Математическое моделирование биотехнологических процессов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИФБиБТ
______________/В. А. Сапожников
«___» ____________ 2013 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина
М3.ДВ4 – Математическое моделирование
биотехнологических процессов
Укрупненная группа
Направление
020000 – Естественные науки
020400.68 – Биология
Магистерская программа 020400.68.01 – Микробиология и биотехнология
Институт
Институт фундаментальной биологии и биотехнологии
Кафедра
Базовая кафедра биотехнологии
Квалификация (степень) выпускника
Магистр
Красноярск
2013
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
составлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным
стандартом высшего профессионального образования по укрупненной группе
__________020000 – естественные науки
направления (профиля) ___________020400.68 – биология______
Программу составили д.т.н., профессор П. В. Миронов
Заведующий кафедрой д.б.н., профессор Т. Г. Волова
_
«_____»_______________2013 г.
Рабочая программа обсуждена на заседании базовой кафедры биотехнологии
«______» _________________ 2013 г. протокол № _____________
Заведующий кафедрой д.б.н., профессор Т. Г. Волова
_
Рабочая программа обсуждена на заседании НМСИ _____________
_____________________________________________________________
«______» __________________ 201___ г. протокол № _____________
Председатель НМСИ __________________________________________
Дополнения и изменения в учебной программе на 201 __/201__ учебный
год.
В рабочую программу вносятся следующие изменения: _____________
_____________________________________________________________
__________________________________________________________________
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на на заседании базовой
кафедры биотехнологии
«____» _____________ 201__г. протокол № ________
Заведующий кафедрой _________________________________________
Внесенные изменения утверждаю:
Директор ИФБиБТ _________________________________________
1. Цели и задачи изучения дисциплины
1.1. Цель преподавания дисциплины
Курс «Математическое моделирование биотехнологических процессов»
относится к числу дисциплин специализации. Основной целью данного курса
является изучение важнейших закономерностей, лежащих в основе многих
биотехнологических процессов – кинетики ферментативных реакций и ферментативного катализа, роста и развития микробных популяций, синтеза продуктов метаболизма микроорганизмами. В задачи биологической кинетики
входит выяснение закономерностей протекания во времени биологических
процессов на молекулярном или клеточном уровне; механизмов, определяющих их скорости и выявление лимитирующих стадий. Составной частью
биологической кинетики является математическое описание протекания процессов во времени при использовании молекулярных представлений и законов физической и химической кинетики.
В настоящее время биологическая кинетика является основой управляемого биосинтеза. Одной из важных частей биокинетики является анализ кинетических закономерностей роста и развития микробных популяций. По
своей природе микробиологические процессы представляют собой ферментативные реакции, протекающие в полиферментных системах при переменной концентрации биокатализаторов - ферментов. Специфической особенностью роста микроорганизмов является автокаталитический характер процесса, определяемый увеличением общей концентрации ферментов в системе
по мере развития популяции. В силу этого оказывается целесообразным
применение в микробиологии ряда формальных методов и приемов, развитых при анализе кинетических закономерностей ферментативного катализа.
Изучаемые методы и подходы направлены на то, чтобы выработать
у студентов навыки анализа особенностей протекания процессов ферментативного катализа и микробного роста, создания представлений о механизмах
явлений. Рассматриваемые в данном пособии кинетические основы ферментативных и микробиологических процессов важны при решении вопросов как
фундаментальной, так и прикладной микробиологии.
Дисциплина «Математическое моделирование биотехнологических процессов» интегрирует знания основных закономерностей и особенностей в области химической, ферментативной и микробиологической кинетики и в связи
с этим в курсе значительное место уделено изучению математических моделей
процессов ферментативного катализа, периодического и непрерывного культивирования микроорганизмов с учётом влияния различных физико-химических факторов и их анализа. Рассматриваются методы определения количественных характеристик ферментативного катализа, роста и развития микробных культур и синтеза целевых продуктов, расчёта оптимальных условий синтеза.
Современные тенденции в развитии биотехнологии требуют повышения
качества подготовки специалистов как на основе улучшения фундаментальной
подготовки по инженерно-химическому циклу учебных дисциплин, так и в
связи с необходимостью интенсификации и модернизации действующих производств, их укрупнения и комбинирования, развития экологически чистых и
безотходных производств, создания энерго- и ресурсосберегающих технологий.
Цели изучения дисциплины:
В настоящее время биологическая кинетика является основой управляемого количественного биосинтеза в биотехнологических процессах. В связи с
этим целью настоящего курса является выяснение механизмов, определяющих
скорости биологических процессов и влияния на эти процессы различных физических и химических факторов, а также изучение такого важного инструмента биологической кинетики, каким является математическое описание протекания биологических процессов во времени при использовании молекулярных представлений и принципов физической и химической кинетики.
1.2 Задачи изучения дисциплины
Основные задачи курса заключаются в следующем:
- овладеть теоретическими знаниями в области основных направлений
биологической кинетики: кинетики ферментативных, микробиологических и
популяционных процессов;
- приобрести практические навыки количественного анализа ферментативных реакций, роста микроорганизмов, закономерностей изменения численности популяций;
- приобрести навыки создания простейших математических моделей
биологических процессов и их анализа;
- получить основы теоретической базы, необходимой для освоения и
понимания биологических дисциплин специальности.
В результате изучения курса студенты должны знать:
- основные области и направления развития биологической кинетики,
её роль в развитии биологии и биотехнологии;
- основные методы экспериментального изучения кинетических процессов и их математический анализ;
- механизмы ферментативного катализа, действие ингибиторов и активаторов ферментативных реакций; механизмы влияния физических факторов
на скорости ферментативных реакций и рост микроорганизмов.
Должны быть получены также навыки выбора и обоснования оптимальных условий функционирования ферментных систем и культур микроорганизмов; применения теоретических основ дисциплины для анализа конкретных
задач; построения и анализа простейших математических моделей биологических процессов.
Дисциплина способствует формированию следующих компетенций:
а) общекультурные компетенции (ОК):
ОК-1: способен к творчеству (креативность) и системному мышлению;
ОК-2: способен к инновационной деятельности;
ОК-3: способен к адаптации и повышению своего научного и культурного уровня;
б) профессиональные (ПК) – общепрофессиональные:
ПК-2: знает и использует основные теории, концепции и принципы в избранной области деятельности, способен к системному мышлению.
ПК-3: самостоятельно анализирует имеющуюся информацию, выявляет
фундаментальные проблемы, ставит задачу и выполняет полевые, лабораторные биологические исследования при решении конкретных задач по специализации с использованием современной аппаратуры и вычислительных
средств, демонстрирует ответственность за качество работ и научную достоверность результатов.
ПК-6: творчески применяет современные компьютерные технологии
при сборе, хранении, обработке, анализе и передаче биологической информации.
