WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

УТВЕРЖДАЮ

Председатель

Учебнометодического объединения

вузов Республики Беларусь

по естественнонаучному образованию

В.В. Самохвал

12 декабря 2006

Регистрационный № ТДG.105/тип.

ИНЖЕНЕРНАЯ ЭНЗИМОЛОГИЯ Учебная программа для высших учебных заведений по направлению 131 01 01 03 – «Биотехнология» специальности 131 01 01 – «Биология» СОГЛАСОВАНО Председатель научнометодического совета по специальности Биология УМО по естественнонаучному образованию В.В. Лысак 10 ноября 2006 Первый проректор Государственного учреждения образования «Республиканский институт высшей школы» _ В.И. Дынич 12 декабря 2006 Экспертнормоконтролер С.М. Артемьева 12 декабря 2006 Минск 2006 Составители:

Семак И.В. – заведующий кафедрой биохимии Белорусского государственного университета, кандидат биологических наук, доцент Рецензенты:

Кафедра биотехнологии и биоэкологии Учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет»:

Слобожанина Е.И. – заместитель директора по научной и инновационной работе Института биофизики и клеточной инженерии Национальной Академии наук Беларуси, доктор биологических наук, профессор, членкорреспондент НАН Беларуси Рекомендован к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой биохимии биологического факультета Белорусского государственного университета (протокол № 13 от 17 октября 2006 г.);

Ученым советом биологического факультета Белорусского государственного университета (протокол № 3 от 25 октября 2006 г.);

Научнометодическим советом Белорусского государственного университета (протокол № 1 от 26 октября 2006 г.) Ответственный за редакцию: Семак Игорь Викторович. Ответственный за выпуск: Семак Игорь Викторович. ПРЕДИСЛОВИЕ Инженерная энзимология – это новое перспективное научнотехническое направление биотехнологии, в котором удачно сочетаются самые современные достижения биохимии, молекулярной биологии, энзимологии и химической технологии.

Цели преподавания инженерной энзимологии: освоение студентами основных принципов и теоретических положений инженерной энзимологии; формирование у студентов понимания особенностей биотехнологических процессов с участием ферментов; усвоение основ конструирования и последующего использования в биотехнологии биокатализаторов с заданными свойствами.

Программа включает следующие разделы: структурнофункциональные особенности биокатализа, ферменты в экстремальных условиях, ферментативный микроанализ, медицинская энзимология, индустриальный биокатализ, использование ферментов в тонком химическом синтезе, утилизация промышленных отходов с помощью ферментов, использование ферментов для создания биоэлектрохимических преобразователей энергии, конструирование биокатализаторов и их использование в биотехнологии.

Программа рассчитана на студентов биологических специальностей университетов.

Объем аудиторных часов по стандарту: всего – 34, в том числе лекционных – 24, лабораторных – 10.

Введение Фундаментальные и прикладные аспекты инженерной энзимологии. Связь с другими дисциплинами. Основные направления развития.

Структурнофункциональные особенности биокатализа Структура, свойства и механизм действия биокатализаторов. Сходство и отличие биологических катализаторов от синтетических. Преимущества и недостатки биокатализа при его использовании в технологических процессах.

Ферменты в экстремальных условиях Инактивация ферментов. Факторы, инициирующие денатурацию ферментов. Физические.

Механические. Химические. Биологические. Механизмы инактивации ферментов.

Моделирование и кинетика процессов инактивации ферментов. Регенерация ферментативных систем, применяемых в биотехнологии. Реактивация инактивированных ферментов. Утилизация и регенерация кофакторов (коферментов).

Ферментативные, химические и электрохимические методы регенерации. Стабилизация ферментов в биотехнологических системах. Традиционные методы стабилизации.

Стабилизирующие добавки. Химическая модификация ферментов. Иммобилизация ферментов. Экстремозимы и источники их получения. Термозимы. Структурные и термодинамические основы функционирования термозимов при высоких температурах.



Использование экстремозимов в биотехнологии. Амилазы и пуллуланазы. Протеиназы.

ДНКполимеразы. Ферментативные реакции в системах с органическими растворителями. Их прикладное значение.

