|
Скачать 200.93 Kb.
|
![]() МИНОБРНАУКИ РОССИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ИГУ») «Утверждаю» _____________________ Проректор по учебной работе, проф. И. Н. Гутник «___»_______________20___г. Биолого-почвенный факультет Кафедра физиологии растений, клеточной биологии и генетикиРАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины «БИОХИМИЯ» Код дисциплины по учебному плану ОПД.Ф.8 для студентов специальности 020209.65 «Микробиология» г. Иркутск 1. Организационно-методический раздел Развитие биохимии в последние полвека шло поразительно быстрыми темпами. Этот процесс значительно расширил наши представления о молекулярных основах жизни и стимулировал развитие многих новых областей исследования. Биохимия изучает молекулярные основы процессов развития и функционирования организмов, структуру макромолекул и химические процессы, которые обеспечивают жизнь одно- и многоклеточных существ, населяющих Землю. Выдающиеся открытия в области энзимологии, биохимической генетики, молекулярной биологии и биоэнергетики превратили биохимию в фундаментальную научную дисциплину. ^ Целью изучения биохимии является формирование у студентов-биологов глубоких базовых теоретических и практических знаний о химических процессах, протекающих в живых организмах; получение основных представлений о структуре и свойствах важнейших биополимеров, роли их пространственной организации в обеспечении специфичности биохимических процессов; изучение основных метаболических путей, связанных с процессами энергообеспечения и знакомство с принципами регуляции обменных процессов. ^ - изучение на современном уровне знаний структурной организации важнейших биополимеров: белков и нуклеиновых кислот; - получение целостных представлений о матричных процессах, происходящих в живой клетке: репликации, транскрипции и трансляции; - знакомство с современной энзимологией, структурой и функциями ферментов, ферментными системами и их регуляцией; - изучение основных метаболических путей, биоэнергетических механизмов, взаимосвязи обменов углеводов, липидов и белков иррегуляторных систем метаболизма. ^ Биохимия необходима для изучения всех дисциплин, изучающих организмы на клеточном и организменном уровнях таких как цитология, физиологии растений и животных, микробиологии, генетика, а также интенсивно развивающихся в последние годы биотехнологии, экологической биохимии и других. Кроме того, непрерывно возрастает значение биохимии для таких сфер человеческой деятельности, связанных с живой природой, как здравоохранение, охрана окружающей среды, биотехнологическая промышленность, сельское хозяйство и др. 2. Распределение часов по темам и видам работ
3. Содержание программы 3.1 Общее Тема 1. Введение. Биохимия - наука о веществах, входящих в состав живых организмов, строении молекул и их превращениях, лежащих в основе жизненных явлений. Краткая история биохимии. Место и роль биохимии в системе естественных наук. Значение биохимии для медицины, сельского хозяйства и промышленности. Обмен веществ и энергии как важнейшая особенность живых организмов. Структура клетки и биохимические функции отдельных органелл. ^ Биологические функции белков. Общие структурные свойства аминокислот, стереоизомерия аминокислот и их кислотно-основные свойства. Классификация аминокислот на основе их R-групп. Пептиды. Биологически активные природные пептиды и их классификация. Глютатион, кинины, пептиды-гормоны, нейропептиды. Первичная структура белков. Структурные особенности пептидной связи. Уникальность первичной структуры белков. Современные представления о первичной структуре. Гомологичные последовательности белков в эволюционном процессе. Методы изучения первичной структуры: определение С-концевых и N-концевых аминокислот, ферментативные и химические методы специфического расщепления полипептидной цепи. Вторичная структура белков. -спираль, ß-структура, ß-изгиб. Роль водородных связей в формировании вторичной структуры. Третичная структура