Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1 21/01 федеральное агентство по образованию
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1 21/01 федеральное агентство по образованию, 85.92kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1 21/01 федеральное агентство по образованию, 101.07kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1 21/01 федеральное агентство по образованию, 129.5kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1 21/01 федеральное агентство по образованию, 107.65kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1- 21/01 федеральное агентство по образованию, 334.33kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1 21/01 федеральное агентство по образованию, 187.41kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 21/01 Федеральное агентство по образованию, 307.9kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 федеральное агентство по образованию, 217.64kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 федеральное агентство по образованию, 266.17kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 федеральное агентство по образованию, 216.78kb.
 Рабочая программа учебной дисциплины | | Ф ТПУ 7.1 – 21/01 |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
___________________________________________________________________________________________________________
УТВЕРЖДАЮ
Декан ХТФ
_______________В.М. Погребенков
"____"______________2008 г.
ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ
Рабочая программа для направления 550800 –«Химическая технология и биотехнология»
Факультет – Химико-технологический (ХТФ)
Обеспечивающая кафедра – Органической химии и технологии органического синтеза (ОХОС)
Курс - четвертый
Семестр - седьмой
Учебный план набора 2005 года
Распределение учебного времени
Лекции - 32 часа
Практические занятия - 16 часов
Всего аудиторных занятий 48 часов
Самостоятельная (внеаудиторная) работа - 64 часа
Общая трудоемкость 112 часов
Экзамен в седьмом семестре
Томск 2008
Предисловие
1. Рабочая программа составлена на основе ГОС ВПО по направлению 550800 – Химическая технология и биотехнология, утвержденного в 1995 г и РАССМОТРЕНА и ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры органической химии и технологии органической химии 1 июля 2008 г., протокол № 20.
2. Разработчик
доцент каф. ОХОС Л.В.Тимощенко
3. Зав. обеспечивающей каф. ОХОС В.Д.Филимонов
4. Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающими кафедрами специальности; СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.
УДК 574.6 Ключевые слова: микробиология, микроорганизмы, ферментация, биотехнология, генная инженерия, антибиотики, вакцины, экология
Рабочая программа по дисциплине “Основы биотехнологии” предназначена для подготовки специалистов химико-технологического факультета по направлению 550800 –«Химическая технология и биотехнология» и соответствует государственному образовательному стандарту и профессиональной образовательной программе ТПУ по этому направлению. Структура, содержание и оформление программы соответствует стандарту ТПУ “СТП ТПУ 2.4.01-99”. Рабочая программа включает общие понятия микробиологии, химических основ жизни и основные направления современной биотехнологии. Особое внимание уделено генной инженерии и основным биотехнологическим методам получения важных промышленных продуктов (в т.ч. продуктов питания), включая новые лекарственные вещества, трансгенные организмы, биологические топлива, а также очистку и деградацию токсикантов. Порядок чтения лекций, выполнения практических с указанием аудиторных и внеаудиторных (для самостоятельного изучения тем) часов, рейтинг-лист, рекомендуемая литература приведены в конце рабочей программы. Разработчик – доцент кафедры органической химии и технологии органического синтеза ХТФ, Тимощенко Л.В.
The syllabus “Basics of Biotechnology” is intended for students enrolled in the Bachelor’s Degree Programme in Chemistry & Chemical Engineering and is designed to train the bachelors of Chemistry & Chemistry Engineering Faculty of the educational direction 550800 “Chemical Engineering & Biotechnology”. This syllabus is drawn up according to the State Educational Standards and the Professional Educational Programme of TPU 550800. Its structure and contents corresponds to the Standard of TPU “STI TPU 2.4.01-99”. The syllabus includes the basics of microbiology, chemical basics of the life and the application of modern biotechnology. The great attention is spared to the genetic engineering and biotechnology application to produce the main industrial products (e.g. food production) including the production of new drugs, transgenic organisms, biological fuel generation, and environmental biotechnology. The order of the reading of lectures, performance of practices with the instruction of contact and self-study hours, a rating-list and references is presented at the end of the syllabus. Prepared by L.V.Timoshenko, associate professor, Organic Chemistry & Organic Synthesis Department of the Chemistry & Chemistry Engineering Faculty.
Цели преподавания дисциплины
Целью изучения курса “Основы биотехнологии” является повышение качества подготовки бакалавров химико-технологического профиля для научно-исследовательской, проектно-конструкторской и практической работы на биотехнологических предприятиях, поскольку излагаются основные направления, принципы и методы современной биотехнологии.
