Рабочая программа_ТАПБ_14x

УТВЕРЖДАЮ
Директор ИФВТ
___________Яковлев А.Н.
«___»_____________2014 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
НА 2014-2015 УЧЕБНЫЙ ГОД
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ
Направление (специальность) ООП 19.04.01 Биотехнология
Профиль(и) подготовки (специализация, программа) Биотехнология
Квалификация (степень) магистр
Базовый учебный план приема 2014 г.
Курс 1 семестр 1
Количество кредитов 3
Код дисциплины М1.БМ2.3
Виды учебной
деятельности
Лекции, ч
Практические занятия, ч
Лабораторные занятия, ч
Аудиторные занятия, ч
Самостоятельная работа, ч
ИТОГО, ч
Временной ресурс по очной форме обучения
8
40
48
60
108
Вид промежуточной аттестации зачет (1 семестр)
Обеспечивающее подразделение кафедра БИОХ
Заведующий кафедрой_________________
Краснокутская Е.А.
(ФИО)
Руководитель ООП
_________________
Филимонов В.Д.
Преподаватель
_________________
Чубик М.В.
2014 г.
(ФИО)
(ФИО)
1. Цели освоения дисциплины
Целями дисциплины в рамках подготовки магистров к активной
творческой инженерной работе по созданию перспективных процессов и
производств биотехнологического получения коммерческих препаратов
являются:
Цели освоения дисциплины:
Цели ООП
Ц1: Выпускник ОП на основе знаний,
умений, навыков приобретает
компетенции, необходимые для
самореализации в производственнотехнологической и проектной
деятельности в области планирования,
организации и обеспечения
высокотехнологичных
биотехнологических процессов
Цели дисциплины
Ц1: формирование знаний и умений в
области
описания
биохимических
процессов
и
способов
управления
современными
биотехнологическими
производствами
Ц2: Выпускник ОП на основе знаний,
умений, навыков приобретает
компетенции, необходимые для
самореализации в научноисследовательской и инновационной
деятельности, связанной с выбором
необходимых методов исследования,
модификации существующих и
разработки новых способов создания
инновационного биотехнологического
продукта
Ц2: формирование знаний, умений и
навыков
в
области
научноисследовательской, аналитической для
создания
инновационных
биотехнологических продуктов
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Теоретические аспекты прикладной биотехнологии»
относится к базовой части модуля общепрофессиональных дисциплин.
Улучшает понимание дисциплины «Теоретические аспекты
прикладной
биотехнологии»
освоение
следующих
дисциплин
(ПРЕРЕКВИЗИТЫ):
 Общая биология и микробиология
 Основы биотехнологии
 Основы биохимии и молекулярной биологии
Содержание разделов дисциплины «Теоретические аспекты
прикладной биотехнологии» согласовано с содержанием дисциплин,
изучаемых параллельно (КОРЕКВИЗИТЫ):
 Клеточная биотехнология.

Для успешного освоения дисциплины студенты должны знать:
основные биохимические процессы, протекающие в клетке;







