эндонуклеазы, их главные свойства и область внедрения. методы “нарезания” и идентификации фрагментов ДНК . Гибридизационные зонды. соединение фрагментов ДНК . Оборотная транскриптаза и ее внедрение в генной инженерии. ДНК полимераза и ДНК лигаза. способ сотворения гомополимерных окончаний при получении рекомбинантных молекул ДНК . Внедрение линкерных полинуклеотидов в технологии клонирования ДНК .
Понятие вектора. Общие характеристики векторов. Спец векторные системы. Векторные системы, используемые при молекулярном клонировании в клеточках прокариотических организмов. Типы векторов: плазмидные и фаговые векторы природного и искусственного происхождения. Принципы конструирования векторов. Фаг лямбда и векторы, сконструированные на базе его генома. Фазмиды, космиды и их применение. Упаковочная система фага лямбда. Банки генов и клонотеки. Векторы на базе генома нитевидных фагов. Индивидуальности трансформации грамотрицательных и грамположительных микробов. Векторы для клонирования в грамположительных микробах. Челночные векторы.
Векторные системы для клонирования в клеточках дрожжей. Внедрение вирусных геномов в качестве векторов для введения генетической инфы в клеточки звериных. Природные векторы для растений. Организация и “поведение” Ti-плазмиды.
Экспрессия чужеродной генетической инфы в клеточках микробов, дрожжей, растений и звериных. Индивидуальности организации векторных систем для экспрессии генов. Непростая структура организации эукариотических генов и их экспрессия в прокариотических клеточках. Получение продуцента людского гормона роста.
Стратегия клонирования на примере введения чужеродной ДНК в E.сoli с внедрением pBR 322. способы отбора клеток, наследующих рекомбинантные молекулы с нужным геном.
Получение вакцин и иммунобиологических препаратов.
Базы иммунологии. Общие сведения о иммунитете. Формы иммунитета. Понятия о антигенах и антителах. систематизация технологии получения вакцин на базе {живых} и мертвых клеток микробов. Вирусные вакцины. Анатоксины. разработка получения анатоксинов. Сывороточные препараты. Препараты на базе {живых} культур микробов. Требования к штаммам, применяемым дл изготовления препаратов на базе {живых} культур микробов. Генно-инженерные вакцины.
Клеточная инженерия
способы культивирования клеток высших растений. Тотипотентность растительных клеток. Каллусные и суспензионные культуры; способы получения и область использования. Протопласты растительных клеток; методы получения, способы культивирования и регенерации. Слияние протопластов растительных клеток и способы реверсии. Гибридизация соматических клеток растений.
Культивирование клеток и тканей звериных. Приемы культивирования в суспензионной культуре и на плотных средах. Нужные условия для культивирования клеток звериных. Конструктивные индивидуальности биореакторов.
Внедрение биотехнологии для решения экологических заморочек
Индивидуальности роста и культивирования микробов в очистных сооружениях. Чистка сточных вод и отходящих газов. Переработка жестких отходов с образованием биогаза. Чистка природных сред от техногенных загрязнений.
Примерное распределение часов по темам
N
п/п
Наименование темы
Кол-во
часов
В том числе
Лекций
Практи-
ческие
Самост.
1
Предмет и задачки биотехнологии
2
1
1
2
Экологическая биотехнология. Био источники энергии
2
1
1
3
способы культивирования микробов
2
1
1
4
Продуценты ферментов, индивидуальности их отбора и культивирования. Выделение и чистка ферментов. Применение микробных ферментов в пищевой индустрии и медицине
2
2
5
Микробиологический синтез органических кислот и аминокислот
2
1
1
6
Биотехнология получения витаминов. Получение рибофлавина и витамина В 12
2
1
1
7
Лекарства, систематизация и главные стадии производства
2
2
8
Иммобилизованные ферменты. способы получения и главные свойства
4
2
2
9
Применение иммобилизованных ферментов в биотехнологии
4
2
2
10
Иммобилизация целых клеток и пути их использования. Биореакторы
4
2
2
11
Генетические базы совершенствования биообъектов
4
2
2
12
технологии клонирования
2
2
13
Главные стадии способа ПЦР и веб-сайт-специфического мутагенеза
2
1
1
14
Моноклональные антитела. Гибридомная разработка их получения
2
1
1
15
Базы иммунологии. Создание вакцин
2
2
16
Агробиотехнология. способы получения и пути использования генно-модифицированных растений
2
1
1
17
Новейшие способы молекулярной диагностики в медицине
4
2
2
18
Стволовые клеточки и тканевый инженеринг
4
2
2
Итого:
48
24
24
ФОРМА ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ — ЗАЧЕТ
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЗАЧЕТУ
1) Предмет и задачки современной био технологии. Объекты и способы биотехнологии
2) Главные индивидуальности культивирования биообъектов. Питательные схемы и стадии биотехнологических действий
3) Аппаратурное оформление действий выкармливания микробов. Типы биореакторов. Виды и состав питательных сред для выкармливания микробов. системы перемешивания и аэрации. Системы термообмена, пеногашения и стерилизации биореакторов. Периодическое и непрерывное культивирование.
4) Выбор, селекция и хранение микробов — продуцентов ферментов. Продукты первой и 2-ой стадии ферментации. Связь трофо- и идиофазы при получении первичных и вторичных метаболитов
5) Поверхностный метод выкармливания микробов. Питательные среды, продуценты и главные стадии процесса
6) Глубинный способ выкармливания микробов. Питательные среды, продуценты и главные стадии процесса
7) Сравнительная черта поверхностного и глубинного методов выкармливания микробов.