Для полноценного усвоения данного курса важное значение имеют такие дисциплины, как «Процессы и аппараты химической технологии», «Общая химическая технология», и «Органическая химия».
В области биотехнологии студент должен иметь представление:
- об основных объектах микробиологии, их строении и составе;
- о химических основах жизни;
- об основных направлениях современной биотехнологии;
- об основных методах получения различных промышленных продуктов биотехнологическими методами (включая производство продуктов питания и напитков, получения ферментов и ферментных смесей, производство биопрепаратов для сельского хозяйства);
- об основных методах генной инженерии и ее применении;
- об использовании биотехнологических методов для очистки и деградации токсикантов (экологическая биотехнология);
- об основных методах получения различных топлив биологическими методами;
- об организации биотехнологических производств (международная практика производства – GMP (Good Manufacting Practice) и контроля качества – GAP (Good Analytical Practice).
знать и уметь использовать:
- основные понятия микробиологии и биотехнологии, основные направления биотехнологии, использование микроорганизмов для получения продуктов питания и напитков, производства аминокислот, ферментов, бактериальных удобрений, биопестицидов и биогербицидов, антибиотиков и вакцин, биологической очистки сточных вод и газо-воздушных выбросов промышленных предприятий, реакционной способности веществ, химической идентификации, экологии;
иметь опыт:
- описания биохимических процессов, происходящих в клетке;
- выбора аппаратуры, условий и типа микроорганизмов для проведения определенного биотехнологического процесса.
Задачи изложения и изучения дисциплины
Для достижения целей при совместной и индивидуальной познавательной деятельности студентов в части овладения теоретическими знаниями и практическими умениями используются лекции, тесты и контрольные задания для проверки знаний студентов.
Для закрепления теоретических знаний, полученных на лекциях, в курсе предусмотрено проведение практических занятий в совместной и индивидуальной (самостоятельной) формах.
Содержание теоретического раздела дисциплины (лекции)
I. Введение (1 час).
Предмет биотехнологии. Связь биотехнологии с естественными науками. Краткий исторический очерк развития биотехнологии. Основные направления современной биотехнологии. Значение биотехнологии в народном хозяйстве.
II. Введение в микробиологию (2 часа).
Строение клеток. Прокариотические и эукариотические клетки. Царство протистов. Деление на таксоны. Важнейшие типы клеток. Бактерии. Дрожжи. Плесени. Водоросли и простейшие. Растительные и животные клетки.
III. Химические основы жизни (4 часа).
Углеводы. Биологические функции углеводов. Моносахариды (пентозы и гексозы), строение. Оптическая изомерия моносахаридов. Отдельные представители: рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза. Дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза) и полисахариды (амилоза, амилопектин, целлюлоза). Гидролиз полисахаридов.
Липиды. Биологические функции липидов. Жирные кислоты, триглицериды (жиры) и другие липиды (фосфолипиды). Жирорастворимые витамины. Стероиды. Строение стероидов. Природные стерины (холестерин, эргостерин, ситостерин и стигмастерин). Гормоны. Виды гормонов. Стероидные гормоны.
Аминокислоты и белки. Биологические функции белков. Белковые аминокислоты и полипептиды. Оптическая изомерия аминокислот. Структура белков. Простые и сложные белки. Белковые гормоны (соматотропин, инсулин). Ферменты. Виды ферментов. Классификация ферментов. Ферменты как биологические катализаторы. Специфичность ферментов. Кофакторы. Фермент-субстратные комплексы. Механизм действия ферментов.
Нуклеиновые кислоты. Структурные элементы нуклеиновых кислот. Нуклеотиды, нуклеозиды. Номенклатура. Переносчики энергии – аденозинфосфаты. Хранение биологической информации. ДНК и РНК, строение. Репликация ДНК. Транскрипция и трансляция. Генетический код. Мутации. Причины мутаций.
IY. Технологические основы биотехнологических производств (8 часов).
Основные стадии биотехнологического процесса. Предферментационная стадия. Ферментация. Постферментационная стадия.
Элементы, слагающие биотехнологические процессы и биотехнологии:
Биологические агенты: микробные клетки, ферменты, природные ассоциации микробных культур. Нетрадиционные биологические агенты.
Субстраты и среды. Источники углерода, азота и серы. Источники энергии, минеральные элементы и ростовые факторы.