особенности
физиологии
продуцентов,
использующихся
биотехнологии;
кинетику роста культуры продуцента;
кинетику образования основных продуктов метаболизма.
уметь:
работать с чистыми культурами микроорганизмов-продуцентов;
определять природу биологических макромолекул.
в
иметь навыки:
проведения работ в микробиологической лаборатории;
поиска, сбора и оценки информации, используя современные
электронные системы и базы данных.
3. Результаты освоения дисциплины
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины
направлено на формирование у магистров следующих компетенций
(результатов обучения), в т.ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении
данной дисциплины
Результаты
обучения
(компетенции из ФГОС)
Р1: Профессионально
эксплуатировать
современные
биотехнологические
производства, обеспечивая их
высокую эффективность и
безопасность (ОК 1: владеет
основами методологии
научного познания при
изучении различных
уровней организации живой и
неживой материи; способен
понимать и
глубоко осмысливать
философские концепции
естествознания, место
естественных наук в выработке
научного мировоззрения; ПК3: готов к использованию
методов математического
моделирования
материалов и технологических
процессов, к теоретическому
анализу и
экспериментальной проверке
теоретических гипотез; ПК-1:
способен к профессиональной
эксплуатации современного
биотехнологического
оборудования и научных
приборов в соответствии с
направлением подготовки; ПК19: владеет типовыми
методиками и способен
Составляющие результатов обучения
Код
З 1.3
З 1.7
Знания
Биохимия и физиология
микроорганизмов и
других биологических
объектов;
Закономерности
развития и
функционирования
популяций микробных,
животных и
растительных клеток;
Код
У
1.2
Умения
Код
Определять
кинетические и
термодинамические
закономерности
процессов роста
микробных, животных и
растительных клеток;
В 1.2
Владение
опытом
Приемами и
методами безопасной
работы с
органическими
соединениями,
обладающими
физиологической
активностью, и
культурами
биологических
агентов;
разрабатывать новые методы
инженерных расчетов
технологических параметров и
оборудования
биотехнологических
производств)
Р3: Проводить теоретические
и экспериментальные
исследования в различных
областях прикладной
биотехнологии (ОК-3:
способен к профессиональному
росту, к самостоятельному
обучению
новым методам исследования,
к изменению научного и
научнопроизводственного профиля
своей профессиональной
деятельности; ПК-2: способен
к самостоятельному обучению
новым методам исследования,
к
изменению научного и научнопроизводственного профиля
своей
профессиональной
деятельности; ПК-6: владеет
навыками планирования,
организации и проведения
научноисследовательских работ в
области биотехнологии; ПК24: владеет анализом
показателей технологического
процесса на соответствие
исходным научным
разработкам)
З.3.2
Методологические
теории и принципы
современной науки;
методологию научных
исследований;
У
3.3
У
3.2
Разрабатывать планы
проведения научных
исследований и
разработок;
Пользоваться научной,
справочной и
методической
литературой;
В 3.1
В.1.4
Практическими
навыками разработки
технологий
биологически
активных веществ;
Выступление с
докладами и
сообщениями
В результате освоения дисциплины «Теоретические аспекты
прикладной биотехнологии» студентом должны быть достигнуты
следующие результаты:
Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины
№ п/п
РД1
РД2
РД3
Результат
Способность выпускника осуществлять подбор продуцентов и
оптимальных условий их культивирования для максимального
выхода конечного продукта
Способность выпускника проводить расчеты стехиометрии и
энергетики метаболических превращений; кинетики процессов
утилизации субстрата, образования продуктов метаболизма и
биомассы в культурах клеток
Способность
выпускника
самостоятельно
планировать
исследовательскую
работу,
проводить
отдельные
эксперименты и анализировать их результаты
В результате освоения дисциплины студент будет:
знать
 основные биохимические процессы, протекающие в клетке;





