«БИОТЕХНОЛОГИЯ (Часть 1) Микробная биотехнология Химическая энзимология Учебное пособие Составители: Т.А. Ковалева, А.И. Сливкин, А.С. Беленова С.Н. Суслина Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного ...»

Получение кристаллических простагландинов осуществляют путм экстракции, концентрирования, фракционирования и других необходимых операций, проводимых в мягких условиях при определенных значениях рН и температуры. Полученные экстракты упаривают в вакууме до сухого состояния и подвергают распределительной хроматографии и кристаллизации.

Биосинтез. С целью получения простагландинов в промышленных масштабах в настоящее время применяется синтез in vitro. Биосинтез in vitro представляет по существу имитацию в замкнутой системе условий его осуществления in vivo. В зависимости от условий проведения биосинтеза и количества вводимых ингредиентов можно получить простагландины массой от нанограммов до сотен граммов.

Основными компонентами осуществления биосинтеза с целью их производства являются: предшественники, ферменты, рН среды и тип буфера, концентрация кислорода, наличие кофакторов и ингибиторов.

Синтез. Первые шаги в направлении осуществления полного химического синтеза простагландинов были разработаны 2 различных способа синтеза ненасыщенного кетона, являющегося продуктом гидрогенизации ПГЕ1 (1963 г). Этот путь получения вещества, имеющего скелет простаноевой кислоты, предшествовал последующим работам и области химического синтеза ПГЕ 1 В настоящее время синтетическим путм получают большое количество производных простагландинов – их аналогов и гомологов, в том числе соединения с укороченными алкильными цепями, соединения, этерифицированные в положениях С11 и C15, соединения, содержащие вместо циклопентанового ядра циклогексановое.

Известно, что некоторые микроорганизмы могут трансформировать арахидоновую кислоту в простагландины. Трансформацию арахидоновой кислоты отечественным штаммом Fussarium sambucinum (штамм BKMFпроводили на питательной среде, содержащей дрожжевой автолизат, кукурузный экстракт, пептон в стерильных условиях при 26С на качалке 240 об/мин в течение 36-48 ч. Выделение целевого продукта проводили жидкостной адсорбционно-распределительной хроматографией. При добавлении арахидоновой кислоты в питательную среду мицелия гриба Fussarium sambucinum происходит трансформация АК в ПГЕ 2 и F2, общий выход которой составляет 18%.

1. Применение ферментов в качестве реагентов для обнаружения различных веществ. Приеимущества биокатализаторов.

2. Ограничения использования природных биокатализаторов.

3. Преимущества использования иммобилизованных ферментов.

4. Биосенсоры, основные типы и их применение.

5. Ферментные электроды, их использование.

6. Вещества, используемые в качестве ферментов в ферментных электродах.

7. «Бактериальные» электроды.

8. Кинетические аспекты катализа иммобилизованными ферментами.

9. Ферментативное превращение рацематов в эпантиомеры.

10. Ферментативная модификация b-лактамных антибиотиков.

11. Биокаталитическое получение простаноидов.

12. Причины и механизмы изменения каталитических и физикохимических свойств иммобилизованных ферментов.

13. Методы определения глюкозы в биоматериале.

14. использование биодатчиков для определения мочевины.

15. использование биодатчиков для определения пенициллина.

16. Использование биодатчиков для определения L-тирозина в биоматериале.

17. Использование биодатчиков для определения нитритов с применением нитритредуктазы.

18. Получение безлактозного молока с помощью иммобилизованной 19. Разделение рацематов аминокислот с помощью иммобилизованной аминоацилазы.

1. Антибиотики синтезируются микроорганизмами во время:

б) экспоненциальной фазы;

в) фазы замедленного роста;

г) стационарной фазы;

2. Основными стадиями биотехнологического производства являются:

а) подготовка сырья и биологического объекта;

б) стерилизация питательной среды;

в) накопление биомассы и образование цельного продукта;

г) выделение и очистка целевого продукта;

д) поддержание чистой культуры продуцента;

е) получение товарной формы продукта.