Ферментативный микроанализ Кинетическая основа ферментативного микроанализа. Методы детекции в ферментативном микроанализе. Использование в микроанализе сопряженных ферментативных систем. Иммобилизованные ферменты в микроанализе. Аналитические проточные реакторы. Ферментные микрокалориметрические датчики. Ферментные электроды. Иммуноферментные датчики. Биолюминесцентный микроанализ.

Соиммобилизованные полиферментные системы в биолюминесцентном анализе.

Медицинская энзимология Энзимопатология. Энзимодиагностика. Энзимотерапия. Терапия воспалительных процессов трипсином и химотрипсином. Тромболитическая терапия фибринолизином и стрептокиназой. Ферментная терапия вирусных заболеваний РНКазой, ДНКазой.

Заместительная терапия пищеварительными ферментами. Терапия гиалуронидазой и коллагеназой. Лечение онкологических заболеваний аспарагиназой.

Иммобилизованные ферменты как лекарственные препараты. Антигенные и иммуногенные свойства иммобилизованных ферментов. Ферментные препараты типа “контейнер”. Использование липосом в качестве “контейнера”. Применение иммобилизованных ферментов в стоматологии, офтальмологии, хирургии.

Перспективные направления развития ферментной терапии.

Индустриальный биокатализ Ферменты в химической промышленности. Получение Lаминокислот с помощью аминоацилазы. Биохимическая основа процесса. Коммерческие препараты иммобилизованной аминоацилазы. Технологическая схема производства.

Ферменты в фармацевтической промышленности. Получение 6аминопенициллановой кислоты с помощью пенициллинамидазы. Биохимическая основа процесса.

Коммерческие препараты иммобилизованной аминоацилазы. Технологическая схема производства.

Ферменты в пищевой промышленности. Получение глюкозофруктозных сиропов с помощью глюкозоизомеразы. Биохимическая основа процесса. Коммерческие препараты иммобилизованной глюкозоизомеразы. Технологическая схема производства.

Использование в пищевой промышленности протеиназ, амилаз, липаз, пектиназ, bгалактозидаз.

Ферменты как компоненты моющих средств. Амилазы. Липазы. Целлюлазы. Оксидазы.

Протеазы.

Перспективы развития индустриального биокатализа.

Использование ферментов в тонком химическом синтезе Ферментативное превращение рацематов в энантиомеры. Биокаталитическое получение простаноидов. Ферментативная модификация нуклеиновых кислот, синтез олиго и полинуклеотидов. Ферментативный синтез сахаров.

Утилизация промышленных отходов с помощью ферментов Биоконверсия растительного сырья. Ферментативное получение глюкозы из целлюлозосодержащего сырья.

Использование ферментов для создания биоэлектрохимических преобразователей энергии Перспективы практического использования биоэлектрокатализа.

Конструирование биокатализаторов и их использование в биотехнологии Экспериментальный анализ пространственной структуры ферментов. Кристаллография.

Двумерная ЯМРспектроскопия. Предсказание структуры ферментов с помощью компьютерных методов молекулярного моделирования. Квантовомеханические методы.

Метод молекулярной динамики.

Компьютерная визуализация пространственной структуры ферментов. Компьютерный дизайн ферментов.

Использование ресурсов Internet в инженерной энзимологии. Компьютерные базы данных. Базы данных аминокислотной последовательности белков. Базы данных трехмерной структуры белков. Интегральные базы данных. Метаболические базы данных.

Белковая инженерия ферментов. Рациональный дизайн индустриальных ферментов.

Сайтспецифический мутагенез субтилизина.

Направленная эволюция индустриальных ферментов (эволюция in vitro). Создание библиотеки ферментов. Случайный мутагенез. Случайная рекомбинация фрагментов гена in vitro. Отбор ферментов с улучшенными свойствами. Критерии отбора индустриальных ферментов. Изменение с помощью направленной эволюции стабильности (термостабильности и устойчивости к органическим растворителям), активности, субстратной специфичности, энантиоселективности и связывающих свойств ферментов.





Получение химерных и бифункциональных ферментов. Получение полусинтетических ферментов и их использование в качестве индустриальных биокатализаторов.

Каталитические антитела (абзимы). Черты сходства и отличия абзимов и ферментов.

Способы получения абзимов. Абзимы, каталитическая активность которых основана на стабилизации переходного состояния реакции. Абзимы, каталитическая активность которых связана с использованием нуклеофильного катализа.