8) способы выделения и чистки в биотехнологии. Получение внутриклеточных и внеклеточных товаров биосинтеза. Дезинтеграция клеток, осаждение, экстракция, адсорбция, химические способы, хроматография, иммуноэлекторофорез, концентрирование, обезвоживание (сушка), модификация и стабилизация мотивированных товаров биотехнологических действий.
9) Применение амилолитических и протеолитических ферментов в пищевой индустрии и в медицине
10) Создание микробного белка. Продуценты белка. Требования, предъявляемые к микробному белку и способности его использования. Принципная схема производства белка одноклеточных организмов.
11) методы промышленного получения аминокислот. Микробиологический синтез аминокислот — получение лизина и триптофана. Применение неподменных аминокислот в медицине и животноводстве.
12) Лекарства, их систематизация, главные группы лекарств. Применение лекарств в медицине, сельском хозяйстве, пищевой и консервной индустрии. Продуценты лекарств. Общая технологическая схема производства лекарств. Промышленная схема производства пенициллина.
13) Продуценты ферментов, индивидуальности их отбора и культивирование. Выделение и чистка ферментов. Применение ферментных препаратов в индустрии, медицине и быту.
14) Иммобилизованные ферменты и достоинства их внедрения в биотехнологии. Носители, применяемые для иммобилизации ферментов, хим и физические способы иммобилизации ферментов.
15) Сравнительная черта вольных и иммобилизованных ферментов. Применение иммобилизованных ферментов в узком органическом синтезе. Внедрение иммобилизованных ферментов при производстве полусинтетических бета-лактамных лекарств, трансформации стероидов, биокаталитическом получении простаноидов, разделении рацематов аминокислот.
16) Иммобилизованные ферменты и целебное питание. Удаление лактозы из молока при помощи иммобилизованной бета-галактозидазы. Перевоплощение глюкозы во фруктозу при помощи иммобилизованной глюкоизомеразы.
17) Иммобилизация целых клеток микробов и растений. Моноферментные биокатализаторы на базе целых клеток. Внутриклеточная регенерация коферментов. задачи диффузии субстрата в клеточку и выхода продукта реакции. Увеличение проницаемости оболочки у иммобилизуемых клеток. Биокатализаторы второго поколения.
18) Биотехнология получения витаминов. Создание витамина В 12 как пример безотходной и экологически незапятанной технологии.
19) Получение органических кислот микробиологическими способами. Создание лимоновой кислоты
20) Получение органических кислот микробиологическими способами. Создание молочной кислоты
21) Получение органических кислот микробиологическими способами. Создание уксусной кислоты
22) Генетическая инженерия в биотехнологии. Общие понятия о матричных действиях: репликация, транскрипция, трансляция. Рестрицирующие эндонуклеазы, векторы и клетки-хозяева как инструменты генетической инженерии.
23) Стратегия клонирования на примере введения чужеродной ДНК в E.сoli с внедрением pBR 322. способы отбора клеток, наследующих рекомбинантные молекулы с нужным геном.
24) Полимеразная цепная реакция (ПЦР) как способ амплификации ДНК . Реагенты и главные стадии процесса. способности использования ПЦР в медицине и научных исследовательских работах.
25) веб-сайт-специфический мутагенез как способ направленной модификации белка. Главные стадии процесса.
26) Базы иммунологии. Общие сведения о иммунитете. Формы иммунитета. Понятия о антигенах и антителах. систематизация разработка получения моноклональных способы получения и область использования. Фитобиотехнология.
29) Культивирование клеток и тканей звериных. Зообиотехнология. Приемы культивирования в суспензионной культуре и на плотных средах. Нужные условия для культивирования клеток звериных. Конструктивные индивидуальности биореакторов.
30) Биология эмбриональных и взрослых стволовых клеток. Получение иммуносовместимых тканей способом переноса ядра из соматических клеток.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Беккер М.Е., Лиепиньш Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. — М.: Агропромиздат, 1990.
2. Елинов Н.П. Базы биотехнологии. — СПБ: Наука, 1995.
3. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. — М: мир. 1987.
4. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. — М.: мир, 2002.
5. Промышленная микробиология./ Под ред. Егорова Н.С. — М.: «Высшая школа», 1989. 6. Биотехнология в 8-ми томах. Под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова. — М.: Высшая школа, 1987-1988.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Шлегель Г. Общая микробиология. — М.: мир, 1987.
2. Албертс Б., Обривай Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клеточки (в 3 т.). — М. мир, 1994
3. Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. — М.: Изд-во МГУ , 1985.
4. Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology // Ed. In chief A.L. Demain, J.E. Davies . — ASM. Washington, DC, 1999.
5. Красноштанова А.А., Крылов И.А., Бабусенко Е.С. — Базы биотехнологии. — М., РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2000.
Учебная рабочая программка по дисциплине «Биотехнология» для специальности 020208 (012300) — «Биохимия» оговорена и одобрена на заседании кафедры биохимии
протокол №______ от «_____»___________ 2006 года
Зав. кафедрой биохимии
д.б.н., доктор _________________________________ М.Т. Генгин
(подпись)
Одобрено методическим советом естественно-географического факультета
Протокол №______ от «_____»___________ 2006 года
Председатель Методического совета
Естественно-географического факультета,
к.т.н., доцент ___________________________ О.В. Зорькина
(подпись)
Составитель:
Канд. хим. наук, доцент Кузнецова А. В. _________________________
(подпись)
]]>