Раздел 1 Биообъекты биотехнологии.
Основные биообъекты биотехнологии: промышленные микроорганизмы, клетки и ткани рас-тений, животных и человека, биокатализаторы.

1.1. Основные химические соединения живых организмов
Аминокислоты, как мономерные структурные единицы белков и пептидов. Стереохимия. Кислотно-основные свойства.
Белки. Уровни структуры белков. Первичная структура: методы определения последовательности аминокислот, секвенаторы. Вторичная структура белков: альфа- и бета- структуры. Третичная и четвертичная (субъединичная) структуры белков. Роль водородных, ионных, дисульфидных свя-зей, гидрофобных взаимодействий. Денатурация (обратимая, необратимая) белков. Понятие о ре-гуляторных белках.
Ферменты, и их биохимическая роль. Классификация и номенклатура. Активные центры фермен-тов. Субстратная специфичность. Роль металлов в функционировании ферментов. Ингибиторы: обратимые (конкурентные, неконкурентные), необратимые. Обратимая и необратимая денатура-ция ферментов. Внутри- и внеклеточные ферменты.
Низкомолекулярные биорегуляторы - коферменты и витамины: НАД, НАДФ, ФМН, ФАД, тиа-минпирофосфат, липоевая кислота, АТФ, биотин, аскорбиновая кислота, фолиевая кислота, пантотенат кальция, кобаламины.
Углеводы. Моносахариды. Строение и стереохимия. Альдозы, кетозы. Ациклические и цикличе-ские структуры моносахаридов. Пиранозы, фуранозы, альфа- и бета-аномеры. Понятие о конфор-мации. Пентозы (рибоза, арабиноза, ксилоза), гексозы (глюкоза, манноза, галактоза). Дезоксисаха-ра (фукоза, 2-дезоксирибоза), аминодезоксисахара, уроновые кислоты, сиаловые кислоты. Моно-сахариды как структурные мономерные единицы олиго- и полисахаридов. Структурный анализ олиго- и полисахаридов. Функции олиго- и полисахаридов. Понятие о лектинах. Целлюлоза, крахмал, гликоген.
Липиды. Классификация липидов. Нейтральные липиды, фосфолипиды, сфинголипиды. Струк-турные компоненты липидов. Жирные кислоты. Полиолы, глицерин, миоинозит. Стереохимия липидов. Липопротеиды. Понятие о строении биологических мембран. Липосомы.
Антибиотики, как природные антиметаболиты. Пенициллины, цефалоспорины, тетрациклины.
Нуклеиновые кислоты. ДНК и РНК. Структурные компоненты. Типы связей. Пространственная структура полимерных цепей. Двойная спираль ДНК. Комплементарность оснований. Методы определения нуклеотидной последовательности в нуклеиновых кислотах.

1.2. Строение, классификация, физиология и генетика микроорганизмов
Строение и функции клетки (различия клеток прокариот и эукариот). Химический состав клетки (нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды, липиды, нуклеопротеиды, гликопротеиды, липопротеиды, пептидогликаны, полифосфаты, минеральные компоненты и вода).
Положение микроорганизмов среди других организмов. Принципы классификации бактерий и архей. Общая биология протистов: водоросли, простейшие. Грибы. Вирусы.
Физиология питания. Элементы питания, их значение для процесса биосинтеза. Разнообразие ти-пов питания микроорганизмов (автотрофия, гетеротрофия, фотолитотрофия, фотоорганотрофия, хемолитотрофия, хемоорганотрофия). Аэробное и анаэробное дыхание. Брожение. Разнообразие источников углерода, азота, фосфора, серы и других элементов, используемых микроорганизмами.
Взаимодействие клеток и среды, влияние внешних физических и физико-химических факторов на рост и биосинтез у микроорганизмов.
Биосфера и распространение микроорганизмов. Участие микроорганизмов в круговоротах углерода, азота, кислорода, серы. Формы взаимоотношений микроорганизмов.
Природа генетического материала. Особенности строения генетического материала про- и эукариот.
Классификация мутаций. Спонтанный и индуцированный мутагенез. Классификация мутагенов. Молекулярный механизм мутагенеза.
Внехромосомные генетические элементы. Плазмиды, их строение и классификация. Механизм коньюгации. Бактериофаги, их структура и жизненный цикл. Вирулентные и умеренные бакте-риофаги. Механизм трансдукции.
Мигрирующие генетические элементы: транспозоны и IS-последовательности, их роль в генетическом обмене.
Ферменты рестрикции и модификации. Выделение и клонирование генов. Векторы для молеку-лярного клонирования. Принципы конструирования рекомбинантных ДНК и их введения в реци-пиентные клетки.