в) в соответствии с видами деятельности:
ПК-12: применяет методические основы проектирования и выполнения
полевых и лабораторных биологических и экологических исследований с использованием современной аппаратуры и вычислительных комплексов (в соответствии с целями магистерской программы), генерирует новые идеи и методические решения.
ПК-13: самостоятельно использует современные компьютерные технологии для решения научно-исследовательских и производственно-технологических задач профессиональной деятельности, для сбора и анализа биологической информации.
1.3 Межпредметная связь
Дисциплина «Математическое моделирование биотехнологических процессов» относится к циклу М.3 (профессиональный цикл), вариативная часть,
курс по выбору студента. Изучение данной дисциплины опирается на основные представления химии, биохимии, микробиологии и должно обеспечить
правильное понимание развития биотехнологических процессов во времени,
влияния на эти процессы различных химических и физических факторов. По
целевому направлению и месту в учебных планах настоящий курс логически
связывает между собой общенаучные, общехимические и общеинженерные
дисциплины.
2. Объем дисциплины и виды учебной работы
Трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы (72 часа).
Программой курса предусмотрены лекции (8 ч) и практические занятия (24 ч).
Важное место в овладении данным курсом отводится самостоятельной работе студентов (40 ч).
Объем дисциплины и виды учебной работы приведены в табл. 1.
Таблица 1
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия:
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Самостоятельная работа:
изучение теоретического курса (ТО)
реферат
Вид итогового контроля
Всего
зачетных
единиц
(часов)
2,0 (72)
0,89 (32)
0,22 (8)
0,67 (24)
1,11 (40)
1,0 (36)
0,11 (4)
зачет
Семестр
9
2,0 (72)
0,89 (32)
0,22 (8)
0,67 (24)
1,11 (40)
1,0 (36)
0,11 (4)
зачет
3. Содержание дисциплины
3.1 Разделы дисциплины и виды занятий в зачетных единицах (часах)
Разделы дисциплины приведены в табл. 2.
Таблица 2
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
Раздел дисциплины
Раздел 1. Основные понятия и принципы кинетики биологических процессов
Раздел 2. Кинетика ферментативных процессов
Раздел 3. Молекулярная ферментативная кинетика
Раздел 4. Методы ферментативной кинетики
Раздел 5. Кинетика микробиологических процессов
Раздел 6. Непрерывное культивирование микроорганизмов
ВСЕГО:
Лекции
(часы)
ПЗ
(часы)
СР
(часы)
Формируемые
компетенции
0,03 (1) 0,08 (3) 0,22 (8)
0,03 (1) 0,08 (3) 0,22 (8)
0,06 (2) 0,17 (6) 0,22 (8)
0,03 (1) 0,08 (3) 0,11 (4)
0,06 (2) 0,17 (6) 0,17 (6)
0,03 (1) 0,08 (3) 0,17 (6)
0,22 (8)
0,67
(24)
3.2 Содержание разделов и тем лекционного курса
1,11
(40)
ОК-1,
ОК-2,
ОК-3;
ПК-2,
ПК-3,
ПК-6,
ПК-12,
ПК-13
РАЗДЕЛ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИПЫ КИНЕТИКИ
БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Тема 1. Предмет биологической кинетики. Особенности биологической
кинетики, её различия с химической кинетикой
Введение. Предмет биологической кинетики. Характеристика основных
направлений биологической кинетики. Значение биологической кинетики для
биотехнологии. Особенности биологической кинетики, её различия с химической кинетикой
Тема 2. Основные положения и законы химической кинетики
Закон действующих масс; константа скорости химической реакции; константа равновесия; молекулярность и порядок химической реакции; основные
принципы химической кинетики
Тема 3. Методы анализа кинетических результатов
Графическое изображение кинетических результатов. Методы определения скоростей химических реакций; метод эмпирического дифференцирования; интегральный метод; методы определения порядка реакции; компьютерные методы анализа кинетических результатов; влияние температуры на скорость химических реакций
РАЗДЕЛ 2. КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ
Тема 1. Основные понятия ферментативной кинетики
Биологические катализаторы - ферменты; специфичность действия ферментов; активный центр фермента; фермент-субстратные комплексы; активированный комплекс; механизмы действия ферментов; модель МихаэлисаМентен
Тема 2. Методы определения параметров уравнения Михаэлиса-Ментен
Линеаризация уравнения Михаэлиса-Ментен: метод Лайнуивера-Бэр-ка;
метод Вульфа-Августинсона-Идая; другие методы линеаризации уравнения
Михаэлиса-Ментен; интегральная форма уравнения Михаэлиса-Ментен
Тема 3. Кинетика ингибирования ферментативных реакций
Понятие об ингибиторах ферментов; обратимые и необратимые ингибиторы; конкурентные ингибиторы; неконкурентные ингибиторы; бесконкурентные ингибиторы; специфическое и неспецифическое ингибирование; механизмы действия ингибиторов ферментативных реакций
Тема 4. Ингибирование ферментативных реакций избытком субстрата
Влияние избытка субстрата на скорость ферментативных реакций; влияние концентрации ионов водорода на скорость ферментативных реакций; активация ферментативных реакций; способы определения параметров уравнения Михаэлиса-Ментен в случае ингибирования избытком субстрата и ионами
водорода
РАЗДЕЛ 3. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФЕРМЕНТАТИВНАЯ КИНЕТИКА
Тема 1. Молекулярные механизмы ферментативного катализа
Теория индуцированного соответствия Кошланда; вклад энергети-ческих и энтропийных факторов в увеличение скорости ферментативных реакций; молекулярные механизмы влияния температуры на равновесие ферментативной реакции.
