Реферат: Программы педагогических университетов биологическая химия с основами молекулярной биологии специальность 011600 «биология» квалификация специалиста «учитель биологии»

Программы

педагогических

университетов



Биологическая химия
с основами молекулярной биологии


Благовещенск 1999

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ


БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ ГОСУДАРСВЕННЫЙ

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


ПРОГРАММЫ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ УНИВЕРСИТЕТОВ


БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

С ОСНОВАМИ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ


^ СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 011600 «БИОЛОГИЯ»

КВАЛИФИКАЦИЯ СПЕЦИАЛИСТА «УЧИТЕЛЬ БИОЛОГИИ»


Утверждена Ученым советом университета

8 февраля 1999 г.


Благовещенск 1999


УДК 577.1 : 577.2 (075.2)

ББК 28.072 : 28.070 (р30)

Б 63


Биологическая химия с основами молекулярной биологии: программа для педагогических университетов. – Благовещенск: Изд-во БГПУ, 1999. – 30 с.


Представлена программа по биохимии с основами молекулярной биологии для студентов естественных факультетов педагогических вузов по специальности «011600 – Биология».

Программа предусматривает изучение основных классов соединений, входящих в состав живой материи и процессов их обмена.


 Благовещенский государственный педагогический университет, 1999

^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


За основу курса взята программа по биологической химии для педагогических институтов специальности 2106 «Биология с дополнительной специальностью химия» (составитель Филиппович Ю.Б., 1983). С учетом того, что в конце XX века бурное развитие получила молекулярная биология, целесообразном представляется деление курса на 2 части. в 7 семестре студенты изучают общую биохимию, а в 8 семестре – молекулярную биологию. Поскольку на отделении биологии-химии имеются развернутые курсы физиологии растений и физиологии человека и животных, в программу включено мало вопросов функциональной биохимии, а большое внимание уделяется разделам, непосредственно используемым в преподавании школьных курсов органической химии и биологии.

Программа по общей биохимии охватывает вопросы, касающиеся детальной характеристики основных классов соединений, входящих в состав живой материи и процессов их обмена. Программа по молекулярной биологии рассматривает сущность жизни на молекулярном уровне. Большое внимание уделяется вопросам строения и функции нуклеиновых кислот - носителям наследственной информации и изменчивости, а также механизмам передачи наследственной информации и основным принципам клеточной саморегуляции.

Курс биологической химии с основами молекулярной биологии предусматривает большой лабораторный практикум с использованием современных методов исследования: электрофореза, хроматографии, фотоколориметрии, центрифугирования. На лабораторных занятиях (наряду с классическими объектами) широко используется для анализа основная сельскохозяйственная культура нашей области – соя. даются данные по её химическому составу и рациональному использованию семян сои в питании как источнике микроэлементов, витаминов, жиров, белков.


^ Распределение учебных часов

№

п/п


Раздел программы, тема

Количество часов




Всего

Ауд.

Инд.

Сем.

Лек.

Лаб.-прак.




ч.1. Биологическая химия

190

90

50

50

48

42




Введение

3

1

1

1

1

-

I

Биомолекулы

104

52

25

27

25

27

1.

Химический состав организмов

6

4

1

1

1

2

2.

Белки, строение, свойства, классификация

30

16

8

6

8

8

3.

Нуклеиновые кислоты

7

3

2

2

2

1

4.

Биологически активные вещества

51

27

10

14

12

15

5.

Углеводы

4

-

2

2

-

-

6.

Липиды и биологические мембраны

6

2

2

2

2

-

II

Биоэнергетика и метаболизм

83

37

24

22

22

15

1.

Общие понятия об обмене веществ и энергии

6

2

2

2

2

-

2.

Биологическое окисление

9

5

2

2

2

3

3.

Обмен углеводов

17

9

4

4

6

3

4.

Обмен липидов

14

7

3

4

4

3

5.

Обмен белков

13

6

3

4

3

3

6.

Обмен нуклеиновых кислот

3

1

1

1

1

-

7.

Водный и минеральный обмен

4

2

1

1

2

-

8.

