Физико-химические методы в биотехнологическом производстве - Рабочая программа дисциплины - 19.04.01. Биотехнология - Направления подготовки

Закреплена за кафедрой	Кафедра экологии, биохимии и биотехнологии
Направление подготовки	19.04.01. Биотехнология
Профиль	Промышленная микробиология и биотехнологии
Форма обучения	Очная
Общая трудоемкость	4 ЗЕТ
Учебный план	19_04_01_Биотехнология_ПроМиБио-2025

Курс (семестр)	1 (2)	Итого
Недель	14
Вид занятий	УП	РПД	УП	РПД
Лекции	18	18	18	18
Лабораторные	24	24	24	24
Сам. работа	56	56	56	56
Консультации	46	46	46	46
Итого	144	144	144	144

1. Цели освоения дисциплины

1.1.	Цель освоения дисциплины – формирование теоретических представлений о биотехнологическом процессе, о выборе биологического объекта способного модифицировать исходное сырье в необходимый продукт.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.О.03

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-1	Способен разрабатывать новые и модифицировать существующие биотехнологические процессы получения БАВ
ПК-1.1	Знает основные БАВ и методы их получения
ПК-1.2	Умеет модифицировать существующие биотехнологические процессы получения БАВ
ПК-1.3	Владеет навыками разработки новых биотехнологических процессов получения БАВ
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 биообъекты используемые в биотехнологических процессах, стадии получения конечного продукта, основные понятия о биотехнологическом процессе.
3.2.	Уметь:
3.2.1.	Умеет рассчитать технологическую схему получения конечного продукта, его выделение, очистку и модификацию.
3.3.	Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.	Владеет навыками работы с биообъектами, их культивирования, и приготовления питательных сред.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия	Наименование разделов и тем	Вид занятия	Семестр	Часов	Компетенции
Раздел 1. Методы анализа в биотехнологии.
1.1.	Классификация методов анализа, и требования предъявляемые к ним. Способы выполнения анализа. Общие понятия. Относительность методов анализа. Метод стандартных образцов. Метод градуировочного графика. Метод добавок.	Лекции	2	6	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
1.2.	Правила техники безопасности при работе в физико-химической лаборатории. Химическая посуда и ее назначение. Понятие о растворах, их приготовление.	Лабораторные	2	4	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
1.3.	Определение биомассы клеток микроорганизмов методом световой микроскопии.	Лабораторные	2	4	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
1.4.	Классификация методов анализа, и требования предъявляемые к ним. Способы выполнения анализа. Общие понятия. Относительность методов анализа. Метод стандартных образцов. Метод градуировочного графика. Метод добавок.	Консультации	2	20	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
Раздел 2. Инструментальные матоды анализа
2.1.	Физические и физико-химические методы анализа. Общие понятия, их достоинства и недостатки.	Лекции	2	6	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
2.2.	Рефрактометрия, денсиметрия, рентгеноструктурный анализ, магнитная спектроскопия, атомноабсорбционный анализ, как физические методы анализа.	Сам. работа	2	6	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
2.3.	Оптические (спектральные) методы анализа. Общая характеристика методов, их преимущество. Понятие спектра. Основные цвета спектра.	Лекции	2	2	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
2.4.	Определение общего белка спектрофотометрическим методом.	Лабораторные	2	4	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
2.5.	Типы анализа: абсорбционная спектроскопия, нефелометрия, турбидиметрия, люминесцент ный анализ. Основные узлы приборов абсорбционной спектроскопии. Аппаратура.	Сам. работа	2	44	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
2.6.	Хроматографические методы анализа. Сущность методов хроматографии и их классификация. Понятие хроматограммы, параметры удерживания. Физико-химические основы хроматографического процесса.	Лекции	2	2	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
2.7.	Разделение аминокислот с помощью распределительной хроматографии на бумаге.	Лабораторные	2	4	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
2.8.	Виды хроматографических методов анализа.	Сам. работа	2	6	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
2.9.	Электрохимические методы анализа. Общие понятия и их классификация. Характеристика методов.	Лекции	2	2	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
2.10.	Разделение молекул ДНК в агарозном геле методом электрофореза.	Лабораторные	2	4	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
2.11.	Разделение молекул белка в ПААГ методом электрофореза.	Лабораторные	2	4	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3
2.12.	Физические и физико-химические методы анализа. Общие понятия, их достоинства и недостатки.	Консультации	2	26	ПК-1.1, ПК-1.2, ПК-1.3, ПК-2.1, ПК-2.2, ПК-2.3