белков. Связи, участвующие в стабилизации третичной структуры. Гидрофобное ядро. Домены в белках и их классификация. Методы изучения третичной структуры. Рентгеноструктурный анализ как главный источник информации о пространственной структуре белка. Четвертичная структура белков. Взаимодействия между субъединицами, стабилизирующие четвертичную структуру белков. Функциональное значение четвертичной структуры. Кооперативные эффекты. Физико-химические свойства белков. Кислотно-основные свойства белков. Изоэлектрическая точка. Высаливание. Поведение белков в растворах. Денатурация. Методы выделения белков. Классификация белков. Простые и сложные белки. Эволюция белков. Родственные связи: гомологии последовательностей и топологическое родство. Гомологичные, паралогичные и ортологичные белки. Аминокислотные замены - консервативные и радикальные. Нейтральность аминокислотных замен. Роль дупликации генов в происхождении новых функций. Полиморфизм. Серповидноклеточная анемия как пример моногенного гетерозиса. Эволюция белков и вопросы филогении. ^ Биологические функции нуклеиновых кислот. Структура нуклеотидов. Пуриновые и пиримидиновые основания, углеводные компоненты. Нуклеозидмоно-, ди- и трифосфаты. Биологические функции нуклеотидов. Структура ДНК. Модель Уотсона-Крика. Биологическое значение двуспирального строения ДНК и принципа комплиментарности оснований. Правило Чаргаффа и видовая специфичность. Полиморфные формы ДНК. Палиндромы. Сателлитная ДНК. Нуклеосомы. Современные представления о структуре и функциях РНК. Строение информационных, рибосомальных и транспортных РНК. "Мир РНК" и проблемы эволюции. Возможная роль молекул РНК на ранних этапах предбиологической эволюции. Гипотезы РНК-мира. ^ Особенности ферментативного катализа. Термодинамические и кинетические характеристики ферментативного катализа. Структура ферментов, активный центр, однокомпонентные и двухкомпонентные ферменты. Коферменты, простетические группы. Роль витаминов, металлов и других кофакторов в функционировании ферментов. Аллостерический центр, его роль в регуляции метаболических процессов. Основные представления о кинетике ферментативных процессов. Общие представления о механизме действия ферментов. Фермент-субстратные комплексы. Эффекты сближения-ориентации, эффект напряженной конформации (эффект “дыбы”), вынужденный индуцированный контакт. Механизм действия химотрипсина. Специфичность действия ферментов. Виды специфичности: стереохимическая, абсолютная, абсолютная групповая и относительная групповая. Влияние ингибиторов и активаторов на активность ферментов, ее зависимость от значения рН среды, термолабильность. Классификация и номенклатура ферментов. Изоферменты, мультиферменты, зимогены. Аллоферменты как маркеры процесса эволюции и стратегии приспособления. Изоферменты - маркеры дифференциальной активности генов. Локализация ферментов в клетке. ^ Репликация ДНК. Ферменты и белковые факторы репликации: ДНК-полимеразы, лигаза, гираза, хеликаза, ДНК-связывающий белок, праймаза. Ведущая и отстающая цепи. Праймер. Фрагменты Оказаки. Этапы репликации. Транскрипция. Оперон. Структура и функции РНК-полимераз. Этапы транскрипции: инициация, элонгация, терминация. Процессинг информационных, рибосомальных и транспортных РНК. Рибозимы. Экзон-интронное строение генов эукариот и теория эволюции. Генетический код, его расшифровка и свойства, гипотеза “качания” Ф. Крика. Универсальность генетического кода. Код митохондрий и проблема их эволюции. Трансляция. Активация аминокислот, образование аминоацил-тРНК, роль аминоацил-тРНК синтетаз. Инициация белкового синтеза, сборка транслирующей рибосомы, роль формилметионил-тРНК и белковых факторов инициации. Элонгация белкового синтеза, белковые факторы элонгации, транспептидация и транслокация. Терминация белкового синтеза, терминирующие кодоны, рилизинг-факторы. Посттрансляционные превращения белков. ^ Жидкостно-мозаичная модель Никольсона-Сингера. Липиды мембран, их состав, фазовые