3. При непрерывных биотехнологических процессах объект постоянно поддерживается в:

б) экспоненциальной фазе;

в) стационарной фазе;

г) фазе ускорения роста.

4. Назовите основные разделы биотехнологии:

а) генетическая инженерия;

б) клеточная инженерия;

в) микробная биотехнология;

г) молекулярная генетика;

5. Время генерации культуры продуцента:

а) время, необходимое для удвоения биомассы;

б) промежуток времени от лаг-фазы до начала фазы замедления в) промежуток времени, за который определенный объем питательной среды поступает в ферментер:

6. При производстве лекарственных веществ используют:

а) периодическое культивирование;

б) глубинное культивирование;

в) метод «ткани-няньки»;

г) периодическое культивирование с диализом.

7. Витамин В2 синтезируется дрожжами в:

в) экспоненциальную фазу;

г) стационарную фазу.

8. Для процессов глубинного культивирования продуцентов ферментов характерны особенности:

а) высокая степень асепнтики;

б) рыхлые среды с небольшой высотой слоя;

в) неинтенсивный характер процесса культивирования;

г) Высокая степень перемешивания содержимого ферментера.

9. Непрерывное (проточное) культивирование используется для получения:

в) белка одноклеточных;

г) ферментных препаратов.

10.Для культивирования животных клеток используют:

а) реакторы с механическим перемешиванием;

б) реакторы с циркуляционным перемешиванием;

в) реакторы с пневматическим перемешиванием.

г) Реакторы для поверхностного культивирования.

11. Назовите методы регулирования непрерывного культивирования, применяемые при производстве биологически-активных веществ:

б) микроскопический контроль;

в) турбидостатный режим;

г) криоконсервация;

12. Для получения белков путем микробиологического синтеза используют:

а) поверхностное культивирование;

б) адсорбционный метод;

г) метод обратной транскрипции.

13. В биотехнологии имеют место отклонения от идеальной кривой развития культуры продуцента, называемые:

б) стерохимическое соотношение;

14. К методам хранения посевного материала на биотехнологических предприятиях относят:

а) криосохранение инокулята;

б) хранение под вакуумом;

в) хранение под минеральным маслом;

г) приодические пересевы.

15. Сущность любого биотехнологического процесса определяется:

а) спецификой клетки-продуцента;

б) спецификой питательной ср еды для клетки-продуцента;

в) особенностями конструкции биореактора;

г) особенностями выделения и очистки целевого продукта 16. Антибиотики с самопромотированным проникновением в клетку патогена 17. Появление множественной резистентности опухолей к противоопухолевым агентам обусловлено:

а) непроницаемостью мембраны б) ферментативной инактивацией в) уменьшением сродства внутриклеточных мишеней 18. Практическое значение полусинтетического аминогликозида амикацина обусловлено:

а) активностью противанаэробных патогенов б) отсутствием нефротоксичности в) устойчивостью к защитным ферментам у бактерий, г) активностью противопатогенных грибов 19. Защита продуцентов аминогликозидов от собственного антибиотика а) низкое сродство рибосом в) временная ферментативная инактивация г) компартментация 20. Выделение и очистка продуктов биосинтеза и оргсинтеза имеет принципиальные отличия на стадиях процесса г) принципиальных различий нет 21. Связывание молекулы фермента на поверхности носителя при адсорбции осуществляется за счет:

а) ковалентных связей;

б) электростатических взаимодействий;

в) водородных связей;

г) гидрофобных взаимодействий;

д) гликозидных связей;

е) фосфодиэфирных связей.

21. История иммобилизации ферментов началась в :

б) конце 60-х годов 20века;

23. Недостаток метода включения ферментов в гели заключается в том, что:

а) фермент непрочно связан с носителем;

б) возникают стерические затруднения для проникновения субстрата в полимерную матрицу геля;

в) невозможны ферментативные превращения высокомолекулярных г) низкая стабильность образовавшегося комплекса ферментноситель.

