М1.В.ДВ.2. Биотехнология (новое окно)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ШКОЛА ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Биотехнология
Направление - 020100.68 - Химия
Магистерская программа «Химия элементоорганических соединений»
Форма подготовки - очная
Школа естественных наук ДВФУ
Кафедра общей , неорганической и
элементоорганической химии
курс 1 семестр 2
лекции _48__ (час.)
практические занятия_______час.
семинарские занятия________час.
лабораторные работы_______час.
консультации
всего часов аудиторной нагрузки___48_____ (час.)
самостоятельная работа __96______ (час.)
реферативные работы (количество)
контрольные работы (количество)
зачет _________ семестр
экзамен____2______семестр
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования (Приказ министерства образования и
науки РФ №547 от 20.05.2010 ).
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры химических и ресурсосберегающих технологий
протокол №1 от 24 сентября 2012 г.
Заведующий кафедрой: Реутов В.А.
Составители: Рыбин В.Г., Михайлов В.В.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологии»
Разработал: Рыбин В.Г., Идентификационный номер: УМКД
Контрольный экземпляр находится на
Михайлов В.В.
19(108)-020100.68-М1.В.ДВ.2-2012
кафедре химических и
ресурсосберегающих технологий
Оборотная сторона титульного листа РПУД
I. Рабочая учебная программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ В.А. Реутов
(подпись)
II. Рабочая учебная программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ В.А. Реутов
(подпись)
Лист
2 из 12
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологии»
Разработал: Рыбин В.Г., Идентификационный номер: УМКД
Контрольный экземпляр находится на
Михайлов В.В.
19(108)-020100.68-М1.В.ДВ.2-2012
кафедре химических и
ресурсосберегающих технологий
Лист
3 из 12
АННОТАЦИЯ
Рабочая программа дисциплины «Биотехнология» разработана для
магистрантов 1 курса по направлению 020100.68 «Химия» в соответствии с
требованиями ФГОС ВПО по данному направлению и положению об учебнометодических комплексах дисциплин образовательных программ высшего
профессионального образования (утверждено приказом ректора от 17.04.2012
№12-13-87).
Курс «Биотехнологии» является дисциплиной раздела М1.В.ДВ.3
вариативной части общенаучного цикла.
Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 4 зачетные
единицы. Учебным планом предусмотрены лекционные (48 ч., из них- 32часа
с использованием активных методов обучения) занятия, самостоятельная
работа (96 ч., из них 18 часов- на экзамен). Дисциплина реализуется во 2
семестре 1 курса.
Совокупность
промышленных
методов,
использующих
живые
организмы для производства ценных для народного хозяйства продуктов белков, аминокислот, ферментов, лекарственных препаратов и т.п. - есть
классическая биотехнология. Высокая селективность процессов, низкая
себестоимость
продуктов
биотехнологических
Универсальность
предопределяют
методов
в
микроорганизмов
широкое
современной
по
отношению
использование
промышленности.
к
потребляемым
субстратам явилась предпосылкой для биотехнологической утилизации
широкого спектра органических отходов, неизбежно образующихся как
следствие хозяйственной деятельности человека. В основе биотехнологии
лежит комплексное использование четырех научных дисциплин: биохимии,
молекулярной биологии, микробиологии и химической технологии. Поэтому
глубокая фундаментальная подготовка во всех указанных областях позволит
специалисту активно участвовать в проектировании и создании новых
производств,
использующих
принципы
биотехнологии.
Специалисту-
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологии»
Разработал: Рыбин В.Г., Идентификационный номер: УМКД
Контрольный экземпляр находится на
Михайлов В.В.
19(108)-020100.68-М1.В.ДВ.2-2012
кафедре химических и
ресурсосберегающих технологий
Лист
4 из 12
экологу, использующему биотехнологические методы для борьбы с
загрязнениями окружающей среды, важно знать и понимать сущность
процессов,
возникающих
при
воздействии
микроорганизмов
на
потребляемые ими субстраты, чтобы правильно организовать процессы
утилизации отходов жизнедеятельности человека.