Тема 2. Влияние температуры на скорость ферментативных реакций
Уравнение Аррениуса и ферментативная кинетика; молекулярные механизмы влияния температуры на скорость ферментативной реакции; влияние
температуры на ингибирование ферментативных реакций
РАЗДЕЛ 4. МЕТОДЫ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ КИНЕТИКИ
Тема 1. Экспериментальные методы ферментативной кинетики
Методы отбора проб и непрерывных наблюдений; химико-аналитические методы; хроматографические методы; электрохимические методы;
оптические методы, манометрические методы; другие методы
Тема 2. Изучение кинетики быстропротекающих реакций
Методы быстрого потока; методы постоянного потока; методы остановленного потока; релаксационные методы
РАЗДЕЛ 5. КИНЕТИКА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Тема 1. Характеристика различных способов культивирования микроорганизмов
Поверхностное культивирование; глубинное периодическое культивирование; кривая роста; фазы роста; глубинное непрерывное культивирование
Тема 2. Способы определения количественных параметров роста по
экспериментальным данным периодического культивирования
Определение удельной скорости роста; времени генерации; экономического коэффициента по биомассе и по продукту
Тема 3. Зависимость скорости роста культур микроорганизмов от концентрации лимитирующего субстрата
Кинетика микробного роста – модель Моно; методы определения констант уравнения Моно по экспериментальным данным периодического культивирования: метод Лайнуивера и Бэрка; метод Вульфа-Августинсона-Идая,
др. методы
Тема 4. Ингибирование и активация роста микроорганизмов. Влияние
температуры и рН на рост микроорганизмов
Конкурентное ингибирование роста микроорганизмов; неконкурентное
ингибирование роста микроорганизмов; определение параметров уравнения
Моно для случаев конкурентного и неконкурентного ингибирования; влияние
температуры и рН на рост микроорганизмов
Тема 5. Интегральная форма уравнения роста культуры микроорганизмов
Вывод уравнения роста культуры микроорганизмов при условии утилизации субстрата в процессе роста; анализ уравнения роста культуры микроорганизмов в интегральной форме
РАЗДЕЛ 6. НЕПРЕРЫВНОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ
МИКРООРГАНИЗМОВ
Тема 1. Непрерывное культивирование микроорганизмов. Классификация систем непрерывного культивирования
Понятие о непрерывном культивировании; условия непрерывного культивирования микроорганизмов; саморегулирующая способность микроорганизмов в процессах непрерывного культивирования; классификация систем
непрерывного культивирования
Тема 2. Характеристика открытых систем непрерывного культивирования. Теория хемостатного культивирования
Открытые одноступенчатые гомогенно-непрерывные системы; понятие
о хемостате и турбидостате; теория хемостатного культивирования: система
кинетических уравнений, описывающих поведение непрерывной культуры
(модель Моно); анализ модели Моно; стационарные режимы; хемостатная
кривая; производительность хемостата по биомассе
3.3 Практические (семинарские) занятия
1. Кинетика ферментативных реакций: анализ начальных скоростей реакций.
1.1. Кинетическое описание двухстадийных ферментативных реакций
1.2. Определение кинетических параметров ферментативных реакций из экспериментальных данных
1.3. Влияние обратимых эффекторов (ингибиторов и активаторов) на
кинетику ферментативных реакций
2. Применение интегральной формы уравнения Михаэлиса-Ментен для
кинетического анализа ферментативных реакций
2.1. Интегральный анализ кинетики действия ферментов
2.2. Практическое применение интегрального метода.
3. Влияние температуры на кинетику ферментативных реакций
3.1. Зависимость кинетических и равновесных параметров ферментативных реакций от температуры
3.2. Изучение термодинамики конформационных изменений активных
центров ферментов
3.4 Лабораторные занятия
Учебным планом не предусмотрены.
3.5 Самостоятельная работа
Условием успешной профессиональной деятельности выпускника СФУ
и его дальнейшего карьерного роста является его профессиональная мобильность, умение самостоятельно получать новые знания, повышать квалификацию.
Учебной программой предусмотрено 55 % объема времени изучения материала на самостоятельную работу студентов. Данный вид работы является
обязательным для выполнения. При самостоятельном выполнении различных
видов заданий студент учится самостоятельно принимать решения, разбирать
и изучать новый материал, работать с периодической научной литературой.
Самостоятельная работа включает:
– самостоятельное изучение теоретического материала с использованием рекомендуемой литературы;
– подготовку к практическим занятиям;
– написание и защита реферата.
По каждому виду работы студент должен выполнить задания, приведенные в методических указаниях по самостоятельной работе и согласованные с
преподавателем. Выполненные задания оформляются в соответствии с требованиями оформления студенческих текстовых документов и сдаются преподавателю в соответствии с графиком самостоятельной работы (прил. 3).
3.5.1. Самостоятельное изучение теоретического материала
При самостоятельном изучении теоретического курса студентам необходимо:
1) самостоятельно изучить темы теоретического курса в соответствие
учебной программой дисциплины;
2) подготовить устные ответы на контрольные вопросы, приведенные
ниже.
Контрольные вопросы
1. Качественное исследование математических моделей биологических
процессов. Элементы качественной теории динамических систем второго порядка (характеристика простейших математических моделей биологических
процессов).
Простейшие кинетические математические модели биологических процессов как системы двух дифференциальных уравнений первого порядка (динамические системы). Понятие о фазовой траектории, фазовой плоскости, фазовом портрете динамических систем. Качественный анализ поведения динамических систем. Особые точки.
2. Построение фазового портрета системы. Исследование устойчивости
особых точек. Основные типы состояний устойчивости.
Характер устойчивости и типы особых точек. Построение фазового
портрета системы. Исследование устойчивости особых точек методом теории
возмущений. Основные типы состояний устойчивости: устойчивый узел и неустойчивый узел; седло; центр; устойчивый и неустойчивый фокусы.
3. Анализ модели «хищник-жертва» (модель Вольтерра).
Система уравнений, описывающих поведение модели «хищникжертва»; анализ устойчивости системы; зависимости численности популяций
хищника и жертвы в замкнутой системе от времени.
4. Анализ устойчивости режимов хемостата.
Система уравнений для модели хемостата в безразмерных параметрах;
анализ устойчивости хемостата; колебательные режимы концентраций биомассы и субстрата в хемостате.
3.5.2. Написание и защита рефератов
В рамках курса «Математическое моделирование биотехнологических
процессов» выполняется два реферата по выбранным студентами темам из нижеприведенного списка.
Перечень тем рефератов
1. Химия каталитического действия ферментов
2. Специфичность действия ферментов
3. Скорости элементарных стадий в ферментативном катализе
4. Биокатализаторы на основе иммобилизованных ферментов
5. Биокатализаторы на основе иммобилизованных клеток
6. Макрокинетика реакций с иммобилизованными ферментами
7. Использование ферментов в органическом синтезе
8. Использование ферментов в аналитической химии
9. Носители и методы иммобилизации ферментов
10. Ферментативная кинетика и ингибирование
11. Влияние температуры на скорость и равновесие ферментативных реакций
12. Кинетика ферментативных реакций в открытых системах. Проточные реакторы идеального перемешивания
13. Инженерная энзимология: принципы конструирования биокатализаторов с необходимыми свойствами
14. Биокаталитические методы защиты окружающей среды.
15. Качественное исследование устойчивости биологических систем:
анализ модели «хищник-жертва» (модель Вольтерра).
16. Качественное исследование устойчивости биологических систем:
анализ устойчивости режимов проточного биореактора (хемостат).
17. Зависимость скорости роста культур микроорганизмов от концентрации лимитирующего субстрата: анализ схемы с необратимой трансформацией
субстрата в клетке
18. Репликация, транскрипция, трансляция в кинетике роста микробных
культур
19. Модель многосубстратного процесса микробного роста
20. Ингибирование и активация роста культур микроорганизмов
21. Кинетика ингибирования роста культур микроорганизмов продуктами
22. ферментации
23. Периоды индукции на кинетических кривых роста микроорганизмов
24. Культивирование микроорганизмов в режиме хемостата: методы
экспериментального определения параметров роста по стационарным состояниям в условиях неосложнённого роста
25. Культивирование микроорганизмов в режиме хемостата: методы
экспериментального определения параметров роста в условиях ингибирования продуктами метаболизма
26. Симбиотические ассоциации микроорганизмов: кинетический анализ роста ассоциации культур двух микроорганизмов.