материальный баланс по элементам и клеточный рост;
стехиометрию процессов образования продуктов метаболизма;
кинетические закономерности роста микробной культуры;
кинетику роста клеток при различных режимах культивирования;
кинетику образования основных продуктов метаболизма.
уметь
 применять
методологию технологического проектирования к
разработке курсового проекта;
 разработать
технологическую
и
аппаратурную
схемы
биотехнологического производства;
 использовать нормативную и производственную документацию.
владеть (методами, приёмами)
 описания биохимических процессов, происходящих в клетке;
 оценки количества выделяющейся теплоты и соответствующих
экономических коэффициентов для проведения определенного
биотехнологического процесса.
4. Структура и содержание дисциплины
Лекции (8 часов)
1. Основные пути катаболизма углерода. Дыхание. Цикл трикарбоновых
кислот. Дыхательная цепь. (2 час.)
2. Биосинтез низкомолекулярных соединений: биосинтез аминокислот,
жирных кислот, глюконеогенез. (2 час.)
3. Идеальные реакторы для изучения кинетики клеточного роста:
идеальный реактор периодического действия; идеальный проточный
реактор с полным перемешиванием. (2 час.)
4. Кинетика образования продуктов метаболизма. Неструктурированные и
структурированные модели. (2 час.)
Практические занятия (40 часов)
I. Введение.
Метаболизм. Основные пути метаболизма. Анаболизм и катаболизм.
Классификация микроорганизмов в зависимости от источника углерода и
энергии.
II. Стехиометрия и энергетика метаболических превращений.
Взаимосвязанность метаболических реакций. АТФ и другие
фосфаты. Окисление и восстановление; сочетание с превращением НАД.
Катаболизм углерода. Метаболический путь Эмбдена–Мейергофа–
Парнаса (ЭМП). Гликолиз. Пентозофосфатный путь. Катаболизм лактозы.
Катаболизм рибозы.
Дыхание. Цикл трикарбоновых кислот. Дыхательная цепь.
Фотосинтез. Световой и темновой процессы.
Биосинтез. Биосинтез низкомолекулярных соединений. Биосинтез
аминокислот. Биосинтез нуклеотидов. Биосинтез жирных кислот.
Биосинтез
глюкозы
и
родственных
соединений.
Синтез
макромолекулярных соединений.
Транспорт через клеточные мембраны. Мембраны, строение
мембран. Пассивная диффузия и сопряженный транспорт. Активный
транспорт.
Организация и регуляция метаболизма. Ключевые точки пересечения
и разветвления метаболических путей.
Конечные продукты
метаболизма.
Продукты
анаэробного
метаболизма (брожения). Частичное окисление и его конечные продукты.
Синтез вторичных метаболитов.
Стехиометрия клеточного роста и образования продуктов
метаболизма. Общая стехиометрия клеточного роста; состав среды и
коэффициенты выхода. Материальный баланс по элементам и клеточный
рост. Стехиометрия процессов образования продуктов метаболизма.
Стехиометрия энергетического обмена; оценка количества выделяющейся
теплоты и соответствующих экономических коэффициентов.
II. Кинетика процессов утилизации субстрата, образования
продуктов метаболизма и биомассы в культурах клеток.
Некоторые кинетические закономерности роста микробной
культуры. Основные закономерности роста микробной культуры.
Периодический
режим
культивирования.
Культивирование
микроорганизмов в непрерывном режиме. Культура полного вытеснения
(тубулярная культура). Хемостатное культивирование.
Идеальные реакторы для изучения кинетики клеточного роста.
Идеальный реактор периодического действия. Идеальный проточный
реактор с полным перемешиванием.
Кинетика сбалансированного роста. Уравнение Моно для кинетики
клеточного роста. Влияние эндогенного метаболизма и метаболизма
поддержания на кинетику клеточного роста. Влияние температуры и рН
среды на кинетику клеточного роста.
Кинетика клеточного роста в переходном состоянии. Основные фазы
роста клеток в реакторах периодического действия. Неструктурированные
модели клеточного роста в периодических процессах. Рост филаментозных
организмов.
Структурированные
модели
кинетики
клеточного
роста.
Компартментальные модели. Метаболические модели.
Кинетика
образования
продуктов
метаболизма.
Неструктурированные модели. Структурированные модели.
Кинетика тепловой гибели клеток и спор.
4.2 В таблице 1 приведена структура дисциплины по разделам и видам
учебной деятельности с указанием временного ресурса в часах.
Таблица 1
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы
1. Введение
2. Стехиометрия и энергетика
метаболических превращений
3. Кинетика процессов
утилизации субстрата,
образования продуктов
метаболизма и биомассы в
культурах клеток
Итого:
Аудиторная работа (час)
Лекции Практич.
ЛБ
занятия
2
4
20
-
СРС
(час)
Контр.
работы
Итого
30
2
2
26
4
14
-
30
2
8
36
-
60
4
108
5. Образовательные технологии
Лекции проводятся в интерактивной форме с применением
мультимедийных технологий, демонстрационных технологий (знакомство
с внутриклеточными метаболическими процессами с помощью обучающих
фильмов).
Содержательная часть лекционных и практических занятий
разработана с использованием традиционных методов обучения.
Специфика сочетания методов и форм организации обучения
отражается в матрице (таблица 2).
Таблица 2
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лекции
Методы
IT-методы
Работа в команде
Обучение
на основе опыта
Опережающая
самостоятельная работа
Поисковый метод
Исследовательский метод
+
Практ. занятия
+
+
СРС
+
+
+
+
+
+
+
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной
работы студентов (СРС)
6.1 Виды и формы самостоятельной работы
Самостоятельная
работа
студентов
самостоятельную работу.
Самостоятельная (внеаудиторная) работа
проработке лекционного материала, подготовке к
и рубежным контролям. Она составляет 60 часов
пункты:
1) подготовка к лекциям
2) подготовка к практическим занятиям
3) подготовка к рубежным контролям
4) подготовка к зачету
включает
текущую
студентов состоит в
практическим занятиям
и включает следующие
Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется
следующим образом:
● выполнение заданий текущего и промежуточного контроля;
● проверка конспектов по самостоятельному изучению разделов
дисциплины;
● взаимное оценивание выступлений и дискуссии на коллоквиуме.
6.2.
7. Средства текущей и промежуточной оценки качества освоения
дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам
следующих контролирующих мероприятий:
Контролирующие мероприятия
Контрольные работы
Зачет
Результаты
обучения по
дисциплине
РД1, РД2
РД1-3
Для оценки качества освоения дисциплины при проведении
контролирующих мероприятий предусмотрены следующие средства (фонд
оценочных средств):

входной тест;

вопросы контрольных работ;

