1. Цели освоения дисциплины
| 1.1. | Цель освоения дисциплины – формирование теоретических представлений о ферментах, способах их получения и использования в управляемых биотехнологических процессах. |
|---|
2. Место дисциплины в структуре ООП
| Цикл (раздел) ООП: Б1.В.01 |
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| ПК-2 | Способен планировать и выполнять проекты по разработке и получению готовой биотехнологической продукции |
| ПК-2.1 | Знает требования, предъявляемые к проектной деятельности в биотехнологическом производстве |
| ПК-2.2 | Умеет планировать проекты по разработке и получению готовой биотехнологической продукции |
| ПК-2.3 | Владеет навыками выполнения проектов и представления полученных результатов |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | Знает классификацию и номенклатуру ферментов; типовые технологические схемы производства ферментных препаратов; промышленные ферментные препараты, выделяемые из источников растительного, животного и микробного происхождения |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | Умеет предлагать технологическую схему для получения ферментного препарата требуемого качества и назначения; |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | Владеет методами определения активности ферментов различных классов |
4. Структура и содержание дисциплины
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Курс | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Строение, свойства и механизм действия ферментов | ||||||
| 1.1. | Химическая природа, строение и свойства ферментов. Классификация и номенклатура ферментов | Лекции | 1 | 2 | Л1.2, Л1.1, Л2.3, Л2.2, Л2.1 | |
| 1.2. | Основы кинетики ферментативных реакций. Механизм действия ферментов. | Лекции | 1 | 2 | Л1.2, Л1.1, Л2.3, Л2.2, Л2.1 | |
| 1.3. | Обнаружение действия ферментов. Свойства ферментов | Лабораторные | 1 | 4 | Л1.2, Л1.1, Л2.3, Л2.2, Л2.1 | |
| 1.4. | Химическая природа, строение и свойства ферментов. Классификация и номенклатура ферментов. Основы кинетики ферментативных реакций. Механизм действия ферментов | Сам. работа | 1 | 20 | Л1.2, Л1.1, Л2.3, Л2.2, Л2.1 | |
| Раздел 2. Производство ферментных препаратов | ||||||
| 2.1. | Источники получения ферментов. Ферментные препараты. Номенклатура и способы выражения активности ферментных препаратов | Лекции | 1 | 2 | Л1.2, Л1.1, Л2.3, Л2.2, Л2.1 | |
| 2.2. | Основные технологические этапы производства микробных ферментных препаратов. Получение ферментных препаратов из органов и тканей животных. Ферментные препараты из растительного сырья. | Сам. работа | 1 | 50 | Л1.2, Л1.1, Л2.3, Л2.2, Л2.1 | |
| 2.3. | Определение активности ферментов | Лабораторные | 1 | 4 | ||
| 2.4. | Иммобилизованные ферменты: принципы и методы иммобилизации, свойства. Иммобилизация клеток Использованием иммобилизованных ферментов | Сам. работа | 1 | 21 | Л1.2, Л1.1, Л2.3, Л2.2, Л2.1 | |
| Раздел 3. Использование ферментов и ферментных препаратов | ||||||
| 3.1. | Использование протеолитических ферментов. Применение амилолитических препаратов. Использование целлюлолитических ферментов и гемицеллюлазных препаратов.Использование препаратов липолитических ферментов. | Сам. работа | 1 | 30 | Л1.2, Л1.1, Л2.3, Л2.2, Л2.1 | |
5. Фонд оценочных средств
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| Вопросы и задания для оценки сформированности компетенции: ПК-2. Способен планировать и выполнять проекты по разработке и получению готовой биотехнологической продукции Тестовые задания 1. Ферменты, применяемые в технологии пивоварения для разжижения и осахаривания крахмала: а) пектолитические б) амилолитические в) протеолитические г) цитолитические ОТВЕТ: б 2. Какие ферменты применяют для размягчения мяса: а) пектолитические б) амилолитические в) протеолитические г) цитолитические ОТВЕТ: в 3. К какому классу ферментов относятся ферменты хитиндеацетилаза и хитозаназа: а) оксиредуктазы б) трансферазы в) гидролазы г) лиазы ОТВЕТ: в 4. В формировании консистенции, вкуса и запаха сыров и творога участвует: а) химозин б) липаза в) лактаза ОТВЕТ: а г) галактозидаза 5. Какой ферментный препарат при обработке мяса приводит к значительным деструктивным изменениям, обеспечивающим эффективное размягчающее воздействие: а) липаза б) коллагеназа в) трансглютаминаза г) химозин ОТВЕТ: б 6. Ферментный препарат не получают из…? а) растительного сырья б) животного сырья в) биомассы микроорганизмов г) биомассы простейших ОТВЕТ: г 7. Ферменты из растительного сырья получают путем? а) экстракции и очистки б) флотации