Написание реферативного исследования требует самостоятельности и
творческого подхода. Основной целью работы является раскрытие одной из
тем, предложенных преподавателем или выбранных самим студентом, по согласованию с преподавателем. Основа реферата выполняется с использованием учебной и научной литературы и обязательно подкрепляется материалами из научных статей журналов, которые доступны на сайтах научных баз
данных, поисковых систем, издательств, в том числе и на сайте научной библиотеки СФУ (www.lib.sfu-kras.ru).
Тему реферата студент выбирает самостоятельно из представленных
выше или предлагает свою) и утверждает у преподавателя в течении первых
двух недель обучения.
Реферат должен быть оформлен в соответствии с требованиями оформления студенческих текстовых документов, объемом не менее 20 машинописных страниц.
Реферат включает следующие структурные элементы: Титульный лист,
Содержание, Введение, Обзор литературы, Заключение, Библиографический
список, Приложения. Подробное описание структуры реферата по дисциплине
«Математическое моделирование биотехнологических процессов » представлено в методических указаниях по самостоятельной работе и организационнометодических указаниях по дисциплине «Математическое моделирование
биотехнологических процессов ».
Реферат должен сопровождаться библиографическим списком, который
составляют в соответствии с ГОСТ 7.12003 «Библиографическая запись. Библиографическое описание» .
1. Для защиты реферата студент готовит презентационные материалы,
оформленные в виде последовательности слайдов, демонстрируемых на экранах для аудитории слушателей. Электронные презентационные материалы
(ЭПМ) разрабатываются как средство сопровождения общения докладчика с
аудиторией, при этом современные ЭПМ должны предоставлять докладчику
возможность произвольно регулировать темп изложения материала, частоту
смены слайдов, а также дополнять письменно или устно сведения, представ-
ленные на слайдах. ЭПМ являются средством, предоставляющим возможность наглядного сопровождения образовательного и научного процесса с
применением мультимедийных технологий, в том числе с использованием графических образов, что особенно важно при изучении дисциплины «Математическое моделирование биотехнологических процессов », поскольку появляется возможность понять на молекулярном уровне, например с помощью специальных мультимедийных элементов, основные механизмы, лежащие в основе биологических процессов. При подготовке рефератов рекомендуется использовать лицензионное программное обеспечение СФУ.
Организация самостоятельной работы производится в соответствии с
графиком учебного процесса и самостоятельной работы, представленного в
Приложении 1.
4. Образовательные технологии
К задачам применения современных образовательных технологий при
изучении дисциплины «Математическое моделирование биотехнологических
процессов » в соответствии с требованиями подготовки магистров относятся:
 получение знаний, составляющих основу научных представлений об
информации, информационных процессах, системах, технологиях и моделях в
научных исследованиях;
 овладение умениями работать с различными видами информации с
помощью компьютера и других средств информационных и коммуникационных технологий (ИКТ), организовывать научно-исследовательскую деятельность и планировать ее результаты;
 развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих
способностей средствами ИКТ;
 выработка навыков применения средств ИКТ в повседневной жизни
при выполнении индивидуальных и коллективных проектов, в первую очередь
научных.
Основные базы данных и программное обеспечение в области молекулярной биологии, биофизики, биохимии и генетики приведены в табл. 7.
Основные поисковые системы на основе семантических технологий web
для доступа к научным публикациям приведены в табл. 8.
Таблица 7
№
п/п
Наименование БД
1
BioSystems
2
Bookshelf
Краткое описание
Содержит информацию о взаимодействии биомолекул,
участвующих в метаболизме болезненных состояний, а
также других биологических процессов
Содержит коллекцию полнотекстовых книг, которые
можно найти в интернете и которые связаны с PubMed
№
п/п
Наименование БД
Краткое описание
Содержит описания кариотипа, флуоресценции in situ,
изображения гибридизации, клиническую информацию
для клеточных линий раковых опухолей
БД изображений последовательностей белковых доменов и профилей
3
Cancer Chromosomes
4
Conserved Domains
5
dbGaP
БД генотипов и фенотипов
6
dbVAR
БД геномных структурных изменений
7
Gene
8
Genome
9
Genome Project
10
NCBI Web Site
11
NLM Catalog
12
Nucleotide
OMIA (Online Mendelian Inheritance in
Animals)
OMIM (Online Mendelian Inheritance in
Man)
13
14
БД генов, в том числе структур геномов, которые были
полностью секвенированы
БД последовательностей и картографических данных
из целых геномов для более 1000 видов и штаммов
Проект «Геном»
БД статических страниц NCBI, содержащая документацию, инструменты, старые выпуски информационных
бюллетеней, описания страниц ресурса, примеры кода
и т. д.
Содержит содержание книг, журналов, аудио- и видеоматериалов, компьютерных программ, электронных ресурсов и другие материалы, хранящиеся в Национальной медицинской библиотеке (NLM)
Нуклеотидная БД
БД генов, унаследованных расстройств и черт различных видов животных (кроме человека и мышей)
БД содержит обзор генов человека, генетических нарушений и других наследственных признаков
15
PopSet
16
17
Protein
Protein Clusters
БД, содержащая связанные нуклеотидные последовательности, которые исходят из сравнительных исследований: филогенетических, населения, окружающей
среды (экосистем) и мутационных исследований
БД, содержащая аминокислотные последовательности
БД связанных последовательностей белков (кластеров)
18
PubMed
БД библиографических описаний/аннотаций
19
PubMed Central
БД полнотекстовых ресурсов, находящихся в открытом
доступе
20
SNP (Single
Nucleotide
Polymorphism)
БД одиночных нуклеотидных полиморфизмов, микросателлитов и т. д.
21
Structure
22
Taxonomy
БД экспериментальных данных из кристаллографического и ЯМР-резонансного определения структуры
БД имен и филогенетических линий для более чем 160
000 организмов, имеющих молекулярные данные в БД
NCBI
Таблица 8
Основные Интернет-ресурсы
для работы с публикациями различного формата
№
п/п
Ресурс
1
Специализированный
научный поисковый сервер Google
2
Концентратор
SciVerse
3
Ресурс
Science Direct
4
Специализированный
научный поисковый сервер SCIRUS
5
Ресурс
издательства
Blackwell
Описание
Поиск текстов статей, книг, информации об организациях, научных сообществах, учебных заведениях; возможность задавать
различные условия поиска текстов
Расширенный поиск по БД
SciVerse Science Direct и Scopus
SciVerse. Более 2500 научных
журналов и 1100 книг
Более 2700 научных журналов
и книг с поисковой системой по
ключевым словам, названию и
выходным данным журнала, фамилии автора. Имеются краткие
аннотации к статьям (abstracts),
доступ к полным текстам в некоторых журналах.