Взаимосвязь обменных процессов

17

5

8

4

2

3




ч.2 Молекулярная биология

70

40

14

16

22

18




Введение

16

11

2

3

2

9

1.

Структура хроматина

28

15

6

7

10

5

2.

Молекулярные механизмы передачи генетической информации

10

12

4

2

8

4

3.

Основные механизмы клеточной саморегуляции

8

2

2

4

2

-




Итого:

260

130

84

66

70

60


ч 1. Биологическая химия


ВВЕДЕНИЕ

Биохимия - наука о качественном составе, количественном содержании и преобразованиях в процессе жизнедеятельности соединений, образующих живую материю, отличительные особенности живой материи. История развития биохимии. Роль отечественных ученых в развитии биохимии.

Статистическая, динамическая и функциональная биохимия, ее предмет и задачи. Методы биохимических исследований и их характеристика. Использование в биохимии современных физико-химических методов анализа.


^ I. БИОМОЛЕКУЛЫ


1. Химический состав организмов

Постоянно и иногда встречающиеся элементы в составе живой материи. Понятие о макро-, микро- и ультрамикроэлементах. Их содержание в живых организмах и биологическая роль. Закономерности распространения элементов в живой природе. Зависимость между биологической ролью элементов и их положением в периодической системе Д.И. Менделеева. Потребность организмов в химических элементах.

Характеристика основных классов химических соединений, входящих в состав живой материи. Содержание и распределение воды в организме и клетке. Состояние воды в тканях. Ее биологическая роль. Содержание белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, минеральных веществ и других соединений в организме (в %). Пластические и энергетические вещества. Биоактивные соединения и их место и роль в живой природе. Биокомплексы и их значение в явлениях жизнедеятельности.

Современные представления о составе и тонкой структуре клетки. Краткие сведения о составе, структуре и функциях субклеточных частиц: ядра, митохондрий, хлоропластов, лизосом, рибосом, центриолей, эндоплазматического ретикулума и других. Состав и строение биологических мембран.

2. Белки

Роль белков в построении живой материи и процессах жизнедеятельности. Элементарный состав белков.

Методы выделения белков из биологического материала. Способы гомогенизации материала, экстракция белков. Методы фракционирования белков: высаливание, осаждение органическими растворителями, осаждение солями тяжелых металлов, электрофорез, электрофокусировка, хроматография, гельфильтрация. Способы очистки белковых препаратов от низкомолекулярных примесей. Методы определения белковых препаратов.

Молекулярная масса белков. Понятие о химическом и физическом значениях молекулярной массы белков. Методы определения молекулярной массы белков.

Форма белковых молекул и методы ее изучения. Аминокислотный состав белков. Методы гидролиза белка до аминокислот. Качественное и количественное определение аминокислот в гидролизатах белков. Тонкое строение аминокислот по данным рентгеноструктурного анализа. Закономерности содержания аминокислот в белках. Амфотерность и реакционная способность белков. Изоэлектрическое состояние белковой молекулы.

Способ связи аминокислот в белковой молекуле. Работы А.Я. Данилевского и Э. Фишера. Пептиды. Методы синтеза пептидов. Тонкое строение пептидной цепи (валентные углы и расстояние между атомами). Доказательства полипептидной теории строения белковой молекулы.

Структура белковой молекулы. Первичная структура белков. Методы установления первичной структуры белка. Характеристика первичной структуры  и  - цепей инсулина, рибонуклеазы, лизоцина,  и - цепей гемоглобина и других белков. Первичная структура и видовая специфичность белков (на примере инсулина и цитохрома). Связь первичной структуры и функций пептидов и белков (на примерах окситоцина и нормальных и патологических гемоглобинов).

Вторичная структура белков. Понятие об - и - конформациях полипептидной цепи. Критерии Л. Полинга и Р. Кори. Параметры - спирали полипептидной цепи. Правые и левые -спирали, их реализация в белках и пептидах. Силы, удерживающие полипептидную цепь в -конформации. Связь первичной и вторичной структур белковой молекулы (понятие о спиралеобразующих и спираленеобразующих сочетаниях аминокислотных остатков). Степень спирализации полипептидных цепей белков.