и сепарирования в) элюции и осаждения г) экстракции и выпаривания ОТВЕТ: а 8. При каких значениях рН среды бактерии хорошо растут и образуют ферменты? а) рН 2,5-3,8 б) рН 3,8-5,6 в) рН 5,6-6,2 г) рН 6,2-7,4 ОТВЕТ: г 9. Какое растение не используется для промышленного получения ферментов? а) папайя; б) ананас; в) инжир; г) фикус; ОТВЕТ: г 10. Каким действием обладает растительный фермент папаин? а) амилолитическим б) целлюлолитическим в) протеолитическим г) пектолитическим ОТВЕТ: в 11. Из какого растительного сырья получают протеолитический препарат фицин? а) из солода б) из плодов папайи в) из оболочек плодов ананаса г) из листьев инжирного дерева ОТВЕТ: г 12. Какая соль предпочтительна для высаливания из экстракта ферментов животного происхождения? а) сульфат аммония б) сульфат магния в) ацетат натрия г) сульфат бария ОТВЕТ: а 13. Какова оптимальная температура культивирования термофильных продуцентов ферментов, в °С? а) 35-55 б) 25-35 в) 55-65 г) 60-75 ОТВЕТ: г 14. При каких значениях рН грибы и дрожжи хорошо растут и образуют ферменты? а) 3,8-5,6 б) 6,2-7,4 в) 2,5-3,5 г) 7,5-8,0 ОТВЕТ: в 15. Посевной материал в технологии ферментных препаратов – это…? а) производственная культура микроорганизмов б) исходный штамм продуцента в) постадийно выращенная в асептических условиях культура продуцента г) чистая культура продуцента ОТВЕТ: а Ключ к тестам № ответ вопроса 1 б 2 в 3 в 4 а 5 б 6 г 7 а 8 г 9 г 10 в 11 г 12 а 13 г 14 в 15 а Контрольные задания 1. В зависимости от типа катализируемой реакции все ферменты подразделяют на …. классов. ОТВЕТ: 6 классов (шесть) 2. Перечислите методы выделения, разделения и очистки биомолекул. ОТВЕТ:(ентрифугирование, хроматография, электрофорез, диализ, высаливание 3. Согласны ли Вы с утверждением, что при исследовании ферментов чаще измеряют не их концентрацию, а результат проявления их каталитической активности – уменьшение содержания субстрата или увеличение содержания продукта реакции, катализируемой ферментом. Да Нет ОТВЕТ: да 4. Перечислите факторы (не менее 4-х), вызывающие денатурацию белковых молекул. ОТВЕТ:(емпература, давление, ультразвуковое и ионизирующее излучение, механическое воздействие, сильные кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, детергенты и др. 5. В активный центр сложных ферментов кроме аминокислотных остатков входит ….. ОТВЕТ: небелковый компонент (кофактор, кофермент) 6. Простые ферменты состоят из …….. ОТВЕТ: аминокислот 6. Дайте определение понятию «Константа Михаэлиса» (Кm) ОТВЕТ:Константа Михаэлиса – кинетический параметр ферментативной реакции, численно равный концентрации субстрата, при которой скорость реакции составляет половину максимальной. 7. Сколько цифр включает классификационный номер фермента (КФ)? ОТВЕТ:4 (четыре) 8. Согласны ли Вы с утверждением, что класс фермента указывает на тип химической реакции, катализируемой данным ферментом Да + Нет ОТВЕТ: да 9. Перечислите виды субстратной специфичности ферментов. ОТВЕТ: абсолютная, относительная (групповая), стереоспецифичность. 10. Приведите примеры (не менее трех) коферментов, производных витаминов ОТВЕТ:НАД, НАДФ, ФАД, ФМН, ТПФ и др. 11. При каком типе ингибирования молекула ингибитора блокирует активный центр фермента и полностью предотвращает связывание фермента с субстратом? ОТВЕТ:конкурентном 12. Дайте определение понятию «изоферменты» ОТВЕТ: Изоферменты - различные по аминокислотной последовательности изоформы одного и того же фермента, существующие в одном организме, но, как правило, в разных его клетках, тканях или органах. 13. В кондитерском производстве применяется …………. дрожжей, превращающая сахарозу в глюкозу и фруктозу, предотвращая кристаллизацию сахарозы при высоких ее концентрациях. ОТВЕТ: инвертаза (сахараза) 14. Согласны ли Вы с утверждением, что обработанное иммобилизованным трипсином молоко меньше подвержено окислению и в течение двух недель не утрачивает своего вкуса. Да + Нет ОТВЕТ: да 15. В качестве продуцентов ферментов чаще всего используют генетически измененные …... ОТВЕТ: микроорганизмы 16. Промышленному производству рекомбинантных ферментов предшествуют исследования, которые завершаются конструированием ферментов. Назовите стадии, которые включает этот процесс. ОТВЕТ:1) выбор штамма-хозяина; 2) конструирование вектора экспрессии; 3) трансформация штамма-хозяина; 4) обнаружение оптимального рекомбинантного штамма; 5) дополнительные исследования и характеристика штамма-продуцента. 