Раздел 2 Метаболизм микроорганизмов

2.1 Транспорт субстратов и продуктов через мембраны
Механизмы клеточной проницаемости: физическая диффузия, «облегченная» диффузия, первич-ный и вторичный активный транспорт. Организация транспортных систем. Способы сопряжения транспорта с энергией метаболизма. Секреция и экскреция.

 

2.2. Энергетический метаболизм
Принципы биоэнергетики. Пути и механизмы преобразования энергии в живых системах. Образование АТФ и других макроэргических соединений в клетках. Роль АТФ и трансмембранной разности электрохимических потенциалов (ТЭП) в трансформации и запасании энергии в клетке. Мембранная биоэнергетика: ионные насосы, первичные и вторичные генераторы ТЭП.
Хемоорганотрофный метаболизм. Системы субстратного и мембранного фосфорилирования. Аэробное дыхание. Цепь переноса электронов, окислительное фосфорилирование в дыхательной цепи. Основные виды акцепторов электронов.
Основные пути превращения глюкозы в пируват (гликолиз, путь Энтнера-Дудорова, пентозофос-фатный путь, пентозофосфокетолазный путь). Цикл Кребса. Типы брожения.
Хемолитотрофный метаболизм. Особенности строения дыхательной цепи хемолитотрофов. Окис-ление водорода, нитритов, аммиака хемолитотрофами. Обратный транспорт электронов.
Хлорофильный фототрофный метаболизм. Основные типы процессов, доноры электронов. Бес-хлорофильный фотосинтез.

 

2.3. Конструктивный метаболизм
Подготовительный метаболизм белков, жиров, углеводов, аминокислот, углеводородов, спиртов, органических кислот.
Глюконеогенез. Глиоксилатный цикл. Биосинтез через пируват и ацетил-КоА.
Автотрофная и гетеротрофная фиксация СО2. Цикл Кальвина.
Ассимиляция С1-соединений (метанола, метана, муравьиной кислоты и др.). Сериновый, рибуло-зомонофосфатный и ксилулозомонофосфатный путь фиксации формальдегида.
Ассимиляция источников азота и серы. Азотфиксация. Синтез эндогенных доноров азота и серы (глутаминовой кислоты, глутамина, цистеина).
Биосинтез первичных и вторичных метаболитов.
Биосинтез информационных биополимеров: белков, нуклеиновых кислот. Основные этапы про-цессов, их организация в клетках эу- и прокариот. Репликация ДНК. Транскрипция ДНК. РНК-полимераза и промотор. Процессинг РНК. Трансляция, ее этапы, функция рибосом. Процессинг белка.

 

2.4. Основы регуляции метаболизма
Определение, уровни регуляции. Регуляция активности ферментов путем обратимой ковалентной модификации. Регуляция активности путем нековалентного взаимодействия с эффекторами (мо-дуляция).
Регуляция экспрессии генов. Контроль на уровне инициации транскрипции. Позитивный и нега-тивный контроль экспрессии генов. Индукция. Репрессия конечным продуктом. Катаболитконтролируемые опероны: модель лактозного оперона. Контроль на уровне терминации транскрипции. Аттенюаторконтролируемые опероны: модель триптофанового оперона. Мультивалентная регуляция экспрессии генов.