24. Химические методы иммобилизации отличаются от физических тем, что:

а) фермент связан с носителем ковалентно;

б) фермент связан с носителем нековалентно;

в) недостаточно высокая прочность связывания фермента с г) возможна иммобилизация фермента без носителя.

25. В качестве носителей для иммобилизации используют:

а) нуклеиновые кислоты ;

26. Для химической иммобилизации ферментов используют:

б) глутаровый альдегид;

27. К физическим методам иммобилизации относят:

а) глутаральдегидны й метод;

б) включение в микрокапсулы ;

в) метод электроосаждения;

28. Иммобилизованные ферменты используются для получения:

б) медицинских препаратов;

29. Активирование нерастворимого носителя в случае иммобилизации фермента необходимо а) для усиления включения фермента в гель;

б) для повышения сорбции фермента;

в) для повышения активности фермента;

г) для образования ковалентной связи.

30. Иммобилизация индивидуальных ферментов ограничивается таким обстоятельством, как а) высокая лабильность фермента;

б) наличие у фермента кофермента;

в) наличие у фермента субъединиц;

г) принадлежность фермента к гидролазам.

31. Целями иммобилизации ферментов в биотехнологическом производстве являются а) повышение удельной активности;

б) повышение стабильности;

в) расширение субстратного спектра;

г) многократное использование.

32. Регулируемая ферментация в процессе биосинтеза достигается при способе:

в) отъемно-доливном;

г) полупериодическом.

33. Термин «мультиферментный комплекс» означает а) комплекс ферментных белков, выделяемый из клетки путем б) комплекс ферментов клеточной мембраны;

в) комплекс ферментов, катализирующих синтез первичного или г) комплекс экзо- и эндопротеаз.

34. Предшественник пенициллина, резко повысивший его выход при добавлении в среду а) бета-диметилцистеин;

в) фенилуксусная кислота;

г) альфа-аминоадипиновая кислота.

35.Предшественник при биосинтезе пенициллина добавляют а) в начале ферментации;

б) на вторые-третьи сутки после начала ферментации;

в) каждые сутки в течение 5-суточного процесса;

г) экспоненциальной фазы развития культуры.

36. Иммобилизация клеток продуцентов целесообразна в случае, если целевой продукт в) локализован внутри клетки;

г) им является биомасса клеток.

37. Целями иммобилизации ферментов в биотехнологическом производстве являются а) повышение удельной активности;

б) повышение стабильности;

в) расширение субстратного спектра;

г) многократное использование.

38. Целевой белковый продукт локализован внутри иммобилизованной клетки. Добиться его выделения, не нарушая системы, можно а) усилив системы активного выброса;

б) ослабив барьерные функции мембраны;

в) присоединив к белку лидерную последовательность от внешнего г) повысив скорость синтеза белка.

39. Колоночный биореактор для иммобилизации целы х клеток должен отличаться от реактора для иммобилизации ферментов а) большим диаметром колонки;

в) более быстрым движением растворителя;

г) формой частиц нерастворимого носителя.

40. Технология, основанная на иммобилизации биообъекта, уменьшает наличие в лекарственном препарате следующих примесей:

а) следы тяжелы х металлов;

в) механические частицы;

г) следы органических растворителей.

ПРАВИЛА ФОРМЛЕНИЯ И ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Результатом самостоятельной работы студента по изучению дисциплины «Биотехнология» является выполнение контрольных работ. Все вопросы распределены на 2 контрольне работ. Темы контрольных работ и конечные сроки их сдачи приведены ниже в таблице.

работы Проблемы и перспективы микробной 1 марта 10-го семестра биотехнологического производства Методы инженерной энзимологии. 1 июля 10-го семестра Иммобилизованные ферменты и их производстве К выполнению контрольной работы следует приступать только после изучения определенной части программы и краткого конспектирования темы в рабочей тетради.