Аппаратура. Аппараты для анаэробных процессов. Аппараты для аэробной поверхностной ферментации (жидкофазные и твердофазные). Аппараты для аэробной глубинной ферментации. Их классификация по подводу энергии.
Продукты. Основные группы продуктов. Сертификация готовой продукции. Нормативно-правовая база сертификации. Аттестация сертификационных лабораторий. Основные методы сертификации.
Критерии оценки эффективности процессов. Скорость роста продуцента. Продуктивность. Выход продукта. Конечная концентрация продукта. Удельные энергозатраты. Непродуктивные затраты субстрата.
Контроль и управление биотехнологическими процессами. Моделирование и оптимизация. Экспериментальное и математическое моделирование. Критерии отимальности в биотехнологическом процессе.
Принципиальная схема реализации биотехнологических процессов.
V. Промышленная микробиология (4 часа).
Важность и разнообразие микробных продуктов. Ферментация в твердых средах. Переработка сельскохозяйственных продуктов и продуктов питания. Первичные метаболиты. Производство аминокислот (лизин, глутаминовая кислота). Производство органических кислот (уксусная, молочная кислоты). Вторичные метаболиты. Антибиотики. Виды антибиотиков. Механизм устойчивости микроорганизмов к антибиотикам. Получение полусинтетических антибиотиков. Получение витаминов C, B5, B12. Производство белков одноклеточных организмов. Производство ферментов.
VI. Генная инженерия (2 часа).
Метод рекомбинантных ДНК. Рестрикция, лигирование, трансформация, скрининг. Получение фармакологических препаратов с помощью методов генной инженерии. Биосинтез инсулина, соматотропина в клетках кишечной палочки E.coli. Вакцины. Производство вакцин против гепатита В, полимиелита, ящура. Производство интерферона.
VII. Инженерная энзимология (2 часа).
Ферментные препараты, применяемые в промышленности. Гидролитические ферменты. Протеолитические ферменты. Ферментные смеси и пектиновые ферменты. Методы стабилизации и иммобилизации ферментов. Иммобилизованные ферменты. Технологические процессы с участием ферментов: гидролиз крахмала в декстрины, мальтозу и глюкозу; получение инвертного сахара из сахарозы; изомеризация глюкозы во фруктозу; разделение рацемических смесей аминокислот.
VIII. Биотехнологические методы очистки и деградации токсикантов (4 часов).
Биологические методы очистки стоков. Общие показатели загрязненности сточных вод. Перманганатная и дихроматная окисляемость (ХПК). Биохимическое потребление кислорода (БПК). Аэробные процессы очистки сточных вод биотехнологических и промышленных предприятий. Основные параметры, влияющие на биологическую очистку. Биофильтры, аэротенки, окситенки. Одноступенчатая схема очистки сточной воды. Анаэробные процессы очистки стоков. Септиктенки, анаэробные биофильтры.
Биоочистка газо-воздушных выбросов. Биофильтры, биоскрубберы и биореакторы с омываемым слоем.
IX. Технологическая биоэнергетика и биологическая переработка минерального сырья (2 часа).
Биометаногенез. Метантенки. Получение спирта и жидких углеводородов. Биологическое получение водорода.
X. Сельскохозяйственная биотехнология (1 час).
Энтомопатогенные препараты. Биопестициды, биогербициды, биологические удобрения (нитрагин, азотобактерин, фосфоробактерин).
XI. Биогеотехнология металлов (1 час).
Бактериальное выщелачивание. Биосорбция металлов из растворов. Обогащение руд.
XII.Организация биотехнологических производств (1 час). Международная практика производства – GMP (Good Manufacting Practice), контроля качества – GAP ( Good Analytical Practice) и система доклинических испытаний (GLP – Good Laboratory Practice) препаратов медицинского назначения.
Содержание практического раздела дисциплины
ТЕМАТИКА СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ (16 ч)
1. Морфология, ультраструктура и химический состав микроорганизмов. (2 час.)
2. Химические основы жизни. (2 час.)
3. Физиология и биохимия микроорганизмов. Принципы культивирования микроорганизмов. (2 час.)
4. Основные стадии и аппаратура для проведения биотехнологического процесса. Критерии оценки эффективности процесса. (2 час.)
5. Метод рекомбинантных ДНК. (2 час.)
6. Рубежные контроли. (6 час.)
Практические занятия посвящаются проработке наиболее сложных в теоретическом плане проблем и проводятся в двух формах:
1) объяснение наиболее сложных вопросов по данной теме у доски и
2) самостоятельная работа студентов с использованием литературы и консультаций преподавателя.