Третичная структура белков. Методы ее выявления. Работы Дж.Кендрю, М. Перутца и Д.Филлипса по рентгеноструктурному анализу третичной структуры миоглобина, субъединиц гемоглобина и лизоцима. Типы связей, обеспечивающих поддержание третичной структуры белковой молекулы. Гидрофобные зоны (“жирная капля”) в молекулах глобулярных белков. Полная химическая структура лизоцима и миоглобина. Ориентация радикалов аминокислот в этих белках. Динамичность третичной структуры белков. Самоорганизация третичной структуры белковой молекулы. Этапы самоорганизации, их связь с первичной структурой полипептидной цепи.

Четвертичная структура белков. Субъединицы (протомеры) и эпимолекулы (мультимеры). Конкретные примеры четвертичной структуры белков (инсулин, гемоглобин и т.п.) Типы связей между субъединицами в эпимолекуле. Понятие о контактных площадках у субъединиц, их комплементарности и принципе самосборки эпимолекул. Понятие о самосборке биологических структур.

Физико-химические свойства белков. Денатурация белков. Понятие о нативном белке.

Номенклатура и классификация белков. Простые (протеины) и сложные (протеиды) белки. Характеристика некоторых простых и сложных белков.

Функции белков в организме.

^ 3. Нуклеиновые кислоты

История открытия и изучения нуклеиновых кислот. Химический состав нуклеиновых кислот. Характеристика пуриновых и пиримидиновых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот. Минорные основания. , Д-рибофураноза и , Д-2-дезо-ксирибофунароза в составе нуклеиновых кислот. Два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). Различия между ДНК и РНК по составу азотистых оснований, характеру углевода, молекулярной массе, локализации в клетке и функции.

ДНК. Методы ее экстракции из биологического материала. Количественное содержание ДНК в организме и локализация ее в клетке. Молекулярная масса и форма молекул ДНК. Нуклеотидный состав ДНК; правила Е. Чаргаффа. Первичная структура ДНК. Полипуриновые и полипиримидиновые фрагменты в молекулах ДНК. Вторичная структура ДНК (модель Дж. Уотсона и Ф. Крика). Принцип комплементарности пуриновых и пиримидиновых оснований и его реализация в структуре ДНК. Третичная структура ДНК. Роль белков гистонов в суперспирализации ДНК.

Рибонуклеиновые кислоты, их классификация (тРНК, рРНК, иРНК, яРНК, в РНК). Сравнительная характеристика видов рибонуклеиновых кислот по молекулярной массе, нуклеотидному составу, локализации и функциям.


^ 4. Биологически активные вещества

а) Ферменты. Каталитическая функция белков. Черты сходства и различий в действии биокатализаторов (ферментов) и катализаторов иной природы. Роль ферментов в явлениях жизнедеятельности. Биологический катализ как кооперативный процесс, запрограммированный во времени и пространстве. История открытия и изучения ферментов.

Методы белковой химии, используемые для выделения и очистки ферментов. Экспресс- метод обнаружения ферментов (энзим-электрофорез). Иммобилизация ферментов.

Строение ферментов. Ферменты- протеины и ферменты-протеиды. Коферменты. Строение каталитического центра фермента у простых и сложных ферментов. Аминокислоты активных центров у ферментов протеинов. Понятие о субстратном и аллостерическом центрах в молекуле фермента. Взаимодействие перечисленных центров в процессе ферментативного катализа (динамическая модель фермента).

Молекулярная масса ферментов. Их мономерная и мультимерная структура. Строение рибонуклеазы и лизоцима. Щелевая структура ферментов. Структура каталазы и сукцинатдегидрогеназы - представителей ферментов-мультимеров. Общие закономерности структуры ферментов. Множественные формы ферментов. Изозимы лактатдегидрогеназы и сорбитолдегидрогеназы. Значение исследования множественных форм ферментов для медицины, генетики и селекции. Мультиэнзимные комплексы: строение пируватдегидрогеназы декарбоксилирующей и синтетазы высших жирных кислот. Полифункциональные ферменты.