Журналы издательств Elsevier,
Cell Press (Cell, Neuron, Current
Biology и др.), публикации Американской психологической ассоциации (АРА), Academic Press
и ряда других издательств
Является наиболее полным
научным инструментом исследования в Интернете. Более 410
млн ресурсов в том числе: журналы, домашние страницы ученых, учебные курсы, патенты и т.
д.
Открытый доступ к полным
текстам статей в журналах издательства Blackwell.
Журналы: Psychophysiology;
Journal of Neurochemistry; Genes,
Brain and Behavior; Journal of
Neuroimaging; The Journal of
Physiology; Acta Physiologica;
Journal of Sleep Research; Sleep
and Biological Rhythms; Psychological Science; European Journal
of Neuroscience и др.
Интернет-адрес
http://scholar.google.com
http://www.info.sciverse.com/
http://www.sciencedirect.com/
http://www.scirus.com/
http://onlinelibrary.wiley.com/
№
п/п
Ресурс
6
Ресурс
издательства
Springe
7
Ресурс
Elsevier
8
Ресурс издательства Oxford University
Press
9
Ресурс журнала Science
10
Электронная
библиотека
технической
литературы
11
Международная поисковая
система
Medline на
российском
портале
Medline.ru
Описание
БД с поиском статей по ключевым словам, поиском названий
по первым буквам, алфавитным и
тематическим указателями журналов.
Журналы: Experimental Brain
Research; Neuroscience and Behavioral Physiology; Neurophysiology Review; Neurochemical Research; Neurochemical Journal;
Psychological research; Psychopharmacology; Behavior; Journal
of Nonverbal Behavior и др.
Более 2200 журналов, систематизированных по алфавиту и по
предметным областям. Журналы:
Brain Research, Brain Research
Bulletin, Neuroscience, Neuroscience Research, Neuroscience Letters, Neuroimaging, Journal of
Neuroscience Methods, Brain and
Cognition, Neuropsychologia, Behavioral Brain Research, Physiology & Behavior и др.
Список журналов по алфавиту
и по предметным разделам, поиск статей по ключевым словам
Бесплатная регистрация позволяет получить доступ к полным
текстам статей в выпусках журнала с 1996 года
Полные тексты статей в журналах IEEE, IET – с 1988 года,
книги IEEE – с 1974 года, сборники материалов конференций и
другие публикации. Журналы:
Neural Networks; Medical Imaging; Acoustics, Speech and Signal
Processing Newsletters; Biomedical Engineering; Neural Systems
and Rehabilitation Engineering и
др.
Публикации по медицине и
биологии
Интернет-адрес
http://www.springerlink.com/home/main.mpx
http://top25.sciencedirect.com
http://www.elsevier.ru
http://www.oxfordjournals.org
http://www.sciencemag.org/
http://ieeexplore.ieee.org/
http://www.medline.ru/
№
п/п
12
Ресурс
Описание
Библиотечный сервис Ato-Z
С помощью нового библиотечного сервиса A-to-Z электронные
ресурсы различных издательств
объединены в одну систему, что
позволяет пользователю переходить из одной БД в другую, не
производя поиск в каждом ресурсе отдельно
Интернет-адрес
http://atoz.ebsco.com/
Кроме этого дисциплина относится к тому спектру дисциплин, где использование технологий e-Science, в частности представление отчетов по некоторым модулям в режиме on-/off-line с использованием закрытого образовательного раздела сайта Института фундаментальной биологии и биотехнологии ФГАОУ СФУ (http://bio.sfu-kras.ru/?page=275) и/или сайта проекта «Биотехнологии новых биоматериалов» http://biotech.sfu-kras.ru/?page=1 (Проект
Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ «Биотехнологии новых биоматериалов» стал победителем в конкурсе на получение гранта
Правительства РФ для государственной поддержки научных исследований,
проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования и активно поддерживает использование наукоемких технологий в учебном процессе) является
обязательным элементом образовательной траектории.
Использование сети Интернет способствует формированию в образовательном заведении так называемой «технологии открытого обучения», помогающей создать качественно новое информационно-образовательное пространство, в котором увеличивающийся информационный поток заставляет
всех участников процесса переходить от модели накопления знаний к системе
овладения навыками самообразования
5. Учебно-методические материалы по дисциплине
Студентам обеспечена возможность свободного доступа к фондам
учебно-методической документации и интернет ресурсам. Все обучающиеся
имеют открытый доступ к базе Электронного каталога и полнотекстовой базе
данных внутривузовских изданий (http://lib.sfu-kras.ru/); ресурсам Виртуальных читальных залов (http://lib.sfu-kras.ru/eresources/virtual.php); к УМКД
(http://lib.sfu-kras.ru/ecollections/umkd.php); к видеолекциям и учебным фильмам университета (http://tube.sfu-kras.ru/); к учебно-методическим материалам
институтов.
5.1 Основная и дополнительная литература, информационные ресурсы
Основная
1. Математическая биология [Текст] = Mathematical Biology : перевод с
английского / Д. Мюррей ; под науч. ред. Г. Ю. Ризниченко. - М. : Регулярная
и хаотическая динамика ; Ижевск : Институт компьютерных исследований,
2009. Том 1 : Введение = An Introduction. - 2009. - 774 с. : ил. - Библиогр.: с.
705-748. - Предм. указ.: с. 749-766.- Имен. указ.: 767-774. - ISBN 978-5-93972743-3.
2. Ферментативные процессы в биотехнологии [Текст] : монография /
А. М. Безбородов, Н. А. Загустина, В. О. Попов ; отв. ред. Л. И. Воробьева ;
Российская академия наук [РАН]. Институт биохимии им. А.Н.Баха. - Москва
: Наука, 2008. - 335 с. : ил. - Списки лит. в конце гл. - ISBN 978-5-02-035661-0
Дополнительная
3. Арзамасцев, А.А. Математические модели биологических и биотехнологических объектов// Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки, 2009. – Т. 14. – Вып. 5. – С. 951-981.
4. Безбородов, А.М. Ферментативные процессы в биотехнологии : монография / А. М. Безбородов, Н. А. Загустина, В. О. Попов ; отв. ред. Л. И. Воробьева ; Российская академия наук [РАН]. Институт биохимии им. А.Н.Баха. Москва : Наука, 2008. - 335 с.
5. Березин, И. В. Иммобилизованные ферменты : учеб. Пособие для вузов /
И. В. Березин. - Кн. 7. - М. : Высшая школа, 1987. – 159 с.
6. Березин, И. В. Инженерная энзимология : учебное пособие для вузов
/ И. В. Березин. - Кн. 8. - М. : Высшая школа, 1987. – 143 с.
7. Варфоломеев, С. Д. Биокинетика / С. Д. Варфоломеев, К. Г. Гуревич.
- М. : Фаир-Пресс, 1999. – 720 с.