Программа самостоятельной познавательной деятельности
Самостоятельная (внеаудиторная) работа студентов состоит в проработке лекционного материала, подготовке к практическим занятиям и написания реферата. Она составляет 64 часа и включает следующие пункты:
1) проработка курса лекций (14 час.)
2) подготовка к практическим занятиям (10 час.)
2) написание реферата (20 час.)
3) подготовка к рубежным контролям (20 час.).
Текущий и итоговый контроль результатов изучения дисциплины
При изучении курса “Основы биотехнологии” используется рейтинговая система оценка знаний студентов. В течение семестра студент может набрать 1000 баллов.
Рейтинг практических занятий (РПЗ) складывается из оценок на тех практических занятиях, которые проводятся как самостоятельные аудиторные работы под контролем преподавателя. Максимальная оценка одного занятия 25 баллов. Поскольку в семестре проводится 5 таких занятий, то максимальный РПЗ равен 125 баллов.
Рейтинг реферата (РР) – это оценка за написание реферата по одной из предложенных преподавателем тем. Если тема реферата раскрыта полностью и реферат «сдан» в срок, то он оценивается в 200 баллов. Рефераты «сданные» с опозданием, оцениваются в 100 баллов.
В семестре студенты выполняют 3 рубежных контроля, максимальный РРК каждого из которых равен 120 баллов, следовательно, общий РРК равен 360 баллов.
В конце семестра подсчитывается рейтинг семестра (РС), максимальное значение которого 685 баллов:
РС = РПЗ + РР + РРК = 125 + 200 + 360 = 685 б.
Студент допускается к сдаче экзамена, если он полностью выполнил учебный план и его рейтинг (РС) более 400 баллов.
Максимальный рейтинг экзамена (РЭ) 315 баллов. Форма проведения экзамена – устная. Экзамен считается сданным, если его оценка не менее 180 баллов. Эта оценка суммируется с рейтингом семестра и подсчитывается общий рейтинг: ОР = РС + РЭ.
Общий рейтинг переводится в оценку по соотношению:
Более 900 баллов ОТЛИЧНО
от 750 до 900 баллов ХОРОШО
от 580 до 750 баллов УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО
Если оценка экзамена менее 180 баллов, то экзамен считается не сданным, и студент теряет рейтинг семестра. Преподаватель имеет право выставить студенту оценку «отлично» без экзамена, если рейтинг студента за семестр равен 685 баллов.
Контролирующие материалы
В соответствии с рейтинговой системой при изучении курса «Основы биотехнологии» проводятся 3 рубежные контрольные работы. Рубежные контроли проводятся в часы лабораторных занятий, в письменной форме и включают задания по одному или нескольким разделам. Билеты рубежных контрольных работ составлены лектором Тимощенко Л.В.
В контрольную работу № 1 входят вопросы по разделу «Основы микробиологии» и по разделу «Химические основы жизни» (всего 6 вопросов – 120 баллов).
В контрольную работу № 2 входят вопросы по разделу «Технологические основы биотехнологических производств» и по разделу «Биотехнологические методы очистки и деградации токсикантов» (всего 6 вопросов – 120 баллов).
В контрольную работу № 3 входят вопросы по разделам «Технологическая биоэнергетика и биологическая переработка минерального сырья. Биогеотехнология металлов. Генная инженерия» (всего 6 вопросов – 120 баллов).
По каждому рубежному контролю имеются 25 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 – экзамен – проводится в период экзаменационной сессии. Экзамен проводится в устной форме. Тимощенко Л.В. составлены экзаменационные вопросы по курсу, куда включены теоретические вопросы, охватывающие материал 2-3 тем.
Образцы контролирующих материалов
Входной контроль
Билет № 1
1. Какие микроорганизмы вы знаете
2. Аминокислоты. Их строение, участие в синтезе белка
3. Какова биологическая роль углеводов для живых организмов
4. Каков состав сточной воды химического предприятия
Контрольная работа № 1 «Основы микробиологии» и «Химические основы жизни»
Билет №1
1. Деление царства протистов на таксоны.
2. Строение прокариотической клетки.
3. Первичная структура белков. Пептидная связь.
4. Крахмал и гликоген. Строение, биологические функции.
5. Гетероциклические основания, входящие в состав РНК.
6. Жирорастворимые витамины. Строение витамина D2.