Курс «Биотехнологии» рассчитан на магистрантов второго года
обучения. Он состоит из девяти модулей.
Цель курса:
♦ Формирование способности понимать вопросы устойчивого развития
современной цивилизации, безопасности и защиты окружающей среды.
♦ Формирование творческого мышления, объединение теоретических
знаний по основам микробиологии и биотехнологии с последующей
обработкой и анализом результатов исследований
♦ Формирование интегративного мировоззрения на создание научнотехнических предпосылок современной биотехнологии, а также освоение
технологических принципов и аппаратурного оформления промышленных
процессов получения целевых продуктов.
Основными задачами данного курса являются:
♦ Формирование понимания связи всех разделов биотехнологии;
♦ Изучение механизмов микробиологической утилизации отходов;
♦ Рассмотрение
применимости
биотехнологических
методов
в
различных отраслях промышленности, а также в промышленной экологии с
целью
правильной
организации
микробиологических
производств
и
оптимального проектирования установок по переработке отходов.
Предлагаемая
дисциплина
тесно
взаимосвязана
с
некоторыми
разделами микробиологии, биохимии, промышленной экологии и технологии
очистных процессов.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологии»
Разработал: Рыбин В.Г., Идентификационный номер: УМКД
Контрольный экземпляр находится на
Михайлов В.В.
19(108)-020100.68-М1.В.ДВ.2-2012
кафедре химических и
ресурсосберегающих технологий
Лист
5 из 12
В результате освоения дисциплины магистранты должны знать систематику
микроорганизмов, основные методы биологической очистки сточных вод,
генетику микроорганизмов, основы биотехнологии, обладать следующими
компетенциями:
пониманием принципов работы и умением работать на современной научной
аппаратуре при проведении научных исследований (ОК-6).
наличием представления о наиболее актуальных направлениях исследований
в современной теоретической и экспериментальной химии (синтез и
применение веществ в наноструктурных технологиях, исследования в
экстремальных условиях, химия жизненных процессов, химия и экология и
другие) (ПК-1);
I. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА
Раздел 1. Введение-4час.
Тема 1. Предмет и задачи биотехнологии.-2 час.
Общие
понятия.
микроорганизмов
в
Уровни
природе.
организации
Классификация
жизни.
Положение
микроорганизмов.
Биотехнология как совокупность наук. Определение жизни. Уровни
организации живой материи. Положение микроорганизмов в природе.
Тема 2. Возникновение и развитие биотехнологии (2 час.)
Современное понятие о биотехнологии. Стихийный и научный этапы
развития биотехнологии. “Промышленная микробиология,” “техническая
биохимия,” “биотехнологии.” Содержание термина “биотехнология.” Первое
сознательное применение микроорганизмов с биотехнологическими целями.
Раздел 2. Микроорганизмы и области их применения- 14часов.
Тема 1. Культивирование, рост и развитие микроорганизмов.
Метаболизм (4час.)
Выделение. Накопительные культуры и принцип элективности.
Аксенические
культуры.
Основные
типы
питательных
сред.
Культивирование, действие химических, физических и биологических
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологии»
Разработал: Рыбин В.Г., Идентификационный номер: УМКД
Контрольный экземпляр находится на
Михайлов В.В.
19(108)-020100.68-М1.В.ДВ.2-2012
кафедре химических и
ресурсосберегающих технологий
Лист
6 из 12
факторов. Химичесий состав бактериальной клетки. Понятие о метаболизме
и его регуляции. Поступление веществ в клетку, питание. Параметры кривой
роста. Грибы. Стерилизация. Катаболизм. Ферменты. Пути катаболизма
гексоз. Фруктозо-1,6- бисфосфатный путь (Эмдена-Мейергофа-Парнаса).