17. Какие типы штаммов микроорганизмов используют в микробиологических производствах? ОТВЕТ: 1 – природные штаммы, технологические свойства которых скорректированы искусственным или естественным отбором; 2 – штаммы, измененные в результате индуцированных мутаций; 3 – штаммы, полученные методами генетической инженерии. 18. Верно ли утверждение, что большинство производимых промышленностью ферментных препаратов являются препаратами гидролитических ферментов. Да Нет ОТВЕТ: да 19. Почему для экстрагирования ферментов в большинстве случаев используется водная экстракция? ОТВЕТ: поскольку ферменты являются водорастворимыми белками 20. Биохимические биотехнологические процессы основываются на использовании __________________ . ОТВЕТ: ферментов Критерии оценивания: Каждое задание оценивается 1 баллом. Оценивание КИМ теоретического характера в целом: «зачтено» – верно выполнено более 50% заданий; «не зачтено» – верно 50 или менее 50% заданий. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| Примерные темы рефератов: Основные технологические этапы производства микробных ферментных препаратов. Получение ферментных препаратов из органов и тканей животных. Ферментные препараты из растительного сырья. Иммобилизованные ферменты: принципы и методы иммобилизации, использование Использование протеолитических ферментов. Применение амилолитических препаратов. Использование целлюлолитических ферментов и гемицеллюлазных препаратов. Использование препаратов липолитических ферментов. |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| Студенты, имеющие отметки по всем элементам текущей аттестации, получают зачет автоматически. Для тех, кто не выполнил или выполнил, но не в полном объёме предлагаемые задания, проводится промежуточная аттестация (зачет). Зачет проводится в устной форме в объеме программы учебной дисциплины. При проведении промежуточной аттестации студентам предлагается ответить на 2 теоретических вопроса. По окончании ответа на вопросы преподаватель может задавать дополнительные или уточняющие вопросы в пределах учебного материала, вынесенного на зачет. Вопросы для промежуточной аттестации по дисциплине 1. Энзимология как наука: история и перспективы развития. 2. Сходство и отличие ферментативного и неферментативного катализа. 3. Доказательства белковой природы фермента. Выделение и очистка ферментов. 4. Структурно-функциональная организация ферментов. 5. Специфичность действия ферментов. Виды специфичности. 6. Факторы, влияющие на скорость ферментативного катализа. 7. Качественное обнаружение и количественное определение активности ферментов. Единицы измерения активности ферментов. 8. Кинетика ферментативных реакций. Характеристика основных кинетических параметров. 9. Механизм действия ферментов. Термодинамика ферментативного катализа. 10. Механизмы регуляции активности ферментов. Виды ингибирования. 11. Аллостерические ферменты. Особенности строения и функционирования, свойства и биологическая роль. 12. Современная номенклатура ферментов; принципы классификации ферментов. 13. Изоферменты, их биологическая роль и происхождение. 14. Рибозимы: определение, открытие, классификация, использование и механизм действия. 15. Иммобилизованные ферменты: принципы и способы иммобилизации. Применение иммобилизованных ферментов 16. Источники получения ферментов 17. Методы выделения и очистки ферментов. 18. Основные технологии получения ферментных препаратов из культур микроорганизмов. 19. Применение ферментов и ферментных препаратов в промышленности. 20. Применение ферментов и ферментных препаратов в сельском хозяйстве. Критерии оценивания ответа на зачете: Зачтено (отлично) – студентом дан полный, в логической последовательности развернутый ответ на поставленный вопрос, где он продемонстрировал знания предмета в полном объеме учебной программы, достаточно глубоко осмысливает дисциплину, самостоятельно, и исчерпывающе отвечает на дополнительные вопросы. Зачтено (хорошо) – студент дает развернутый ответ на поставленный вопрос, приводит примеры, в ответе присутствуют свободное владение монологической речью, логичность и последовательность ответа. Однако допускается неточность в ответе. Зачтено (удовлетворительно) – студентом дан ответ, свидетельствующий в основном о знании процессов изучаемой дисциплины, отличающийся недостаточной глубиной и полнотой раскрытия темы, знанием основных вопросов теории, слабо сформированными навыками анализа явлений, процессов, недостаточным умением давать аргументированные ответы, логичностью и последовательностью ответа. Незачтено (неудовлетворительно) – студентом дан ответ, который содержит ряд серьезных неточностей, обнаруживающий незнание процессов изучаемой предметной области, отличающийся неглубоким раскрытием темы, незнанием основных вопросов теории, несформированными навыками анализа явлений, процессов, неумением давать аргументированные ответы. Студент не способен ответить на вопросы даже при дополнительных наводящих вопросах преподавателя. |