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

Задания для оценки сформированности компетенций

ПК-1. Способен разрабатывать новые и модифицировать существующие биотехнологические процессы получения БАВ

Код и наименование индикатора достижения профессиональной компетенции ПК-1.1. Знает основные БАВ и методы их получения;
ПК-1.2. Умеет модифицировать существующие биотехнологические процессы получения БАВ;
ПК-1.3. Владеет навыками разработки новых биотехнологических процессов получения БАВ.

1. Выберите один правильный ответ и обоснуйте его. Линейная зависимость оптической плотности от концентрации сохраняется, если при разбавлении раствора:
а) выпадает осадок;
б) изменяется цвет раствора;
в) химическое состояние поглощающего вещества не меняется;
г) происходит химическая реакция.
Ответ: в. При разбавлении анализируемого вещества его состав не изменяется, меняется только его концентрация.
Ответ студента может быть написан в собственной трактовке, эквивалентной по смыслу приведенному правильному тексту

2. Выберите два правильных ответа и обоснуйте свой выбор. Ответьте на вопрос. Какие параметры относятся к основным характеристикам поглощения раствора при данной длине волны?
а) количество волн
б) оптическая плотность
в) концентрация раствора
г) длина волны
Ответ: б, в. Оптическая плотность – это основная характеристика, определяющая, насколько интенсивно раствор поглощает свет на определенной длине волны. Оптическая плотность раствора напрямую зависит от концентрации поглощающего вещества.
Ответ студента может быть написан в собственной трактовке, эквивалентной по смыслу приведенному правильному тексту

3. Ответьте на вопрос. Какие методы анализа называют физико-химическими?
Ответ: Методы количественного анализа, основанные на измерении физико-химических и физических свойств вещества с использованием приборов.
Ответ студента может быть написан в собственной трактовке, эквивалентной по смыслу приведенному правильному тексту

4. Ответьте на вопрос. Какие виды физико-химических методов анализа выделяют?
Ответ: электрохимические, хроматографические, спектральные

5. Выберите один правильный ответ и обоснуйте его. Разделение белков при электрофорезе в денатурирующих условиях зависит от:
а) суммарного заряда молекулы
б) молекулярной массы
в) пространственной конфигурации полипептидной цепи
г) всего перечисленного
Ответ: б. Потому что денатурированные белки могут быть разделены исключительно по их молекулярной массе.
Ответ студента может быть написан в собственной трактовке, эквивалентной по смыслу приведенному правильному тексту

6. Выберите один правильный ответ и обоснуйте его. Какой параметр буферного раствора критически важен для успешного электрофореза белков?
а) цвет буфера
б) значение pH
в) наличие органических растворителей
г) температура буфера выше 40 °C
Ответ: б. Оптимальное pH буфера создаёт максимальное различие в зарядах белков, что обеспечивает их эффективное разделение.
Ответ студента может быть написан в собственной трактовке, эквивалентной по смыслу приведенному правильному тексту

7. Соотнесите метод электрофореза с типом носителя или средой, в которой он проводится:
метод
1. электрофорез в агарозном геле
2. электрофорез в полиакриламидном геле
3. капиллярный электрофорез
носители/среды
а) кварцевый капилляр с буферным раствором
б) пористый гель на основе природного полисахарида
в) синтетический гель с регулируемой пористостью, используют для белков
Ответ: 1 б, 2 в, 3 а.