Механизм действия ферментов. ЕS-, ЕS*- и ЕР- комплексы, их роль в снижении энергетического барьера реакции. Гипотеза Д. Кошланда. Механизм действия лизоцима и декарбоксилазы. Изменение третичной и четвертичной структуры молекул ферментов в процессе ферментативного катализа. Кинетика ферментативных реакций. Субстратная константа (Кs) и константа Михаэлиса (Кm). Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата и фермента.

Свойства ферментов: термолабильность, зависимость активности от значения рН среды, ионной силы раствора, специфичность. Активаторы и ингибиторы ферментов. Связь между конформацией ферментов и каталитической активностью.

Номенклатура ферментов. Систематические и рабочие (тривиальные) названия ферментов. Шифры ферментов.

Классификация ферментов, ее принципы и современное состояние. Классы ферментов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы. Характеристика основных представителей подклассов перечисленных классов ферментов.

Локализация ферментов в клетке. Пространственная разобщенность реакций распада и синтеза в клетке.

Промышленное получение и практическое использование ферментов.

б) Коферменты и витамины.

Коферменты (коэнзимы) - органические кофакторы ферментов. Типы связей между коферментами и апоферментами. Роль ионов металлов в образовании связи кофермент-апофермент. Химическая природа и механизм действия некоторых коферментов-переносчиков водорода и электронов (липоевая кислота, флавинмононуклеотид, флавинадениндинуклеотид, никотинамидадениндинуклеотидфосфат), коферментов-переносчиков групп (аденозинтрифосфорная кислота, коэнзим А, пиридоксальфосфат, нуклеозидфосфосахара, S-аденозилметионин), коферментов с иными функциями (тиаминпирофосфат, биотин, кобамидные коферменты). Коферменты-переносчики групп как субстраты.

Витамины. История их открытия. Роль витаминов в питании человека и животных. Авитаминозы, гиповитаминозы, гипервитаминозы. Роль витаминов в растениях. Витамины как вещества, абсолютно необходимые для нормальной жизнедеятельности любого организма. Соотношение витаминов и коферментов. Классификация и номенклатура витаминов. Витамерия.

Жирорастворимые витамины. Витамин А (ретинол). Химическое строение витаминов А1 и А2. Их геометрические изомеры. Участие витамина А1 в зрительном акте: тонкая структура ретиналя (порядки связей) и возможное значение цис-транс- переходов в утилизации энергии света. Витамин Д1 (кальциферол). Химическая структура витаминов Д2 (эргокальциферол) и Д3 (холекальциферол), их роль в фосфорно-кальциевом обмене. Витамин Е (токоферол). Участие его в окислительно-восстановительных процессах. Витамин К (филлохинон), его отношение к системе свертывания крови. Викасол. Витамин F (комплекс насыщенных жирных кислот).

Водорастворимые витамины. Витамин В1 (тиамин): химическая природа и механизм действия. Витамин В2 (рибофлавин), его строение и участие в окислительно-восстановительных реакциях. Витамин В3 (пантотеновая кислота), участие его в образовании коэнзима А.

Витамин В5 (никотиновая кислота и амид никотиновой кислоты): структура и участие в переносе атомов водорода в составе НАД+. Витамин В6 (пиридоксин), его формы (пиридоксол, пиридоксаль, пиридоксамин), значение для осуществления реакций переаминирования. Витамин В15 (цианкобаламин). Холин, его функции в качестве поставщика метильных групп. Витамин С (аскорбиновая кислота), строение ее восстановленной и окисленной форм. Аскорбиген. Роль витамина С в образовании коллагена. Витамин Р (рутин). Взаимообусловленность действий витаминов С и Р. Витамин U. Содержание витаминов в продуктах питания.

Другие биоактивные соединения: антивитамины, антибиотики, фитонциды, телергоны, гербициды, дефолианты, ростовые вещества, (важнейшие представители и механизм их действия).

в) Гормоны.