При выполнении контрольной работы студент должен придерживаться следующих требований:

- каждая контрольная работа должна быть выполнена в отдельной тетради, на обложке которой следует разборчиво указать ФИО студента, курс и номер группы, номер и тема контрольной работы, номер варианта, номер зачетной книжки студента. Образец оформления титульного лица приведен в приложении 1;

- условие каждого задания переписывается полностью;

- ответы на теоретические вопросы не должны быть дословно переписаны из учебника;

- работа должна быть написана самим студентом от руки;

- работа должна быть написана аккуратным подчерком и не вызывать затруднений при проверке;

- страницы тетради должны иметь поля (3-4 см) для возможных замечаний преподавателя;

- работа должна быть структурирована и разделена на отдельные задания;

- номера и условия заданий должны быть в том порядке, в котором они указаны в таблице вариантов;

- решение задач следует сопровождать подробными пояснениями;

- в конце каждой контрольной работы необходимо привести список литературы, используемый при ее написании, указать дату выполнения и поставить свою подпись.

NB! Распечатанные на принтере или ксероксе, а также неаккуратно оформленные работы рассматриваться не будут.

Контрольная работа должна быть сдана строго в указанные сроки методисту заочного отделения в деканат или отправлена по почте с описанием содержимого (квитанцию о почтовом отправлении необходимо сохранить и при необходимости предъявить в деканат). На контрольную работу преподаватель, закрепленный за данным курсом, дает краткую рецензию с указанием недочетов и обнаруженных ошибок, если таковые имеются. Преподаватель оценивает контрольную работу по четырехбальной шкале: «отлично», «хорошо», удовлетворительно», «неудовлетворительно».

В случае неудовлетворительной оценки контрольная работа возвращается студенту для доработки, после чего она должна быть в кратчайшие сроки сдана на повторную проверку.

NB! Студенты не сдавшие контрольные работы в указанный срок или получившие за нее неудовлетворительную оценку, не допускаются к аудиторным занятиям и экзаменационной сессии.

Номера заданий для каждой контрольной работы студент находит по таблице вариантов. Каждая контрольная работа состоит из 5 вариантов.

Номер варианта контрольных работ №1 студент находит по первой букве фамилии, №2 по первой букве имени.

NB! Контрольная работа, выполненная не по-своему варианту, не рецензируется и не зачитывается.

Материалы, необходимые для выполнения контрольных работ приводятся в учебниках и методических пособиях, рекомендованных учебной программой.

При выполнении контрольных работ можно использовать нормативную базу Интернет-ресурса.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №

1. Проанализируйте определение биотехнологии как науки.

2. Основные стадии производства пенициллина.

3. Характеристика эмпирического периода развития биотехнологии.

4. Слагаемые биотехнологического производства лекарственных веществ.

5. Характеристика генотипического периода развития биотехнологии.

1. Периодическое культивирование продуцентов при производстве фармацевтической продукции.

2. Характеристика этиологического периода развития биотехнологии.

3. Основные модификации периодического культивирования. Применение при производстве лекарственных веществ и БАД.

4. Биогеотехнология: проблемы и перспективы.

5. Твердофазное культивирование и его применение при производстве фармацевтической продукции.

1. Инженерная энзимология и ее применение при производстве новых лекарственных средств.

2. Кинетическая кривая роста популяции при периодическом культивировании.

3. Основные направления развития инженерной энзимологии и получение новых лекарственных препаратов и БАВ на основе иммобилизованных ферментов.

4. Непрерывное культивирование продуцентов, применяемых при производстве фармацевтической продукции.

5. История биотехнологии и перспективы ее развития в XXI веке.

1. Хемостатный и турбидостатный методы регулирования непрерывного культивирования продуцентов при фармацевтическом производстве.