Пентозофосфатный путь. Путь Энтнера-Дудорофа. Цикл трикарбоновых
кислот. ЦИК, типы брожения. Дыхание. Кометаболизм. Анаболизм.
Регуляция метаболизма.
Тема
Промышленная
2.
микробиология
и
другие
области
применения микроорганизмов (4 час.)
Промышленная
микробиология.
Аппаратное
обеспечение
и
производство антибиотиков, алкалоидов, аминокислот, антиметаболитов,
антиоксидантов, белков, вакцин, витаминов, гербицидов, ингибиторов
ферментов, инсектицидов, ионофоров, коферментов, липидов, нуклеиновых
кислот, нуклеозидов и нуклеотидов, окислителей, органических кислот,
пигментов,
поверхностно-активных
веществ,
полисахаридов,
противоглистных агентов, противоопухолевых веществ, растворителей,
ростовых
гормонов
растений,
сахаров,
сидерофоров,
стеринов
и
превращенных стероидов, фармакологических веществ, эмульгаторов и
некоторых других веществ. Пищевые добавки, молочные продукты,
хлебопечение,
алкогольные
напитки,
продукты
гидролиза
крахмала,
микробные удобрения. Микроорганизмы и загрязнение окружающей среды.
Биометаллургия.
Тема 3. Технология микробных ферментов (4 час.)
Метаболическая регуляция. Регуляция образования энзимов. Факторы,
важные
для
Выделение
продуцирования
ферментов.
ферментов.
Отделочные
Ферментативная
операции.
кинетика.
Иммобилизованные
ферменты. Применение ферментов в промышленности. Биологическая
безопасность при производстве ферментов и других веществ.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологии»
Разработал: Рыбин В.Г., Идентификационный номер: УМКД
Контрольный экземпляр находится на
Михайлов В.В.
19(108)-020100.68-М1.В.ДВ.2-2012
кафедре химических и
ресурсосберегающих технологий
Лист
7 из 12
Тема 4. Способы культивирования микроорганизмов. (2 часа).
Биотехнологические реакторы и аппараты. Основные режимы эксплуатации
Раздел 3. Химическая организация и биохимия клетки. (8 часа).
Тема 1. Химическая организация клетки – 4 час.
Строение
биомолекул.
Белки.
Липиды.
Углеводы.
Строение клетки
прокариот.
Тема 2. Биохимия клетки. (4 часа).
Понятия метаболизм и катаболизм. Ферментативные и неферментативные
процессы. Ферменты. Кинетика ферментативных реакций. Биоэнергетика,
транспорт. Типы брожения. Типы питания микроорганизмов.
Раздел 4 . Биосинтез и клеточное культивирование (6 час.)
Тема 1. Методы клеточного культивирования (2 часа).
Общая технология культивирования клеток. Ведение клеток в культуре.
Дифференцировка и пролиферация клеток in vitro. Заместительная клеточная
терапия. Области клинического применения заместительной терапии.
Клонирование.
Клеточное
культивирование
в
косметологии.
Биомедицинские технологии с использованием стволовых клеток. Культура
клеток, как тест-система для разработки косметических композиций.
Тема 2. Систематический обзор прокариот. (2 час).
Основы
и принципы. Природа генетического
материала прокариот.
Структура нуклеиновых кислот. Особенности строения генетического
материала прокариот. Внехромосомные генетические элементы. Выделение и
клонирование генов. Векторы для молекулярного клонирования. Прикладные
аспекты генной инженерии.
Тема 3. Методы контроля в промышленном биосинтезе. (2 часа).
Анализ
субстратов.
Анализ
продуктов.
Факторы,
влияющие
на
интенсивность биотехнологического процесса.
Раздел 5. Основные пути переработки отходов и ликвидация
загрязнений биотехнологическими методами. (4 часа).
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологии»
Разработал: Рыбин В.Г., Идентификационный номер: УМКД
Контрольный экземпляр находится на
Михайлов В.В.