8. Варфоломеев, С. Д. Биотехнология. Кинетические основы микробиологических процессов / С. Д. Варфоломеев, С. В. Калюжный. - М. : Высшая
школа, 1990. - 296 с.
9. Варфоломеев, С. Д. Кинетические методы в биохимических исследованиях / С. Д. Варфоломеев, М. Н. Зайцев. - М. : МГУ, 1982. - 345 с.
10. Варфоломеев, С. Д. Химическая энзимология / С. Д. Варфоломеев. М.: МГУ, 2005. – 408 с.
11. Гордеева, Ю.Л. Моделирование периодического процесса микробиологического синтеза с нелинейной кинетикой роста микроорганизмов /
Ю.Л. Гордеева, Ю.А. Ивашкин, Л.С. Гордеев // Вестник Астраханского государственного технического университета. - № 1. - 2011. - С. 37-42.
12. Загоскина, Н.В. Биотехнология: теория и практика / Л.В. Назаренко, Е.А. Калашникова, Е.А. Живухина – М.: ОНИКС, 2009. – 493 с.
13. Курский, М. Д. Биохимическая кинетика / М. Д. Курский, С. А. Костерин, В. К. Рыбальченко. – Киев : Высш. шк., 1987. - 262 с.
14. Ленинджер, А. Основы биохимии : в 3 т. / А. М. Ленинджер. - Мир,
1985.
15. Романовский, Ю. М. Математическое моделирование в биофизике /
Ю. М. Романовский, Н. В. Степанова, Д. С. Чернавский. - М. : Наука, 1985. 343 с.
16. Рубин, А. Б. Биофизика. Гл. I. Кинетика биологических процессов /
А. Б. Рубин. - М. : Высшая школа, 2003. - 350 с.
Электронные ресурсы
Электронно-библиотечная система Book.ru: http://www.book.ru/
Электронно-библиотечная система elibrary: http://elibrary.ru/
Электронно-библиотечная система «Университетская книга online»:
http://www.biblioclub.ru/
4.2 Перечень наглядных и других пособий, методических указаний и материалов к техническим средствам обучения
Использование новых образовательных технологий позволяет улучшить
восприятие и усвоение информации в процессе теоретического обучения. Для
демонстрационного сопровождения лекций используется мультимедийное
оборудование – интерактивные доски и презентационные комплексы. Для самостоятельной работы студентами используются электронные ресурсы, доступ к которым обеспечивается в электронных читальных залах библиотеки.
4.3 Контрольно-измерительные материалы
Перечень контрольных вопросов
1. Характеристика предмета биологической кинетики. Особенности
биологической кинетики в сравнении с химической кинетикой.
2. Основные понятия кинетики: механизм реакции, скорость реакции,
константа скорости реакции, константа равновесия, порядок реакции.
3. Связь константы скорости химической реакции с термодинамическими параметрами.
4. Основные принципы химической кинетики: зависимость скорости реакции от концентрации реагентов; принцип сохранения общей концентрации
вещества в реакциях; метод стационарных концентраций (метод Боденштейна); принцип независимости протекания реакций.
5. Методы определения начальных скоростей реакций и их зависимостей от концентрации реагентов. Интегральный метод.
6. Методы определения порядка реакции.
7. Влияние температуры на скорость химических реакций. Уравнение
Аррениуса. Графический метод определения энергии активации химических
реакций.
8. Основные понятия ферментативной кинетики: понятие о биокатализаторах-ферментах; активный центр фермента; субстрат; фермент-субстратный комплекс; активированный комплекс; специфичность действия ферментов.
9. Характеристика ингибиторов и активаторов ферментативных реакций.
10. Механизмы действия биологических катализаторов – ферментов.
11. Зависимость скорости ферментативных реакций от концентрации
субстрата. Модель Михаэлиса-Ментен. Графические методы определения параметров уравнения Михаэлиса-Ментен.
12. Интегральная форма уравнения Михаэлиса-Ментен. Графический
метод определения констант уравнения Михаэлиса-Ментен в координатах его
интегральной формы.
13. Кинетика ингибирования ферментативных реакций. Классификация ингибиторов. Механизмы действия ингибиторов.
14. Особенности действия конкурентных и неконкурентных ингибиторов ферментативных реакций. Графические методы определения констант
уравнения Михаэлиса-Ментен при конкурентном и неконкурентном ингибировании.
15. Ингибирование ферментативных реакций избытком субстрата.
Графические методы определения констант уравнения Михаэлиса-Ментен
при ингибировании избытком субстрата.
16. Кинетика влияния концентрации водородных ионов на скорость
ферментативных реакций. Механизмы влияния рН на ферментативную активность.
17. Основные положения теории индуцированного соответствия Кошланда.
18. Вклад энергетических и энтропийных факторов в увеличении скорости ферментативных реакций.
19. Влияние температуры на равновесие и скорость ферментативных реакций.
20. Уравнение Аррениуса в ферментативной кинетике.
21. Влияние температуры на ингибирование ферментативных реакций.
22. Характеристика методов ферментативной кинетики: метод отбора
проб и метод непрерывных наблюдений.
23. Химико-аналитические методы, хроматографические методы,
электрохимические методы, оптические методы, манометрические методы.
24. Методы изучения быстропротекающих реакций: методы «быстрого потока», «остановленного потока», релаксационные методы.
25. Характеристика различных способов культивирования микроорганизмов. Периодическое глубинное и непрерывное глубинное культивирование. Кинетика роста микроорганизмов в периодических условиях.
26. Кривая роста микроорганизмов. Характеристика фаз роста.
27. Уравнение роста в экспоненциальной фазе. Понятие об удельной
скорости роста. Выход биомассы, экономический коэффициент. Понятие о
времени удвоения биомассы (период генерации).
28. Модель Моно в кинетике роста микробной биомассы. Принцип узкого места в кинетике микробного роста. Экспериментальные приёмы определения констант уравнения Моно в условиях периодического глубинного культивирования.
29. Способы определения количественных параметров роста микробных популяций по экспериментальным данным периодического культивирования.
30. Модели роста микробных популяций, отражающие ход кривой роста. Модель Ферхюльста. Уравнение роста микроорганизмов в интегральной
форме.
31. Характеристика процессов ингибирования и активации роста микроорганизмов. Модели Моно, учитывающие конкурентное и неконкурентное
ингибирование роста.
32. Графические методы определения констант уравнения Моно при
конкурентном и неконкурентном ингибировании.
33. Ингибирование роста микроорганизмов в условиях избытка субстрата и продуктами метаболизма.
34. Влияние температуры и концентрации водородных ионов на рост
микроорганизмов.
35. Характеристика систем непрерывного культивирования. Условия
непрерывного культивирования. Саморегулирующая способность микроорганизмов в условиях непрерывного культивирования.
36. Открытые одноступенчатые гомогенно-непрерывные системы.
Принцип работы хемостата и турбидостата.
37. Кинетика хемостатного культивирования. Стационарные режимы.