переходы, асимметрия бислоя. Белки мембран. Пассивный и активный транспорт веществ через мембраны. Белки-переносчики, электрохимический градиент. (Na+-К+) АТФ-аза. Плазмолемма, ее структура и функции. Гликокаликс. Процессы экзоцитоза и эндоцитоза. Рецепторная функция. ^ Общие представления об обмене веществ. Ассимиляция и диссимиляция. Гетеротрофные, автотрофные организмы. Закономерности обмена энергии. Роль макроэргических соединений в трансформации энергии. ^ Углеводы, их биологическая роль, классификация и номенклатура. Структура, свойства и распространение в природе основных представителей моно-, ди- и полисахаридов. Распад полисахаридов. Гидролиз и фосфоролиз крахмала и гликогена. Переваривание и всасывание углеводов в желудочно-кишечном тракте. Распад и синтез гликогена в тканях. Гормональная регуляция этого процесса. Анаэробный распад углеводов. Гликолиз. Фосфорилирование на уровне субстрата. Энергетический эффект, регуляция, биологическая роль. Брожение, биологическая роль. Аэробный метаболизм пирувата. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Пируватдегидрогеназный мультиферментный комплекс. Цикл ди- и трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Биологическая роль цикла Кребса, его роль в катаболизме и анаболизме белков и липидов. Окислительное фосфорилирование. Дыхательная цепь. Структура компонентов дыхательной цепи и последовательность расположения переносчиков электронов. Кислород, как терминальный акцептор электронов. Гипотеза о роли кислорода в биохимических механизмах эволюции организмов. Сопряжение работы дыхательной цепи с процессом синтеза АТФ, хемиоосмотическая теория Митчела. Трансформация энергии на сопрягающих мембранах. Электрохимический потенциал - движущая сила фосфорилирования и мембранного транспорта. Структура и функции протонной АТФазы. Энергетический эффект дыхания. Пентозофосфатный путь обмена углеводов, его биологическая роль и энергетический эффект. Гликонеогенез, реципрокная регуляция гликонеогенеза и гликолиза. ^ Классификация и номенклатура липидов. Биологическая роль и распространение в природе. Основные представители жирных кислот, триглицеридов, фосфолипидов, стероидов и гликолипидов. Переваривание и всасывание липидов в желудочно-кишечном тракте. Роль печени в этом процессе. Распад липидов в тканях. Окисление жирных кислот энергетический эффект. Биосинтез нейтральных жиров и фосфолипидов.Мультиферментный комплекс синтетазы жирных кислот. ^ Ферментативный гидролиз белков. Протеолитические ферменты, их специфичность. Активация зимогенов. Метаболизм аминокислот. Дезаминирование и декарбоксилирование аминокислот. Трансаминирование, роль пиридоксальфосфата. Амиды и их физиологическое значение. Транспорт аммиака. Биосинтез мочевины. Биогенные амины. Основные пути новообразования аминокислот. ^ Обмен веществ как единая система процессов. Взаимосвязь обмена белков, жиров и углеводов. Общие промежуточные продукты обмена веществ. Химическая природа и физиологическая роль важнейших гормонов. Их роль в регуляции обмена веществ. Функции циклических нуклеотидов. Регуляция биосинтеза белков. Проблема происхождения и эволюции жизни. Развитие представлений о происхождении жизни. Возможность образования органических веществ. Возникновение и эволюция каталитической активности. Возникновение матричного синтеза. ^ (учебным планом не предусмотрены) Темы практических занятий: 1. Уровни структурной организации белковой молекулы. 2. Современные представления о структуре и функциях нуклеиновых кислот. 3. Биосинтез макромолекул: репликация, транскрипция, трансляция. 