вопросы для зачета.
В соответствии с рейтинговой системой при изучении курса
«Теоретические аспекты прикладной биотехнологии» проводятся 2
рубежные контрольные работы. Рубежные контроли проводятся в часы
практических занятий, в письменной форме и включают задания по
одному разделу.
В контрольную работу № 1 входят вопросы по разделу
«Стехиометрия и энергетика метаболических превращений.
В контрольную работу № 2 входят вопросы по разделу «Кинетика
процессов утилизации субстрата, образования продуктов метаболизма и
биомассы в культурах клеток».
По каждому рубежному контролю имеются 15 вариантов заданий,
так что каждый студент работает над своим вариантом, что исключает
списывание друг у друга. Вариант содержит теоретические вопросы,
охватывающие тему или блок тем, изученных на лекциях.
Итог изучения курса – зачет – проводится в конце семестра. Зачет
проводится в устной форме. Зачетные билеты включают теоретические
вопросы, охватывающие материал двух разделов.
Образцы контролирующих материалов
Входной контроль
Билет № 1
1. Типы микроорганизмов. Примеры.
2. Основные источники химических элементов
микроорганизмов.
3. Основные продукты клеточного метаболизма.
4. Принципы термодинамики.
для
роста
Контрольная работа № 1 «Стехиометрия и энергетика
метаболических превращений»
Билет №1
1. АТФ и НАД. Их роль в метаболических реакциях.
2. Дыхательная цепь.
3. Биосинтез пальмитиновой кислоты.
4. Спиртовое брожение.
Контрольная работа № 2 «Кинетика процессов утилизации
субстрата, образования продуктов метаболизма и биомассы в
культурах клеток»
Билет №1
1. Основные параметры, определяющих кинетику роста популяции
клеток.
2. Культура полного вытеснения (тубулярная культура).
3. Идеальный реактор периодического действия.
4. Кинетика тепловой гибели клеток и спор.
Зачет по дисциплине
«Теоретические аспекты прикладной биотехнологии»
Билет №1
1. Материальный баланс по элементам для роста клеток в аэробных условиях.
2. Уравнение Моно для кинетики клеточного роста.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и
промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии
с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости,
промежуточной
и
итоговой
аттестации
студентов
Томского
политехнического университета», утвержденными приказом ректора №
77/од от 29.11.2011 г.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
 текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического
материала (ответы на вопросы контрольный работ) и результаты
практической деятельности (решение задач) производится в течение
семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту
завершения семестра студент должен набрать не менее 33 баллов);
 промежуточная аттестация (экзамен) производится в конце семестра
(оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене (зачете)
студент должен набрать не менее 22 баллов).
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием
баллов, полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций.
Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература:
1. Комов, Вадим Петрович. Биохимия : учебник для академического
бакалавриата / В. П. Комов, В. Н. Шведова; Санкт-Петербургская
государственная химико-фармацевтическая академия (СПХФА) ; под
ред. В. П. Комова. — 4-е изд., испр. и доп. — Москва: Юрайт, 2014.
— 640 с.: ил. — Бакалавр. Академический курс. — Предметный
указатель: с. 620-630. — Библиография: с. 631. — ISBN 978-5-99163929-3.
2. Братусь, Александр Сергеевич. Динамические системы и модели
биологии / А. С. Братусь, А. С. Новожилов, А. П. Платонов. —
Москва: Физматлит, 2010. — 400 с.: ил. — Библиогр.: с. 390-400. —
ISBN 978-5-9221-1192-8.
3. Ленинджер, Альберт Г. Основы биохимии: пер. с англ.: в 3 томах /
А. Л. Ленинджер. — М.: Мир, 1985.
Дополнительная литература:
1. Бирюков, Валентин Васильевич. Основы промышленной
биотехнологии : учебное пособие / В. В. Бирюков. — Москва:
КолосС, 2004. — 295 с.: ил. — Для высшей школы. — Библиогр.:
с. 295. — ISBN 5-9532-0231-8.
Интернет-ресурсы:
http://e.lanbook.com/books/
https://tpu.bibliotech.ru/
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
№
п/п
Наименование (компьютерные классы, учебные
лаборатории, оборудование)
1
Компьютерный класс
2
Учебная (лекционная) аудитория
Корпус, ауд.,
количество
установок
2 корп., 310, 8
ПК
2 корп., 307а,
интерактивная
доска
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии
с требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки
«Биотехнология».
Программа одобрена на заседании кафедры биотехнологии и
органической химии
(протокол № 1 «29» августа 2014 г.)
Автор
_____________ к.м.н., доцент кафедры БИОХ Чубик М.В.
Рецензент ___________ к.х.н., доцент кафедры БИОХ
Тимощенко Л.В.