19(108)-020100.68-М1.В.ДВ.2-2012
кафедре химических и
ресурсосберегающих технологий
Лист
8 из 12
Тема 1.Организация очистных сооружений в промышленных
районах. - 2 час
Схема очистных сооружений. Методы биологической очистки сточных
вод. Принципы выбора метода.
Тема 2. Биотехнологии для охраны природы (2 час)
Раздел 6. Современная биотехнология. Значение биотехнологии
для различных областей человеческой деятельности. Генная инженерия12 час.
Тема 1. Современная биотехнология. Генная инженерия и области
её применения (8 час.)
Генетическая рекомбинация in vitro и области ее применения. Синтез
белка
и
генетический
генетический
код,
код:
синтез
репликация
белка.
ДНК,
Мутации.
транскрипция
Передача
ДНК,
признаков
и
генетическая рекомбинация: трансформация, конъюгация и плазмиды,
трансдукция Рестрикция и модификация. Молекулярное клонирование.
Слияние протопластов. ПЦР. Генетическая рекомбинация in vitro и области
ее применения. Структура, организация и функционирование генома.
Вирусы.
Возможности
генной
инженерии
микроорганизмов,
генная
инженерия в клетках животных и растений. Вакцины. Новые стратегии
поиска биоактивных метаболитов. Геномика. Опыты Ф. Гриффита по
трансформации бактерий (1928 г.) и их объяснение (О. Эйвери, Ф. Мак Леод
и Р. Мак Карти, 1944 г.) – открытие того, что ДНК является веществом
наследственности. Модель ДНК Уотсона-Крика.
Тема 2. Развитие генной инженерии растений (2 час.)
Создание трансгенных культур. Прямой перенос генов в ДНК
растений. Трансформация растительных клеток изолированной векторной
ДНК.
Трансфекция
протопластов
с
помощью
полиэтиленгликоля.
Электропорация, оптимизация переноса с помощью временной экспрессии.
Трансформация растительных клеток путем микроинъекций. Бомбардировка
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологии»
Разработал: Рыбин В.Г., Идентификационный номер: УМКД
Контрольный экземпляр находится на
Михайлов В.В.
19(108)-020100.68-М1.В.ДВ.2-2012
кафедре химических и
ресурсосберегающих технологий
Лист
9 из 12
частицами золота и платины. Бинарные и коинтегративные векторные
системы. Ti-плазмиды агробактерий. Vir-гены и механизм переноса Т-ДНК.
Плазмиды агробактерий как векторы для трансформации. Основные
компоненты
неонкогенных
Ti-плазмидных
векторов.
Бинарные
и
коинтегративные векторы.
Тема 3. Проблемы и перспективы биотехнологии (2час.)
Биополитика. Профессиональные проблемы. Предотвращение риска.
Биоцентризм,
проблемы
образования.
Микроорганизмы
и
биосфера.
Международное сотрудничество. Биоэтика.
II.
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
КУРСА
Не предусмотрены учебным планом.
III. КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА
Вопросы к экзамену
1. Предмет и задачи микробиологии. Биотехнология как совокупность
наук.
2. Определение
жизни.
Уровни
организации
живой
материи.
Положение микроорганизмов в природе.
3. Классификация микроорганизмов. Эукариоты и прокариоты.
Вирусы.
4. Участие микроорганизмов в круговороте веществ в природе.
5. Формы взаимоотношений микроорганизмов.
6. Химическая организация клетки. Строение клетки прокариот.
7. Строение клеточных оболочек.
8. Механизмы поступления в клетку экзогенных веществ.
9. Пути и механизмы преобразования энергии в живых системах.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологии»
Разработал: Рыбин В.Г., Идентификационный номер: УМКД
Контрольный экземпляр находится на
Михайлов В.В.
19(108)-020100.68-М1.В.ДВ.2-2012
кафедре химических и
ресурсосберегающих технологий
Лист
10 из 12
10. Дыхание и его типы.
11. Брожение и его типы.