Теория хемостатного культивирования: система уравнений, описывающая зависимости стационарных концентраций биомассы, субстрата и продукта метаболизма от скорости разбавления (протока).
38. Производительность хемостата по биомассе. Оптимизация производительности хемостата.
39. Определение количественных параметров неосложнённого роста
по экспериментальным данным стационарных состояний хемостатного культивирования. Расчётные методы. Графические методы.
40. Ингибирование избытком субстрата в условиях хемостатного
культивирования. Зависимости стационарных концентраций субстрата и биомассы в хемостате от скорости разбавления в условиях ингибирования избытком субстрата.
41. Ингибирование роста продуктами метаболизма в условиях хемостатного культивирования. Зависимости стационарных концентраций субстрата и биомассы в хемостате от скорости разбавления в условиях конкурентного ингибирования продуктом метаболизма.
42. Методы определения параметров роста по экспериментальным
данным хемостатного культивирования в условиях конкурентного ингибирования продуктом метаболизма.
5. Организационно-методическое обеспечение учебного процесса по
дисциплине в системе зачетных единиц
В соответствии с «Положением об организации учебного процесса в
Сибирском федеральном в Сибирском федеральном университете с использованием зачетных единиц (кредитов) и балльно-рейтинговой системы» организация учебного процесса с использованием системы зачетных единиц (з.е.) и
балльно-рейтинговой системы (БРС) характеризуется следующими особенностями:
 использование Европейской системы переноса и накопления зачетных единиц (кредитов ECTS) и БРС для оценки успешности освоения студентами учебных дисциплин;
 использование основных инструментов ECTS: Учебного договора
«Learning agreement», программы курсов «Course Catalogue», зачетной книжки
«Transcript of Records»;
 полная обеспеченность учебного процесса всеми необходимыми методическими материалами в печатной и электронной формах: учебниками, методическими пособиями, учебно-электронными материалами, доступом к локальным и глобальным сетевым образовательным ресурсам;
 вовлечение в учебный процесс академических консультантов (тьюторов), содействующих студентам в формировании индивидуального учебного
плана и контролирующих регистрацию учебных достижений;
 личное участие каждого студента в формировании своего индивидуального учебного плана на основе большой свободы выбора дисциплин.
Трудоемкость всех видов учебной работы в планах бакалавров и специалистов устанавливается в з.е., как правило, 1 з.е. = 36 академическим часам общей трудоемкости или 27 астрономическим часам. Трудоемкость всех видов работы в учебных планах магистров устанавливается в з.е. (кредитах) и, как правило, соответствует 30 часам общей нагрузки. Трудоемкость может корректироваться в ходе мониторинга учебного процесса по особому регламенту.
Таким образом, зачетная единица (кредит) является условным параметром, рассчитываемым на основе реалистичных экспертных оценок совокупных
трудозатрат среднего студента, необходимых для достижения целей обучения.
Зачетные единицы (кредиты) назначаются всем образовательным компонентам
учебного плана.
Трудоемкость дисциплины учебного плана представляется суммой трудоемкостей всех оцениваемых видов учебной работы.
Трудоемкости могут выражаться в зачетных единицах (кредитах), а
также в % и/или долях общей трудоемкости.
Средневзвешенная оценка (b) по дисциплине устанавливается, как сумма
оценок (bi), умноженных на трудоемкость (zi) оцениваемых видов учебной работы за период аттестации, деленная на общую трудоемкость дисциплины за
период аттестации (округляется до целых, может принимать значения от 0 до
100):
b z  b2 z 2    bm z m
b 1 1
,
z1  z 2    z m
где i = 1, 2,…., m – номера оцениваемых видов учебной работы;
m – количество оценок.
Если общую трудоемкость по дисциплине за период аттестации считать
равной 1 (z1+z2+….+zm=1), то трудоемкости zi становятся весовыми коэффициентами оценок bi в расчете средневзвешенной оценки. Произведение весовых
коэффициентов на оценки bi дает количество баллов набираемых студентом по
данному виду работ, а сумма баллов по всем видам работ и будет средневзвешенной оценкой.
Средневзвешенная оценка может переводиться в традиционную четырехбальную шкалу или буквенную шкалу ECTS.
Максимальное количество баллов, которое студент может набрать за текущую и промежуточную аттестации по дисциплине в семестре распределяется
в пропорции:
 текущая работа
– 50 баллов;
 итоговая аттестация – 50 баллов.
Таблица трудоемкости модулей и видов учебной работы в относительных единицах приведена в Приложении 3. Трудоемкость по модулям распределена неравномерно в связи с их ролью при формировании компетенций и
временем, отводимым на обучение.
По отдельным видам трудоемкость распределена следующим образом:
8% - посещаемость лекционных занятий для обеспечения непосредственного контакта преподавателя при изучении теоретического материала и
определения направленности самостоятельной работы;
30% - работа на семинарских занятиях;
8% - промежуточный контроль в форме коллоквиумов;
4% - защита реферата;
50% - сдача зачета.
Приложение 1
ГРАФИК
учебного процесса и самостоятельной работы студентов
по дисциплине: Математическое моделирование биотехнологических процессов
№
п/п
Наименование
дисциплины
Семестр
Число часов аудиторных
занятий
Всего
1
Математическое
моделирование
биотехнологических процессов
По видам
Лекции – 8
Форма
контроля
Часов на
самостоятельную
работу
Всего
По видам
Зачет
ТО – 8
Практические
- 24
9
32
40
Недели учебного процесса семестра
1
3
4
5
ТО
6
7
8
9
ТО
ПЗ
ПЗ-24
РЕФ- 4
2
ПЗ
ПЗ
ПЗ
10
11
12
13
ТО
ПЗ
ВТ
Р
ПЗ
ПЗ
14
ПК
16
ПЗ
ПЗ
ЗР
ЗР
ТО
ПЗ
ПЗ
ПЗ
ЗР
ПК
15
ПК
Условные обозначения: ТО – изучение теоретического курса; ПК – промежуточный контроль; ВТР – выбор темы реферата; ЗР – защита
реферата (выступление).
Заведующий кафедрой:
«___»______________2013 г.
Т.Г. Волова
Директор Института фундаментальной биологии
и биотехнологии СФУ, профессор
В.А. Сапожников
«___»______________2013 г.