8. Установите правильное соответствие между приборами и видами анализа.
прибор
1. спектрофотометр
2. pH–метр
3. хроматограф
вид анализа
а) анализ концентрации ионов водорода в воде
б) анализ пробы оптическими лучами различной длины
в) выявление химического состава проб
Ответ: 1 б, 2 а, 3 в.

9. Назовите не менее 3-х преимуществ физико-химических методов анализа.
Ответ: высокая чувствительность, селективность, возможность автоматизации анализа, возможность изучать состав, строение и свойства без химических операций и нарушения целостности объекта.
Указать 3 элемента из перечисленных.
Ответ студента может быть написан в собственной трактовке, эквивалентной по смыслу приведенному правильному тексту

10. Назовите не менее 3-х недостатков физико-химических методов анализа.
Ответ: высокая погрешность, сложность и высокая стоимость аппаратуры, необходимость предварительной подготовки и калибровки приборов, отсутствие универсальности, ограничения в методах обнаружения, разделения и определения.
Указать 3 элемента из перечисленных.
Ответ студента может быть написан в собственной трактовке, эквивалентной по смыслу приведенному правильному тексту

11. Установите правильное соответствие спектра электромагнитного излучения и диапазона длин волн:
спектр электромагнитного излучения
1. видимый свет
2. ультрафиолетовое излучение
3. инфракрасное излучение
диапазон длин волн
а) 380–750 нм
б) 750–100 000 нм
в) 10–380 нм
Ответ: 1 а, 2 в, 3 б.

12. Установите правильное соответствие основных величин поглощения вещества с их характеристикой.
величина поглощения вещества
1. оптическая плотность
2. пропускание
3. молярный коэффициент поглощения
характеристика
а) способность вещества поглощать свет
б) показатель «темноты» раствора
в) доля прошедшего света
Ответ: 1 б; 2 в; 3 а.

13. Расположите этапы анализа образца препарата методом тонкослойной хроматографии в порядке их проведения:
а) нанесение анализируемого вещества
б) вымывание
в) приготовление подвижной фазы и подготовка хроматографической камеры
г) обнаружение хроматографических зон
Ответ: в, а, б, г.

14. Расположите белки (приведены их молекулярные массы), в порядке их выхода из колонки при гель-хроматографии.
а) 5 кДа
б) 60 кДа
в) 30 кДа
Ответ: б, в, а.

15. Расположите электромагнитные колебания в порядке увеличения длины волны:
а) ИК-свет;
б) УФ-свет;
в) видимый свет.
Ответ: б, в, а.

16. Ответьте на вопрос. Какие методы анализа относятся к оптическим (спектральным)?
Ответ: колориметрия, фотометрия

17. Ответьте на вопрос. Какие методы анализа относятся к электрохимическим?
Ответ: амперометрия, потенциометрия

18. Расположите носители для электрофореза в порядке их исторического появления – от самых первых до наиболее современных.
а) на хроматографической бумаге
б) в агарозном геле
в) в полиакриламидном геле
г) в крахмальном геле
Ответ: а, г, б, в.

19. Ответьте на вопрос. Назовите не менее 3-х видов хроматографических методов анализа.
Ответ: В группу хроматографических методов входят методы газовой хроматографии, газожидкостной хроматографии, распределительной хроматографии, тонкослойной хроматографии, адсорбционной хроматографии, ионообменной и других видов хроматографии.
Указать 3 элемента из перечисленных.
Ответ студента может быть написан в собственной трактовке, эквивалентной по смыслу приведенному правильному тексту

20. Дайте определение понятию «Ионообменник».
Ответ: Твёрдое нерастворимое вещество, которое способно избирательно обменивать свои ионы на ионы из окружающего раствора.
Ответ студента может быть написан в собственной трактовке, эквивалентной по смыслу приведенному правильному тексту

Задания для оценки сформированности компетенций

ПК-2. Способен планировать и выполнять проекты по разработке и получению готовой биотехнологической продукции

Код и наименование индикатора достижения профессиональной компетенции ПК-2.1. Знает требования, предъявляемые к проектной деятельности в биотехнологическом производств;
ПК-2.2. Умеет планировать проекты по разработке и получению готовой биотехнологической продукции;
ПК-2.3. Владеет навыками выполнения проектов и представления полученных
результатов.