История развития учения о гормонах. Определение понятия “гормоны”. Причины обособления гормонов в процессе эволюции живой материи. Номенклатура и классификация гормонов.

Стероидные гормоны: строение, свойства и функциональная активность кортикостерона, тестостерона, эстрадиола. Механизм действия стероидных гормонов. Роль циклической АМФ.

Пептидные гормоны: структура и функция. Характеристика важнейших из них (окситоцин, вазопрессин, глюкагон, инсулин, эндорфины и энкефалины, адренокортикотропный гормон, тиреотропин, соматропный гормон). Механизм действия пептидных гормонов.

Прочие гормоны: адреналин, тироксин, ауксины, гиббереллины, простагландины. Их структура, механизм действия. Эндемический зоб. Применение гормонов в сельском хозяйстве и медицине.


5. Углеводы

Строение и биологические функции. Углеводы - основа существования организмов. Общая характеристика углеводов и их классификация в зависимости от числа остатков моносахаридов. Простые углеводы (моносахариды): номенклатура, изомерия, конформации, физические и химические свойства, представители (рибоза, глюкоза, галактоза, манноза, фруктоза, седогептулоза).

Сложные углеводы. Дисахариды: типы строения, свойства, представители (сахароза, мальтоза, целлобиоза, лактоза). Восстанавливающие и невосстанавливающие дисахариды. Полисахариды: классификация, химическая структура, свойства, важнейшие представители (крахмал, гликоген, клетчатка, декстрин, хитин, гилуроновая кислота, хондроитинсульфат, гепарин).

Биологическое значение углеводов (энергетическая, пластическая, защитная, опорная, регуляторная функции, запас питательных веществ). Специфические функции углеводов, выявленные в последние годы.


^ 6. Липиды и биологические мембраны

Общая характеристика класса липидов. Классификация липидов: простые липиды, жиры, воск и стериды; сложные липиды-фосфолипиды и гликолипиды. Новые виды липидов (диольные липиды). Фосфатидилглицерины. Локализация липидов в клетке и их биологическое значение.

Жиры (триглицериды), их структура и разнообразие в природе по качественному составу и соотношению высших жирных кислот (ВЖК).

Простые и смешанные триглицериды. Геометрическая изомерия остатков непредельных высших кислот в составе триглицеридов. История открытия и характеристика основных жирных кислот, входящих в состав триглицеридов. Успехи в идентификации ВЖК с нечетным числом углеродных атомов и разветвленным углеродным радикалом. Физико-химические свойства триглицеридов.

Воски. Их состав (перечень ВЖК и высших спиртов) и строение. Биологическая роль восков. Распространение, локализация в организме и функции восков.

Стериды. Их состав и строение, физико-химические свойства. Стеролы, их структура, изомерия (конформации), представители (холестерол, эргостерол, стигмастерол, ситостерол, фукостерол). Характеристика высших жирных кислот, входящих в состав стеридов. Видовая специфичность стеролов и стеридов.

Фосфолипиды, структура их молекул, характеристика высших жирных кислот, азотистых оснований и многоатомных спиртов, входящих в их состав. Распространение фосфолипидов в природе, их биологическая роль.

Гликолипиды, их состав и строение. Цереброзиды и ганглиозиды, функции гликолипидов в тканях и органах.

Роль липидов в структурировании биологических мембран. Самопроизвольное формирование липидного бислоя. Его текучесть в зависимости от состава. Липидный бислой - это двумерная жидкость, служащая растворителем для мембранных белков. Ассиметричность липидного бислоя. Строение и функции гликолипидов биомембран. Мембранные белки и их амфипатические свойства. Расположение мембранных белков в липидном бислое. Функции мембранных белков. Перенос малых молекул через мембрану. Мембранные транспортные белки. Пассивный и активный транспорт веществ. Мембраносвязанные ферменты. (Nа + + К+ ) и Са2+ - насосы плазматической мембраны. Роль мембраносвязанных АТФаз. Ионофоры. Перенос через мембрану макромолекул и частиц. Конститутивный и регулируемый экзоцитоз. Два вида эндоцитоза: пиноцитоз и фагоцитоз. Механизм действия и биологическая роль этих процессов.