12. Метаболизм и биосинтетические процессы в клетке. Первичные и
вторичные метаболиты.
13. Ферменты. Активность ферментов.
14. Кинетика ферментативных реакций.
15. Типы питания микроорганизмов.
16. Способы культивирования микроорганизмов. Иммобилизация.
17. Методы контроля в промышленном биосинтезе. Хроматография и
ее применение в биотехнологии.
18. Основные пути переработки отходов и ликвидация загрязнений
биотехнологическими методами.
19. Организация очистных сооружений в промышленных районах.
Основные этапы обработки производственных сточных вод.
20. Методы биологической очистки сточных вод.
22. Понятие о генной инженерии. Природа генетического материала.
23. Структура нуклеиновых кислот.
24. Особенности
строения
генетического
материала
прокариот.
Внехромосомные генетические элементы.
25. Противомикробные агенты. Антибиотики и антисептики. Основные
способы и режимы стерилизации.
IV. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1. Егорова, Т.А. Основы биотехнологии: учеб. пособие для студентов
высш. пед. учеб. заведений / Т.А. Егорова, С.М. Клунова, Е.А. Живухина – 3е изд., стер. – М.: Академия, 2006. – 208 с.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологии»
Разработал: Рыбин В.Г., Идентификационный номер: УМКД
Контрольный экземпляр находится на
Михайлов В.В.
19(108)-020100.68-М1.В.ДВ.2-2012
кафедре химических и
ресурсосберегающих технологий
Лист
11 из 12
2. Сазыкин, Ю.О. Биотехнология: учеб. пособие для студентов васш.
учеб. заведений / Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева. – М.:
Академия, 2006. – 256 с.
3. Гусев, М.В. Микробиология: учеб. для студ. биол. специальностей
вузов / М.В. Гусев, Л.А. Минеева. – М.: Академия, 2006. – 464 с.
Дополнительная литература
1. Михайлов, В.В. Морские микроорганизмов и их вторичные
биологически активные метаболиты / В.В. Михайлов, Т.А. Кузнецова, Г.Б.
Еляков.
-
Владивосток:
Дальнаука,
1999.
-
132
с.Ильичев,
С.И.
Кинолюбительство : истоки и перспективы / С.И. Ильичев, Б.Н. Нащекин. М. : Искусство, 1986. - 110 с.
2. Шлегель, Г. Общая микробиология / Г. Шлегель. - М.: Мир, 1989.–
597 с.
3. Саики Р., Тиленстен У. Полимеразная цепная реакция. В кн: Анализ
генома. Методы., М: Мир, 1996. С. 231-262.
4. Елинов, В.С. Биотехнология / В.С. Елинов. – С.-Пб., 1996. – 600 с.
5. Маниатис, Т. Молекулярное клонирование: Методы генетической
инженерии / Т. Маниатис, Э. Фрич, Дж.. Сэмбрук. – М.: Мир, 1984. – 420 с.
Интернет-ресурсы
1.Коростелева
Н.И.
Биотехнология:
учебное
пособие
/
Н.И.
Коростелева, Т.В. Громова, И.Г. Жукова. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2006. 127 с. http://window.edu.ru/resource/594/77594
2. Волова Т.Г. Биотехнология. - Новосибирск: Изд-во Сибирского
отделения
Российской
Академии
наук,
1999.
-
252
с.
http://window.edu.ru/resource/462/26462
3. Данилова Т.Е., Тарнуева Н.М. Методические указания к выполнению
лабораторного практикума по дисциплине "Общая биотехнология" для
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Биотехнологии»
Разработал: Рыбин В.Г., Идентификационный номер: УМКД
Контрольный экземпляр находится на
Михайлов В.В.
19(108)-020100.68-М1.В.ДВ.2-2012
кафедре химических и
ресурсосберегающих технологий
Лист
12 из 12
студентов специальности 240901 (Часть 1). - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006.
- 58 с. http://window.edu.ru/resource/596/40596