| Приложения |
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | А. Г. Шлейкин, Н. Н. Скворцова, А. Н. Бландов | Прикладная энзимология: учебное пособие | Санкт-Петербург: Университет ИТМО, 2019 | biblioclub.ru |
| Л1.2 | А. А. Красноштанова | Организация биотехнологического производства: Лаб. практикум: учебное пособие | Издательство Юрайт, 2021 | urait.ru |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Н. Ю. Степанова | Основы биотехнологии переработки растительной продукции: учебное пособие | Санкт-Петербург: СПбГАУ, 2019 | biblioclub.ru |
| Л2.2 | А. Л. Новокшанова | Биохимия для технологов в 2 ч. Часть 2 : | Москва: Издательство Юрайт, 2020 | urait.ru |
| Л2.3 | А. Л. Новокшанова | Биохимия для технологов. В 2 ч. Часть 1: | Москва: Издательство Юрайт, 2021 | urait.ru |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| Microsoft Windows Microsoft Office AcrobatReader 7-Zip Microsoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно); Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно); Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно); 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно); AcrobatReader (http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно); ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (https://astralinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно); LibreOffice (https://ru.libreoffice.org/), (бессрочно); Веб-браузер Chromium (https://www.chromium.org/Home/), (бессрочно); Антивирус Касперский (https://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024); Архиватор Ark (https://apps.kde.org/ark/), (бессрочно); Okular (https://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно); Редактор изображений Gimp (https://www.gimp.org/), (бессрочно) | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| 1. www.humbio.ru 2. www.elibrary.ru 3. www.sci-lib.com/molekular-biology 4. www.dis.academic.ru 5. www.nkj.ru 6. www.cancerquest.org 7. www.MolBiol.ru | ||||
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| 314Л | лаборатория биохимии – учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа; занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 14 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска меловая 1 шт.; лабораторные столы - 10 шт.; вытяжной шкаф автономный АД С-4В1; мойка – 2 шт.; цифровой фотоэлектроколориметр АР-101; мешалка магнитная MSN300 с подогревом BioSan; рН метр лабораторный Эксперт рН; термостат жидкостный GFL-1002 с микропроцессором; анализатор влажности ADMS-70; анализатор мочи DocUReader 2 Pro 77 Elektronika; автоматические дозаторы Black Thermo - 10 шт.; набор химической посуды для биохимии и молекулярной биологии, шкаф для хранения документов – 1 шт., шкаф лабораторный - 2 шт.; хроматограф для ВЭЖХ LC -20 Prominense Shimadzu; спектрофотометр сканирующий UV - 1800 Shimadzu; весы Невские; весы аналитические Vibra AF – R220CE; набор реактивов и химической посуды для биохимии и молекулярной биологии |
8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
| В рамках курса предусмотрены следующие формы работы: лекции, лабораторные занятия и самостоятельная работа студентов. Во время лекций студент получает систематизированные научные знания.Лабораторные занятия проводятся с целью углубления и закрепления знаний, полученных на лекциях, через формирование практических навыков работы с лабораторным оборудованием и биологическими объектами. Важным элементом обучения студента является самостоятельная работа. Задачами самостоятельной работы является приобретение навыков самостоятельной научно-исследовательской работы на основании анализа текстов литературных источников и применения различных методов исследования; выработка умения самостоятельно и критически подходить к изучаемому материалу. Работа с учебной и научной литературой является главной формой самостоятельной работы и необходима при подготовке к текущему контролю знаний или промежуточной аттестации. В течение семестра проводится текущий контроль знаний и промежуточная аттестация студентов. Текущий контроль знаний студентов по дисциплине осуществляется на лабораторных занятиях. Промежуточная аттестация осуществляется по завершению изучения дисциплины в форме экзамена. |