^ II. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ


1. Общие понятие об обмене веществ и энергии в организме

Современные представления о сущности жизни. Характеристика сущности жизненных явлений с позиции молекулярной биологии, квантовой биохимии, кибернетики, термодинамики, генетики и т.п. Жизнь как биологическая форма движения материи. Критика идеалистических и механических представлений о сущности жизни.

Обмен веществ и энергии - неотъемлемое свойство всего живого. Обмен веществ как закономерный, самосовершающийся процесс превращения материи в живых телах. Анаболизм и катаболизм. Масштабы обмена веществ на земле. Биосфера и ее геохимическая роль. Работы В.И. Вернадского. Промежуточный обмен веществ.

Энергетика обмена веществ. Понятие об уровне свободной энергии в органическом соединении и его изменении в процессе преобразования веществ. Макроэргические соединения и макроэргические связи. Различие в понятиях “энергия связи” и “макроэргическая связь”. Важнейшие представители макроэргических соединений: глюкоза - 1-фосфат, уридиндифосфоглюкоза, сахароза, ацетилкоэнзим А, креатинфосфат, аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), фосфоэнолпировиноградная кислота, 1,3-дифосфоглицериновая кислота. Особая роль атомов Р и S в образовании макроэргических связей. Роль АТФ в энергетическом обмене. АТФ как аккумулятор, трансформатор и проводник энергии в процессе ее запасания и расходования в организме. Принципиальное отличие энергетики химических реакций в живой природе от таковой в неживой. Трансформация энергии в живых объектах. Общие принципы организации структур, ответственных за трансформацию энергии.

^ 2. Биологическое окисление

Определение понятия “биологическое окисление”. История развития представлений о механизме биологического окисления: теория активирования кислорода К. Шенбайна; перекисная теория А.Н. Баха; концепция дыхательных хромогенов В.И. Палладина и Х. Виланда; выделение и характеристика разнообразных дегидрогеназ; обнаружение цитохромов и цитохромоксидазы (Д. Кейлин и О. Варбург) и признание цитохромной системы доминирующей терминальной дыхательной системы; открытие явления окислительного фосфорилирования ( В.А. Энгельгардт).

Классификация процессов биологического окисления. Два типа оксидоредуктаз в клетке: а) обеспечивающих дегидрирование субстратов и передачу атомов водорода и электронов на кислород и другие акцепторы; б) катализирующих реакции непосредственного включения в субстрат кислорода (оксигеназы и гидроксилазы).

Характеристика важнейших оксидоредуктаз первого типа: медьсодержащих оксидаз (аскорбатоксидаза, уреаза, цитохромоксидаза); флавопротеидов (оксидаза L-аминокислот, липоилдегидрогеназа, гликолатоксидаза); НАД+ -и НАДФ+ -протеидов; железосодержащих переносчиков электронов (негеминовой природы - ферродоксины и геминовой природы - цитохромы). Ансамбли оксидоредуктаз.

Сопряжение биологического окисления с фосфорилированием. Окислительное фосфорилирование на уровне субстрата (в процессах гликолиза и брожения) и на уровне электронотранспортной цепи. Дыхательная цепь ферментов, осуществляющих сопряжение окисления с фосфорилированием. Шкала редокс-потенциалов компонентов электронотранспортной цепи. Особенности строения дыхательной цепи у эукариотов и прокариотов. Ингибиторы ферментов дыхательной цепи. Локализация окислительного фосфорилирования в клетке. Митохондрии, их структура и функции; строение митохондриальной мембраны; структура элементарных частиц. Гипотезы о механизме сопряжения окисления с фосфорилированием: химическая (Ф. Липманн), конформационная (П.Д. Бойер) и хемиосмотическая (П. Митчелл, В.П. Скулачев). Роль мембранного потенциала. Регуляция окислительного в митохондриях. Разобщение окисления и фосфорилирования.