1. Ответьте на вопрос. Назовите не менее 3-х особенностей инфракрасного излучения.
Ответ: Не воспринимается человеческим взглядом, нагревает тела, изменяет электрическое сопротивление тел, не обладает химической активностью, проходит через многие тела.
Указать 3 элемента из перечисленных.
Ответ студента может быть написан в собственной трактовке, эквивалентной по смыслу приведенному правильному тексту

2. Ответьте на вопрос. На чем основаны оптические методы анализа?
Ответ: На взаимодействии света с веществом.
Ответ студента может быть написан в собственной трактовке, эквивалентной по смыслу приведенному правильному тексту

3. Дайте определение понятию «Электрофорез».
Ответ: Электрофорезом называется движение заряженных частиц в жидкости под действием электрического поля.
Ответ студента может быть написан в собственной трактовке, эквивалентной по смыслу приведенному правильному тексту

4. Ответьте на вопрос. Поясните, что такое электрофорез в денатурирующих условиях?
Ответ: метод разделения белков по их молекулярной массе, предварительно подвергнутых денатурации.
Ответ студента может быть написан в собственной трактовке, эквивалентной по смыслу приведенному правильному тексту

5. Вставьте пропущенное слово. Основное требование к хроматографической системе – это эффективное __________ компонентов смеси.
Ответ: разделение.

6. Установите правильное соответствие субстратной специфичности фермента и ее характеристики.
субстратная специфичность
1. абсолютная
2. относительная
3. стереоспецифичность
характеристика
а) фермент катализирует превращение только одного из стереоизомеров
б) фермент катализирует превращение только одного субстрата
в) фермент катализирует превращение нескольких субстратов, имеющих один тип связи.
Ответ: 1 б; 2 в; 3 а

7. Установите правильную последовательность стадий промышленного производства рекомбинантных ферментов.
а) трансформация клеток штамма-продуцента
б) клонирование гена в экспрессионный вектор
в) культивирование клеток-продуцентов
г) выделение ДНК гена фермента
Ответ: г, б, а, в.

8. Установите правильную последовательность получения ферментов из растительного сырья.
а) хроматографическая очистка
б) ультрафильтрация
в) очистка и измельчение сырья
г) горячая или холодная экстракция
Ответ: в, г, а, б

9. Вставьте пропущенное слово. Электрофоретическая подвижность белка в денатурирующих условиях зависит от его _________ .
Ответ: размера.

10. Вставьте пропущенное словосочетание. На сегодняшний день вещество _______ ________ является наилучшим носителем, используемым при электрофоретическом разделении белков и нуклеиновых кислот.
Ответ: полиакриламидный гель.

КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ЗАДАНИЙ ЗАКРЫТОГО ТИПА (вопросы на сопоставление, вопросы на последовательность, вопросы с выбором одного иди нескольких ответов): Каждое задание оценивается 1 баллом.

Оценивание КИМ теоретического характера в целом:

«зачтено» – верно выполнено более 50% заданий; «не зачтено» – верно выполнено 50% и менее 50% заданий;

«отлично» – верно выполнено 85-100% заданий; «хорошо» – верно выполнено 70-84% заданий; «удовлетворительно» – верно выполнено 51-69% заданий; «неудовлетворительно» – верно выполнено 50% или менее 50% заданий.

КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ ОТКРЫТЫХ ВОПРОСОВ (открытые вопросы с простым ответом, открытые вопросы с развернутым ответом, комбинированные вопросы с выбором ответа и обоснованием выбора)

«Отлично» (зачтено): Ответ полный, развернутый. Вопрос точно и исчерпывающе передан, терминология сохранена, студент превосходно владеет основной и дополнительной литературой, ошибок нет.