Раздел 3. Основные принципы, этапы и области применения биотехнологии

3.1. Основные принципы и этапы технологии производства биопрепаратов
Сырье для биосинтеза и оценка его биологической ценности. Основные источники углерода, азо-та, фосфора, микроэлементов.
Методы стерилизации питательных сред. Кинетика гибели микроорганизмов
Методы очистки и стерилизации воздуха. Схема очистки и стерилизация отработанного воздуха.
Получение посевного материала. Требования к его качеству. Методы культивирования. Периоди-ческое и непрерывное культивирование. Их особенности.
Непрерывные процессы культивирования. Теория хемостата. Полунепрерывные (fed batch culture) и периодические процессы культивирования.
Кинетическое описание процесса роста микроорганизмов при периодическом культивировании, фазы роста. Экономический и метаболический коэффициенты. Влияние субстрата и продуктов на удельную скорость роста (уравнения Моно и Иерусалимского).
Типовые технологические приемы стадии выделения и очистки продуктов биосинтеза. Сепариро-вание и промывка. Упаривание суспензии. Сушка. Спо¬собы сушки.
Основное оборудование производства биопрепаратов (аппараты для вырашивания микроорганиз-мов, стерилизации среды и воздуха, флотации, ультрафильтации, сепарации, сушки).
Методы контроля биотехнологического производства.

3.2. Области применения биотехнологии
Производство кормового белка - белка одноклеточных микроорганизмов. Промышленные штам-мы-продуценты. Сырьевая база. Требования, предъявляемые к качеству готового продукта.
Производство биомассы пекарских дрожжей (прессованные дрожжи, активные сухие дрожжи). Требования к продукту и субстратам.
Ферменты и ферментные препараты. Классификация. Номенклатура. Технология синтеза, выделе-ния и применения ферментных препаратов. Использование ферментов микробного происхождения в пищевой и кормовой промышленности.
Микробиологическое производство индивидуальных L-аминокислот кормового назначения.
Микробиологическое производство кормовых антибиотиков
Микробиологическое производство концентратов витаминов кормового назначения.
Биотехнологии бактериальных и грибных средств защиты растений от вредных насекомых (инсектициды, фунгициды).
Биотехнологии бактериальных удобрений.
Микробиологическое производство индивидуальных органических кислот (уксусной, лимонная, молочной кислоты).
Производство микробных полисахаридов. Применение в пищевой промышленности.
Технологии продуктов трансформации органических соединений ферментами микроорганизмов.
Микробиологическое производство возобновляемых источников энергии: этанола, метана, био-конверсией органических отходов и растительного сырья.
Бактериальное выщелачивание химических элементов из руд, концентратов и горных пород, обо-гащение руд, биосорбция металлов из растворов.
Производство растворителей (ацетон, бутанол, этанол). Характеристика сырья и продуцентов. Основные этапы производства и условия культивирования продуцентов. Получение готового продукта. Оптимизация процесса получения растворителей.
Биологическая очистка сточных вод. Принципиальные схемы очистных сооружений. Основные принципы работы, методы и сооружения аэробной и анаэробной биологической очистки сточных вод и переработки промышленных отходов.
Биологические методы очистки воздуха. Биологическая дезодорация газов. Основные методы и принципиальные конструкции установок.
Биоремедиация и биологическая очистка природных сред.

 

 