Структура и содержание модулей дисциплины
№
п/
п
1
2
Перечень
Перечень
тем
практически
Наименование
лекционног
хи
раздела,
о курса,
семинарских
срок его реализации входящих в
занятий,
раздел
входящих в
раздел
Тема: 1.1,
Семинары по
Раздел 1. Основные
темам: 1.1,
понятия и принципы 1.2, 1.3
1.2, 1.3
кинетики биологических процессов
1-2 неделя
Раздел 2. Кинетика фер- Тема: 2.1,
Семинары по
ментативных процессов 2.2, 2.4, 2.4 темам: 2.1,
3-4 неделя
2.2, 2.4, 2.4
3 Раздел 3. Молекуляр- Тема: 3.1,
ная ферментативная 3.2
кинетика
5-8 неделя
4 Раздел 4 . Методы фер- Тема: 4.1,
ментативной кинетики 4.2
9-10 неделя
5 Раздел 5. Кинетика
микробиологических процессов
11-14 неделя
Тема: 5.1,
5.2
6 Раздел 6. Непрерывное культивирование микроорганизмов
15-16 неделя
Тема: 6.1,
6.2
Перечень
самостоятельны
х видов работ,
входящих в
раздел, их
конкретное
наполнение
Изучение теоретического материала Темы 1.1,
1.2, 1.3
Реализуемы
е
компетенци
и
Изучение теоретического материала Темы 2.12.4
Семинары по Изучение теоретемам: 3.1,
тического мате3.2
риала Темы 3.1,
3.2
Подготовка презентации реферата
Семинары по Изучение
темам: 4.1,
теоретического
4.2, 4.3
материала Темы:
4.1, 4.2, 4.3
Подготовка
презентации
реферата
Семинары по Изучение
темам: 5.1,
теоретического
5.2, 5.3, 5.4, материала Темы:
5.5
5.1- 5.5
Подготовка
презентации
реферата
Семинары по Изучение
темам: 6.1
теоретического
материала Темы
6.1
ОК-1, ОК-2,
ОК-3; ПК-2,
ПК-3, ПК-6,
ПК-12, ПК13
Умения
Знания
уметь:
выбирать оптимальные условия функционирования ферментных систем
и культур микроорганизмов;
применять теоретические основы дисциплины для анализа конкретных задач;
строить и анализировать простейшие математические модели биологических процессов.
В течение семестра студент
выполняет работу по самостоятельному
изучению одной
из рекомендуемых тем и подготовке по ней
реферата, сдает
два коллоквиума и при этих
условиях допускается к зачёту.
знать:
основные области и направления развития
биологической
кинетики, её
роль в развитии
биологии и биотехнологии;
основные методы экспериментального изучения кинетических процессов и
их математический анализ;
механизмы ферментативного катализа, действие
ингибиторов и
активаторов ферментативных реакций; механизмы влияния
физических факторов на скорости ферментативных реакций
и рост микроорганизмов
Приложение 3
Трудоемкость модулей и видов учебной работы в относительных единицах
по дисциплине Математическое моделирование биотехнологических
процессов
№
п/
п
1.
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
Название модулей
дисциплины
Всего зачетных единиц
Раздел 1. Основные
понятия и принципы кинетики биологических процессов
Раздел 2. Кинетика
ферментативных
процессов
Раздел 3. Молекулярная ферментативная кинетика
Раздел 4 . Методы
ферментативной кинетики
Раздел 5. Кинетика
микробиологических процессов
Раздел 6. Непрерывное культивирование микроорганизмов
Срок реализации модуля
Посещаемость
лекций
Текущая работа (50 %),
Аттестация
(50 %)
Виды текущей работы
Работа на
ПромесеминарРефежуточском занярат
ный контии
троль
Сдача
зачета
4
Итого
8
30
8
1-2 неделя
1
3
4
3-4 неделя
1
6
7
5-8 неделя
2
6
9-10 неделя
1
6
7
11-14
неделя
2
6
8
15-16
неделя
1
3
4
4
4
100
50
12
12
Приложения 4
Возможность доступа студентов к электронным фондам учебно-методической документации по направлению ____________
№
п/п
Наименование
дисциплины
СД.Ф.9 Биотехнология
Ссылка на информационный
ресурс
http://lib.sfukras.ru/ecollections/umkd.php;
http://liber.lib.sfukras.ru/phpopac/get_url.php?part
=ft_sfu/b28/0110942.pdf ;
www.biblioclub.ru
Наименование
разработки в электронной
форме
1.Введение в биотехнологию.
Версия 1. [Электронный ресурс]: электрон. учеб.-метод.
комплекс/ Т.Г. Волова, Н.А.
Войнов, Е.И. Шишацкая, Г.С.
Калачева.- Электрон. дан. (91
Мб).- Красноярск : ИПК СФУ,
2008.
2. Волова, Т. Г. Биотехнология
[Электронный ресурс] : учебное
пособие для студентов вузов / Т.
Г. Волова; отв.ред. И. И. Гительзон. – Новосибирск : Сибирское отделение РАН, 1999.
3.Кузнецов А.Е. Прикладная
экобиотехнология: учебное пособие. В 2-х томах. Т. 1. Допущено Учебно-методическим
объединением в качестве учебного пособия для студентов,
обучающихся по специальности
"Биотехнология"/ А. Е. Кузнецов Н. Б. Градова С. В. Лушников. 2-е изд., (эл.) - М.: БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2012. - 629
с.
Доступность
Свободный
доступ,
Доступ
СФУ,
по
подписке
Приложение 5
Обеспеченность учебно-методической документацией по дисциплине
№
п/
п
Наименование
дисциплины
Наименование
учебников, учебно-методических, методических пособий, разработок и рекомендаций
Математическая биология [Текст] = Mathematical
Biology : перевод с английского / Д. Мюррей ; под
науч. ред. Г. Ю. Ризниченко. - М. : Регулярная и хаотическая динамика ; Ижевск : Институт компьютерных
исследований, 2009 - Том 1 : Введение = An
Introduction. - 2009. - 774 с. : ил. - Библиогр.: с. 705748. - Предм. указ.: с. 749-766.- Имен. указ.: 767-774.
- ISBN 978-5-93972-743-3
1
Математическое моделирование биотехнологических процессов
Ферментативные процессы в биотехнологии [Текст] :
монография / А. М. Безбородов, Н. А. Загустина, В. О.
Попов ; отв. ред. Л. И. Воробьева ; Российская академия
наук [РАН]. Институт биохимии им. А.Н.Баха. - Москва
: Наука, 2008. - 335 с. : ил. - Списки лит. в конце гл.
- ISBN 978-5-02-035661-0
Разрушаемые биополимеры: получение, свойства, применение [Текст] : монография / Т. Г. Волова, Е. И. Шишацкая ; науч. ред. Э. Д. Сински ; Сиб. федерал. ун-т,
Российская академия наук [РАН]. Сибирское отделение [СО]. Институт биофизики. - Красноярск : Красноярский писатель, 2011. - 389 с. : ил., цв.ил. - Библиогр.
в конце глав. - ISBN 978-5-98997-059-9
Современные аппаратура и методы исследования биологических систем [Текст] : учеб. пособие / Т. Г. Волова [и др.] ; Сиб. федерал. ун-т, Рос. акад. наук, Сиб.
отд-ние. Ин-т биофизики. - Красноярск : СФУ-ИБФ,
2011. - 479 с. : цв.ил. - Библиогр.:
Количество экземпляров
1
2
115
178
Обеспеченность студентов учебной
литературой
(экземпляров
на одного студента)