Практическое значение абзимов. Рибозимы.

Направления и перспективы развития молекулярного дизайна биокатализаторов.

Литература Основная:

Березин И.В. Инженерная энзимология / И.В. Березин, А.А. Клесов, В.К. Швядас и др. – М.: Высш. шк., 1987.

Введение в прикладную энзимологию / Под ред. И.В. Березина, К. Мартинека. – М.:

МГУ, 1982.

Бейли Дж. Основы биохимической инженерии. В 2х кн. / Дж. Бейли, Д. Оллис. М.:

Мир, 1989.

Кулис Ю.Ю. Аналитические системы на основе иммобилизованных ферментов / Ю.Ю.

Кулис. Вильнюс: Мокслал, 1981.

Клесов А.А. Инженерная энзимология на промышленном уровне. Биотехнология. Итоги науки и техники / А.А. Клесов. М.: ВИНИТИ, 1989.

Сорочинский В.В. Ферментные электроды // Итоги науки и техники. Биотехнология / В.В. Сорочинский, Б.И. Курганов. М.: Издво ВИНИТИ. 1984. Т.13. 207 с.

Загребельный С.Н. Биотехнология. Ч.2. Инженерная энзимология. // С.Н.

Загребельный Новосибирск, 2001. – 138 с.

Глик Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. / Б. Глик, Дж.

Пастернак. 2002. 592 с.

Дополнительная:

Вольф М. Лечение ферментами / Вольф М., Рансбергер К. М.: Мир, 1976.

Arnold F.H. Optimizing industrial enzymes by directed evolution / Advances in biochemical engineering / biotechnology. New enzymes for organic synthesis.

(Scheper Th., Ed.). Verlag; Berlin, Heidelberg; New York: Springer, V.58, 1997, 114.

Ladenstein R., Antranikan G. Proteins from hypertermophiles: stabilty and enzymatic catalysis close to the boiling point of water / Advances in biochemical engineering/biotechnology. (Scheper Th., Ed.). Verlag; Berlin, Heidelberg; New York: Springer, V.61, 1998.

Rubingh D.N. Protein engineering from a bioindustrial point of view / Current Opinion in biotechnology, 1997, 8, 417422.

Wodak S.J. Computeraided design in protein engineering. Ann N Y Acad Sci 1987;

501: 113.

Taylor N.R. The World Wide Web as a graphical user interface to program macros for molecular graphics, molecular modeling, and structurebased drug design / Taylor N.R., Smith R. J. Mol. Graph. 1996 Oct; 14(5): 291296, 280282.

Lesyng B. Molecular modeling methods. Basic techniques and challenging problems / B. Lesyng, J.A. McCammon Pharmacol Ther 1993 Nov; 60(2): 149167.

Nixon A.E. Hybrid enzymes: manipulating enzyme design / Nixon A.E., Ostermeier M., Benkovic S.J. Trends Biotechnol. 1998 Jun; 16(6): 258264.

Proteome Research: New frontiers in functional genomics. (Wilkins M.R., Williams K.L., Appel R.D., Hochstrasser D.F., Eds.). Verlag; Berlin, Heidelberg; New York: Springer, 1997.

Sasaki S. The development of microfabricated biocatalytic fuel cells / Sasaki S., Karube I. Trends Biotechnol. 1999 February; 17(2): 5052.

Сорочинский В.В. Теоретические основы применения потенциометрических ферментных электродов / В.В. Сорочинский, Б.И. Курганов. Прикл. биохим. микробиол.1997.

Т.33. №2. С.138146.

http://isir.ras.ru/ Интегрированная Cистема Информационных Ресурсов Российской Академии Наук.

http://www.viniti.msk.su/ Всероссийский Институт Научной и Технической Информации (ВИНИТИ РАН).

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Pubmed База научных данных в области биомедицинских наук.

www.chem.qmul.ac.uk/iubmb Биохимическая классификация и номенклатура ферментов. Свободный доступ на сайте Международного союза биохимии и молекулярной биологии.

www.molbiol.ru, www.nature.ru Учебники, научные монографии, обзоры, лабораторные практикумы в свободном доступе на сайтах практической молекулярной биологии.

www.swissprot.com – свободный доступ к международной базе данных по первичным и 3D структурам ферментов.











© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.