4. Анаэробный распад углеводов. Гликолиз, его биологическая роль. Брожение, его биологическая роль. 5. Аэробный метаболизм пирувата. Окислительное декарбоксилирование ПВК. Цикл ди- и трикарбоновых кислот (цикл Кребса), его биологическая роль. 6. Окислительное фосфорилирование. Дыхательная цепь. Хемиосмотическая гипотеза Митчелла. Электрохимический потенциал. Структура АТФазы. Трансформация энергии на сопрягающих мембранах. Темы лабораторных занятий: 1. Цветные реакции на отдельные аминокислоты, входящие в состав белковых молекул 2. Исследование аминокислотного состава 2-х неизвестных белков 3. Методы изучения первичной структуры белков 4. Физико-химические свойства белков 5. Выделение и идентификация сложных белков из различных биологических объектов 7. Фракционирование белков пшеничной муки 8. Гидролиз нуклеопротеидов дрожжей 9. Решение задач по репликации и транскрипции 10. Решение задач по генетическому коду и трансляции 11. Общие свойства ферментов 12. Количественное определение активности ферментов 13. Использование неорганического фосфата в процессе спиртового брожения 14. Определение нарастания аминоазота в процессе автолиза методом формолового титрования 15. Количественное определение витамина С в различных растительных объектах 16. Цветные реакции на витамины ^ 1. Физико-химические свойства белков. Кислотно-щелочные свойства белков. Денатурация. 2. Поведение белков в растворах. 3. Классификация простых и сложных белков. 4. Лабильность действия ферментов. Ингибиторы и активаторы. 5. Специфичность действия ферментов. 6. Мультиферменты, зимогены. 7. Классификация и номенклатура ферментов. Характеристика отдельных классов ферментов. Локализация ферментов в клетке. 8. Анаэробные дегидрогеназы. Структура, механизм действия, биологическая роль. Витамин РР. 9. Аэробные дегидрогеназы. Структура, механизм действия, биологическая роль. Витамин В2. 10. Оксидазы. Структура, биологическая роль. Каталаза, пероксидаза, цитохромоксидаза, аскорбиноксидаза, полифенолоксидаза. 11. Гидролазы. Эстеразы, гликосидазы, пептидгидролазы, амилазы. 12. Трансферазы, изомеразы, лиазы, лигазы. 13.Углеводы, их биологическая роль, классификация и номенклатура. 14. Липиды. Строение, свойства, классификация и биологическая роль. Написание реферата на тему: «Классификация ферментов». ^
4. Формы промежуточного и итогового контроля Регулярно выполняются письменные контрольные работы, проводится решение различных типов учебных задач, выполнение тестовых заданий, которые зачитываются при наличии 70% правильных ответов. Текущий контроль осуществляется на основе оценки ответов на практических и семинарских занятиях. Для контроля самостоятельной работы по каждой теме разработаны тестовые задания, и результаты тестирования учитываются при выставлении сессионных оценок. Критериями оценки являются обоснованность и четкость ответа, умение анализировать материал. Формой итогового контроля является экзамен. 5. Учебно-методическое обеспечение курса Интернет-источники Рекомендуется работа в сети Интернет на сайте Соросовского образовательного журнала, а также использование других Интернет-ресурсов и электронных научных библиотек для поиска необходимой литературы, например http://www.xumuk.ru, http://www.molbiol.ru; http://www.rusbiotech.ru; http://biomolecula.ru; http://www.inbi.ras.ru; http://www.volgmed.ru/biochem/301/edu-libr-d.php; http://en.wikipedia.org/wiki/Energetics; http://www.sambal.co.uk/biology.html; www.biolinks.net.ru. Оборудование При проведении занятий используются: кодоскоп «Ecovision 240», диапроектор «Свитязь», фотоэлектроколориметр «КФК-2», весы торсионные типа ВТ, весы торсионные Т3, весы аналитические ВЛАО-200, водяные бани, микроскопы МБИ-6, МБИ-15. Материалы Лекции иллюстрируются таблицами, слайдами, прозрачками и мультимедийными материалами. 6. литературА Основная литература
Дополнительная литература
^
Программу составила Донская Л.И.., к.б.н., доцент кафедры физиологии растений, клеточной биологии и генетики биолого-почвенного факультета ИГУ __________ Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры физиологии растений, клеточной биологии и генетики протокол №10 от 25.05.2011 Г. Зав. кафедрой физиологии растений, клеточной биологии и генетики чл.-корр. РАН Саляев Р.К. __________ Согласовано: председатель УМК биолого-почвенного факультета д.б.н., профессор Матвеев А.Н. __________ |