^ 3. Обмен углеводов

Содержание углеводов в различных продуктах питания. Гидролиз углеводов в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ). Пути распада полисахаридов и олигосахаридов: -, - и -амилазы, амило-1,6- глюкозидаза, целлюлаза, хитиназа, гиалуронидаза и др. Гликозидазы. Фосфоролиз сложных углеводов: фосфорилазы, их строение и механизм действия. Активирование фосфорилаз при участии циклического АМФ. Метаболизм моносахаридов. Роль реакции фосфорилирования в активировании моносахаридов. Изомеразы фосфорных эфиров моносахаридов и нуклеозидфосфатсахаров. Обмен глюкозо-6-фосфата (дихотомический и апотомический пути, их соотношение в организме). Обмен пировиноградной кислоты (ПВК). Гликолиз и гликогенолиз. Химизм спиртового брожения. Окислительное декарбоксилирование при посредстве мультиэнзимного комплекса. Цикл трикарбоновых кислот и дикарбоновых кислот. Роль активной уксусной кислоты. Энергетический эффект распада углеводов: сопоставление брожения, гликолиза и дыхания по этому показателю.

Биосинтез углеводов. Механизм первичного биосинтеза углеводов в процессе фотосинтеза и хемосинтеза. Его энергетическое обеспечение. Роль никотинамидадениндинуклеотидфосфата восстановленного (НАДФН).Рибулозо--1,5-дифосфат как акцептор оксида углерода (IV) и источник 3-фосфоглицериновой кислоты. Иные пути акцептирования оксида углерода (IV) при первичном биосинтезе органического вещества (фосфоенол-пируватный и ацил-КоА-карбоксилазный). Схема превращения 3-фосфоглицериновой кислоты во фруктозо-6-фосфат. Особенности биосинтеза простых углеводов у гетеротрофов. Проблема ассиметрического синтеза в живой природе, ее методологическое значение. Трансгликозилирование и его роль в биосинтезе олиго- и полисахаридов. Сопряжение образования гликозидных связей в молекулах олиго- и полисахаридов с распадом связей в донорах гликозильных остатков.

Особая роль нуклеозиддифосфатсахаров в гликозилтрансферазных реакциях, обеспечение специфического биосинтеза олиго-и полисахаридов при их посредстве. Синтез разветвленных молекул полисахаридов (-глюканветвящая гликозилтрансфераза и механизм ее действия). Роль полиизопренолфосфатсахаров в биосинтезе полисахаридов и гликопротеидов. Регуляция постоянства содержания глюкозы в крови.


^ 4. Обмен липидов

Характеристика продуктов питания по содержанию липидов. Переваривание липидов в ЖКТ. Гидролиз их при участии липазы и алиэстеразы. Регуляция активности липазы при участии ц-АМФ. Роль желчи в эмульгировании жиров и всасывании ВЖК. Синтез собственного жира в стенках кишечника. Обмен глицерина.  -- окисление ВЖК: механизм, локализация в клетке и соотношение в животном и растительном царстве. Обмен ацетил-КоА. Глиоксиловый цикл. Механизм биосинтеза ВЖК: малонил-КоА как акцептор ацильных остатков. Строение и механизм действия синтетазы ВЖК. Локализация биосинтеза ВЖК в клетке. Механизм биосинтеза триглицеридов, роль ацилтрансфераз (моно-и диглицеридтрансацилаз) в этом процессе. Фосфатидные кислоты - промежуточные продукты в биосинтезе триглицеридов.

Обмен стероидов. Гидролиз их при участии ферментов. Реакции восстановления и окисления стеролов в организме. Образование стероидов (холевые кислоты, стероидные гормоны и др.)

Пути распада фосфатидов в организме. Характеристика фосфолипаз А, В, С и Д. Обмен холина. Механизм биосинтеза фосфатидов, роль цитидинфосфохолина в этом процессе.

Обмен восков и гликолипидов.

Энергетический эффект окисления триглицеридов и других липидов.

Регуляция обмена липидов. Нарушения обмена жиров и холестерина. Ацетоновые тела.