Основная:
1. Нельсон Д. Основы биохимии Ленинджера: в 3 т.; пер. с англ. - Т.1: Основы биохимии. Строе-ние и катализ / ред.: А. А. Богданов, С. Н. Кочетков; пер. Т. П. Мосолова, 2012. - 694 с.
2. Сафарова В.Г. Химия биологически активных веществ : учеб. пособие / В. Г. Сафарова, В. В. Зорин, 2007. - 127 с.
3. Кольман Я. Наглядная биохимия / Я. Кольман 2011.- Изд-во Бином Лаборатория знаний.- 469 с.
4. Плакунов В.К., Николаев Ю.А. Основы динамической биохимии / Учеб. пособие для вузов.- М.: Логос, 2010.- 216 с.
5. Уилсон К. Принципы и методы биохимии и молекулярной биологии / К. Уилсон, Дж. Уокер.- 2011.- Изд-во Бином Лаборатория знаний - 780 с.
6. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология: учебник для вузов. - 2-е изд., испр. - М.: Академия, 2008.- 400 с.
7. Клетки /под ред. Льюина и др. 2010.- Изд-во Бином Лаборатория знаний.- 951 с.
8. Современная микробиология. Прокариоты. Под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлегеля. В 2-х томах. М.: Мир, 2005 г.- т.1 - 656 с.
9. Современная микробиология. Прокариоты. Под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлегеля. В 2-х томах. М.: Мир, 2005 г.- т.2.- 496 с.
10. Нетрусов А.И., Котова И.Б. Общая микробиология : учебник для стул. высш. учеб. заведений /. - М. : Издательский центр "Академия", 2007. - 288 с.
11. Теоретические основы биотехнологии. Биохимические основы синтеза биологически актив-ных веществ: Учеб. пособие для вузов /Под ред. И.М. Грачевой. - М.: Эливар, 2003.- 554 с.
12. Безбородов А.М., Квеситадзе Г.И. Микробиологический синтез.- СПб.: Проспект Науки, 2011.- 144 с.
13. Загоскина Н.В., Назаренко Л.В., Калашникова Е.А., Живухина Е.А. Биотехнология. Теория и практика. Изд.: Оникс, 2009 г., 496 с.
14. Сазыкин Ю.О. Биотехнология.- 2 изд-е.- М: ИЦ «Академия».- 2007.- 256 с.
15. Шмид Р. Наглядная биотехнология / Р.Шмид.-2011.- Изд-во Бином Лаборатория знаний.-448 с.
16. Ферментационные аппараты для процессов микробиологического син-теза: учеб. пособие / А. Ю. Винаров, Л. С. Гордеев, А. А. Кухаренко, В. И. Панфилов; ред. В. А. Быков. - М.: ДеЛи принт, 2005. - 278 с
17. Прикладная экобиотехнология : в 2 т.: учебное пособие / А. Е. Кузнецов [и др.]. - (Учебник для высшей школы). Т.1, 2012. - 629 с
18. Прикладная экобиотехнология : в 2 т.: учебное пособие / А. Е. Кузнецов [и др.]. - (Учебник для высшей школы). Т.2, 2012. - 485 с

 

Дополнительная:
Ленинджер А. Основы биохимии. В 3-х томах. М.: Мир.- 1985.- 1051 с.
Глик Б., Дж. Пастернак Молекулярная биотехнология: принципы и применение. М: Мир.- 2002.- 589 с.
Экология микроорганизмов: Учебник для вузов /Под ред. А.И. Нетрусова. -М.: ACADEM, 2004.- 272 с.
Промышленная микробиология. Под ред. Егорова Н.С. М.: Высшая школа, 1989.- 687 с.
Шлегель Г. Общая микробиология. М.: Мир.- 1987.- 566 с.
Плакунов В.К. Основы энзимологии: Учеб. пособие для вузов. -М.: Логос, 2002.- 128 с.
Бирюков В.В. Основы промышленной биотехнологии / В.В. Бирюков.- М.: Колос.- 2004.
Егорова Т.А., Клунова С.М.,Живухина Е.А. Основы биотехнологии:Учеб.пособ. для вузов.- М.: Academa, 2003.- 208с.
Грачева И.М., Кривова А.Ю. Технология ферментных препаратов. М.: Элевар.- 2000.- 512 с.
Кантере В.М. Теоретические основы технологии микробиологических производств. М.: Агропро-миздат, 1990.- 271 с.
Калунянц К.А., Голгер Л.И., Балашов В.Е. Оборудование микробиологических производств. М.: Агропромиздат, 1987.- 398 с.
Елинов Н.П. Основы биотехнологии. СПб.: Наука (Сибирское отделе ние).- 1995.- 600 с.
Гапонов К.П. Процессы и аппараты микробиологических производств.- М.: Легкая и пищевая промышленность.- 1981.- 240 с.