Контрольная работа № 2 «Технологические основы биотехнологических производств» и «Биотехнологические методы очистки и деградации токсикантов»
Билет №1
1. Источники углерода, азота и серы для роста микроорганизмов.
2. Аппараты для аэробной поверхностной ферментации.
3. Критерии оценки эффективности процессов: экономический коэффициент (Y).
4. Основные параметры, влияющие на биологическую очистку сточных вод промышленных предприятий.
5. Понятие «активный ил». Коэффициент протозойности.
6. Достоинства и недостатки очистки сточных вод с помощью аэротенков-смесителей и аэротенков-вытеснителей.
Контрольная работа № 3 «Технологическая биоэнергетика и биологическая переработка минерального сырья. Биогеотехнология металлов. Генная инженерия»
Билет №1
1. Биологическое получение водорода.
2. Биометаногенез.
3. Бактериальное выщелачивание.
4. Строение метантенка.
5. Понятия генной инженерии: трансформация, скрининг.
6. Получение инсулина с помощью метода рекомбинантных ДНК.
Экзаменационный билет
1. Бактерии, типы бактерий, их строение. Реакция Грама. Гетеротрофы и аутотрофы. Спорообразующие бактерии.
2. Ферментация. Типы ферментаций. График роста продуцента в ходе периодической ферментации.
3. Основные показатели загрязненности сточных вод промышленных предприятий. ХПК и БПК.
Учебно-методическое обеспечение дисциплины
В каталоге НТБ ТПУ имеется около 10 наименований учебников и учебных пособий, относящихся к данной дисциплине.
Однако эти пособия, разные по качеству, стилю и манере изложения материала, количеству экземпляров, чаще всего не соответствуют или не вполне соответствуют рабочей программе дисциплины. Поэтому кафедра ОХОС создает собственное комплексное методическое обеспечение (КМО) по дисциплине "Основы микробиологии и биотехнологии" для студентов очного обучения.
Основными компонентами КМО являются:
1) Рабочая программа дисциплины и памятка о рейтинге.
2) Лекции по теме «Основы биотехнологии».
Дополнительными компонентами КМО являются:
3) Темы рефератов.
4) Задания для рубежных и итоговых контролей.
Перечень рекомендуемой литературы
Основная литература:
- Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик. Основы биотехнологии. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 220 с.
- Биотехнология. Принципы и применение. Под редакцией И.Хиггинса, Д.Беста, Дж.Джонса. – М.: Мир, 1988.
- Биотехнология. Под редакцией Н.С. Егорова, В.Д.Самуилова ( в 8 томах, тт. 7,8). – М.: Высшая школа, 1987.
- Дж.Бейли. Д.Оллис. Основы биохимической инженерии. Т. 1,2. – М.: Мир, 1989.
- Ф.Уэбб. Биохимическая технология и микробиологический синтез. – М.: Медицина, 1969.
- В.Д.Тимаков, В.С.Левашев, Л.Б.Борисов. Микробиология. М.:Медицина, 1983.
- Л.И. Воробьева. Техническая микробиология. - М.: Изд-во МГУ, 1989.
- Промышленная микробиология и успехи генетической инженерии. – М.: Мир, 1984.
- А.Сассон. Биотехнология: свершения и надежды. М.: Мир, 1987.
- Н.П.Елинов. Основы биотехнологии. Санкт–Петербург: Наука, 1995. – 600 с.
Дополнительная литература:
- L.V.Timoshenko. The Bases of Biotechnology. Textbook. Tomsk, TPU Press, 1999.
Рейтинг-лист
для студентов химико-технологического факультета направления
550800 «Химическая технология и биотехнология»
| Виды работ | Количество баллов | Неделя сдачи | Примечание | |
| 1. Написание реферата | 200 | 12 | Итого: 200 баллов | |
| 25 25 25 25 | В течении семестра | Итого: 125 баллов | |
| 3. Рубежные контроли №1. «Основы микробиологии» и «Химические основы жизни» №2. «Технологические основы биотехнологических производств» и «Биотехнологические методы очистки и деградации токсикантов» №3. «Технологическая биоэнергетика и биологическая переработка минерального сырья» «Биогеотехнология металлов». «Генная инженерия» | 120 120 120 | 9 14 18 | Итого: 360 баллов | |
| 4. Экзамен | 315 | | Итого: 315 баллов | |
| Общий рейтинг | | | 1000 баллов |
стр. из 20.06.2008