«Хорошо» (зачтено): Ответ полный, хотя краток, терминологически правильный, нет существенных недочетов. Студент хорошо владеет пройденным программным материалом; владеет основной литературой, суждения правильны.

«Удовлетворительно» (зачтено): Ответ неполный. В терминологии имеются недостатки. Студент владеет программным материалом, но имеются недочеты. Суждения фрагментарны.

«Неудовлетворительно» (не зачтено): Не использована специальная терминология. Ответ в сущности неверен. Переданы лишь отдельные фрагменты соответствующего материала вопроса. Ответ не соответствует вопросу или вовсе не дан.

5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)

Примерные темы рефератов
1. Физико-химические анализы в биотехнологии.
2. Аналитический сигнал. Количественный и качественный анализ.
3. Хроматографические методы в биотехнологии.
4. Общие принципы хроматографии.
5. Электрофорез в агарозном геле. Применение в биотехнологии.
6. Спектрофотометрические методы анализа. Применение в биотехнологии.
7. Электрохимические методы анализа. Применение в биотехнологии.
8. Методы разделения веществ. Центрифугирование. Виды центрифуг.
9. Тонкослойная хроматография. Применение в биотехнологии.
10. Жидкостная хроматография. Применение в биотехнологии.
11. Микроскопия. Методы микроскопии. Применение в биотехнологии.
12. Общие аналитические методы биотехнологии: потенциометрические, электрометрические и полярографические.
13. Титрометрический анализ. Применение в биотехнологии.
14. Фотометрия, как метод анализа. Применение в биотехнологии.
15. Спектрофотометры, классификация оборудования.
16. Ферментация. Применение в биотехнологии.
17. Биофизические факторы роста микроорганизмов.
18. Биохимические факторы роста микроорганизмов.
19. Методы хранения культур микроорганизмов.
20. Стерилизация. Методы стерилизации.
21. Твердофазная ферментация. Применение в биотехнологии.

5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
	Название	Эл. адрес
Э1	Научная электронная библиотека	elibrary.ru
Э2	Курс на moodle	portal.edu.asu.ru
6.3. Перечень программного обеспечения
Интернет-ресурсы, мультимедийный проектор Microsoft Windows Microsoft Office 7-Zip AcrobatReaderMicrosoft 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
http://www.consultant.ru/ http://elibrary.asu.ru http://elibrary.ru http://www.scopus.com https://link.springer.com/ http://www.biolib.de/ https://biomolecula.ru/ https://openlibrary.org/ http://cyberleninka.ru/ https://bioumo.ru/

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория	Назначение	Оборудование
122Л	лаборатория микробиологии - 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.; микроскоп монокулярный Микмед 1 – 6 шт.; термостат с охлаждением ТСО – 1/80; иономер Анион – 7000; камера климатическая ICN750L Memmert; микроскоп Альтами – 2 шт.; микроскоп Бимам ЕСС-Р-11; бокс абактериальной воздушной среды 2 класса биологической безопасности БАВнп-01; шкаф для хранения абораторной посуды и реактивов – 1 шт.; набор реактивов и химической посуды для микробиологии и биотехнологии; раковина.
Помещение для самостоятельной работы	помещение для самостоятельной работы обучающихся	Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Защита лабораторных работ
После выполнения лабораторная работа подлежит сдаче (защите работы) преподавателю. Защита проходит каждым студентом индивидуально.
При оценке выполнения лабораторной работы учитывается:
- правильность и аккуратность выполнения, наличие анализа результатов, грамотного вывода по работе;
- знание теоретического материала по выполненной работе и методики выполнения;
- степень самостоятельности в выполнении работы.
Форма отчета: сдача (защита) лабораторных.
На тестирование отводится 20 минут. Каждый вариант тестовых заданий включает 20 вопросов. За каждый правильно отвеченный вопрос дается 1 балл. Перевод в бально-рейтинговую оценку представлен выше.