2. Молекулярная медицина и перспективы развития этого направления.

3. Особенности приготовления питательных сред для промышленного получения пенициллина.

4. Методы хранения продуцентов, использование на фармацевтических предприятиях.

5. Метод очистки при производстве антибиотиков (пенициллина, конамицина).

1. Бактерии как основные продуценты БАВ и лекарственных препаратов.

2. Основные этапы биотехнологического производства антибиотиков.

3. Охарактеризуйте основные группы биопрепаратов, выпускаемых на фармацевтических предприятиях с применением биотехнологических подходов.

4. Классификация антибиотиков по механизму их действия на бактериальную микрофлору.

5. Методы оценки качества фармацевтической продукции, соответствующее правилам GMP.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №

1. Особенности непрерывного культивирования продуцентов при производстве лекарственных препаратов.

2. Особенности биологического контроля антибиотиков.

3. Методы иммобилизации ферментов.

4. Носители, применяемые при производстве гетерогенных биокатализаторов для фармацевтической промышленности.

5. Методы определения клинических параметров роста популяции клеток продуцентов на фармацевтическом производстве.

1. Проблемы и перспективы развития фармацевтической технологии.

2. применение ферментов как лекарственных препаратов и составных компонентов БАД.

3. Структура, функции и физико-химические свойства ферментов.

4. Предшественники, добавляемые на стадии культивирования при производстве пенициллина и их характеристики.

5. Механизмы действия -лактамов.

1. Микромицеты как продуценты БАВ.

2. Биотехнологическое производство антибиотиков цефалоспоринового ряда.

3. Требование к продуцентам БАВ и лекарственных препаратов, применяемых при непрерывном культивировании.

4. Биотехнологическое производство полусинтетических антибиотиков цефалоспоринового ряда.

5. Методы приготовления инокулята, используемые в фармацевтическом производстве.

1. Приведите экологические аспекты производства и основные направления совершенствования биотехнологического производства.

2. Дайте схему биологической очитки жидких отходов.

3. Объясните термин «активный ил» и «штаммы-деструкторы».

4. Приведите основные виды микроорганизмов для создания препаратов пробиотиков.

5. Приведите примеры использования иммобилизованных микроорганизмов и растительных клеток для биотрансформации стероидных субстратов.

1. Укажите отличие получения вакцины по Пастеру от способа получения выкцины по Дженнеру.

2. Рассмотрите антибиотики с точки зрения их бактерицидных свойств.

3. Приведите обоснования биологической активности сульфаниламидов.

4. укажите добавление какого вещества и в какое время от начала ферментации резко повышает выход пенициллина в среду.

5. Приведите примеры антибиотиков-полиенов и опишите механизм действия этих антибиотиков.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бекер М.Е. и др. Биотехнология / М.Е. Бекер, Г.К. Лиепеньш, Е.П.

Райпулис. – М.: Агропромиздат, 1990. – 334 с.

2. Биотехнологическое использование отходов растениеводства / под ред. В.С. Подгорского, В.Н. Иванова. - Киев: Наукова думка, 1990. – 93 с.

3. Биотехнология лекарственных средств : учеб. пособие / под ред. В.А.

Быкова, М.В. Данилина. – М. : Медбиоэкономика, 1991. – 303 с.

4. Биотехнология растений: культура клеток / под ред. Р.Г. Бутенко. – М.: Агропромиздат, 1989. – 279 с.

5. Биотехнология: Принципы и применение / под ред. И.Хиггинса, Д.

Беста, Дж. Джойса ; пер с англ. – М. : Мир, 1998. – 485 с.

6. Биотехнология: Учеб. пособие для вузов. В 8 кн. / под ред. Н.С.

Егорова, В.Д. Самуилова. 1987-1988.

7. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б. Глик, Дж. Пастернак. - М.: Мир, 2002. – 589 с.

8. Дебабов В.Г. современные методы создания промышленных штаммов микроорганизмов. Биотехнология. Кн. 2 : учеб. пособие для вузов / В.Г. Дебабов, В.А. Лившиц. – М. : Высш. шк. – 1988. – 208 с.

9. Егоров Н.С. Основы учения об антибиотиках / Н.С. Егоров. – М. :

Наука, 2004. – 525 с.

10. Егорова Т.А. Основы биотехнологии / Т.А. Егорова, С.М. Клунова, Е.А. Живухина. - М.: Издат. центр «Академия», 2003. – 208 с.

11. Елинов Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов. – С.-Пб: Наука, 1995. – 553 с.

12. Иммобилизованные клетки и ферменты / под ред. Дж. Вудворта ;

пер. с англ. – М. : Мир, 1998. – 321 с.

13. Иммобилизованные клетки микроорганизмов / А.П. Синицын и др. М.: Изд-во МГУ, 1994. – 288 с.

14. Иммобилизованные ферменты. Биотехнология. Кн. 7 : учеб. пособие для вызов / [И.В. Березин и др.]. – М. : Высш. шк. – 1987. – 159 с.

15. Инженерная энзимология. Биотехнология. Кн. 8 : учеб. пособие для вузов / [И.В. Березин и др.]. – М. : Высш. шк. – 1987. – 143 с.

16. Квасников Е.И. Дрожжи. Биология. Пути использования / Е.И.

Квасников, И.Ф. Щелкова. - Киев: Наукова думка, 1991. – 332 с.

17. Микробиологическое производство биологически активных веществ и препаратов. Биотехнология. Кн. 6 : учеб. пособие для вузов / [В.А. Быков и др.]. – М. : Высш. шк. – 1987. – 143 с.

18. Основы сельскохозяйственной биотехнологии / Муромцев Г.С. и др.

– М.: Агропромиздат, 1990. – 383 с.

19. Производство белковых веществ. Биотехнология. Кн. 5 : учеб.

пособие для вузов / [В.А. Быков и др.]. – М. : Высш. шк. – 1987. – 142 с.

20. Промышленная микробиология / под ред. Н.С. Егорова. – М. : Высш.

шк., 1989. – 687 с.

21. Сазыкин Ю.О. Антибиотики как биохимические реагенты / Ю.О.

Сазыкин. – М. : ВИНИТИ, 1984. – 203 с.

22. Саруханов А.В. Оборудование микробиологических производств :

справочник / А.В. Саруханов, В.А. Быков. – М. : Колос, 1993. – 384 с.

23. Сельскохозяйственная биотехнология / под ред. В.С. Шевелухи. – М. : Высш. шк., 1998. – 416 с.

24. Сидоров В.А. Биотехнология растений. Клеточная селекция / В.А.

Сидоров. - Киев: Наукова думка, 1991. – 279 с.

25. Учебно-методическое пособие по Основам биотехнологии для студентов 4 курса дневного отделения / сост. Т.А. Ковалева. - Воронеж, 1997.

– 34 с.

26. Фармацевтическая биотехнология : [учебное пособие для студ., обуч.

по специальности 060108 - "Фармация"] / [В.А. Быков и др.] ; под общ. ред.

В.А. Быкова.— Воронеж : Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2009.— 429, [1] с.

27. Шабарова З.А. Химические основы генетической инженерии / З.А.

Шабарова, А.А. Богданова, А.С. Золотухин. – М.: Изд-во МГУ, 1994. – 224 с.

28. Шилова С.В. Организация производства лекарственных средств с учетом правил GMP. Химико-фармацевтическое производство, обзорная информация / С.В. Шилова, С.М. Пузакова. – М. : ВНИИСЭНТИ, 1990. – 29. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия / С.Н. Щелкунов. Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1997. ч. 1-2.

30. Экологическая биотехнология / под ред. К.Ф. Форстера и Р.А. Дж.

Вейза. - Л.: Химия, 1990.-382 с.