^ 5. Обмен белков

Значение белкового обмена. Азотистый баланс. Содержание белков в продуктах питания. Полноценные белки. Норма белка в питании.

Пути распада белков в ЖКТ и в клетке. Гидролиз белков. Характеристика ферментов, обеспечивающих осуществление гидролиза белков до пептидов и аминокислот. Селективный характер действия пептидпептидогидролаз (трипсина, химотрипсина, пепсина и др.). Объем и скорость обновления белков различных тканей и органов.

Метаболизм аминокислот. Активный перенос аминокислот через клеточные мембраны при посредстве -глутамилтрансферазы. Преобразование аминокислот по аминогруппе, карбоксильной группе и радикалу. Механизм соответствующих реакций и характеристика ферментов, в них участвующих. Обмен аминокислот как источник возникновения биологически активных соединений (биогенных аминов, коферментов, ростовых веществ, витаминов, некоторых гормонов и т.п.). Метаболизм некоторых индивидуальных аминокислот. Пути связывания аммиака в организме. Механизм биосинтеза мочевины (орнитиновый цикл). Роль аспарагина и глутамина в связывании аммиака. Пути новообразования аминокислот в природе и их соотношение у различных классов организмов. Первичные и вторичные аминокислоты. Заменимые, полузаменимые и незаменимые аминокислоты. Производство синтетических аминокислот. Проблемы искусственной (синтетической) пищи. Критика неомальтузианских теорий.

Обмен сложных белков. Хромопротеиды. Распад экзогенного и эндогенного гемоглобина. Синтез гемоглобина.

Патология обмена белков.


^ 6. Обмен нуклеиновых кислот

Пути распада нуклеиновых кислот до свободных нуклеотидов. Фосфодиэстеразы и их участие в деструкции нуклеиновых кислот. Типы нуклеаз по их отношению к вторичной и третичной структурам субстрата. Механизмы действия рибонуклеазы поджелудочной железы. Селективный характер действия эндорибонуклеаз. Дезоксирибронуклеазы 1 и 2, характер их каталитической активности. Применение нуклеаз в медицине.

Обмен нуклеозидофосфатов. Пути их деструкции. Механизм реакции распада: пуриновых оснований до мочевой кислоты, аллонтоина, аллонтоиновой кислоты, глиоксилевой кислоты и мочевины. Конечные продукты распада пуриновых и пиримидиновых оснований у представителей различных классов животных.

Биосинтез нуклеозид-, нуклеозидди- и нуклеозидтрифосфатов. Образование пиримидинового цикла из NН3, СО2 и аспарагиновой кислоты в присутствии АТФ при участии соответствующих ферментов. Цикл реакций по биосинтезу пуринового кольца из глутамина, глицина, формиата, оксида углерода (IV) и аспарагиновой кислоты сопряженно с распадом АТФ при каталитическом воздействии ферментов. Уридин-5-монофосфат (УАФ) и инозин-5-монофосфат (ИМФ) как первичные продукты биосинтеза пиримидиновых и пури^ Тематическое планирование



№

п/п


Раздел программы, тема

Количество часов




Всего

Ауд.

Инд.

Сем.

Лек.

Лаб.-прак.




ч. 1 Биологическая химия

190

90

50

50

48

42




Введение. Предмет и задачи биохимии. Роль отечественных и зарубежных ученых в развитии биохимии. Методы биохимических исследований

3

1

1

1

1

-

I

Биомолекулы

104

52

25

27

25

27

1

Химический состав организмов. Макро- и микроэлементы. Роль воды в организмах. исследования биологических жидкостей

6

4

1

1

1

3

2

Белки. Строение, свойства, классификация

30

16

8

6

8

8




Функции белков и их состав. Строение и химические свойства аминокислот. качественные реакции на аминокислоты и белки. Хроматографический анализ аминокислот

9

5

2

2

2

3




Структура белковой молекулы

5

2

2

1

2

-




Физико-химические свойства белков. Качественное определение белков. Кислотный гидролиз шелка. Определение изоэлектрической точки белка. Диализ

8

5

2

1

2

3




Классификация белков. Гемоглобин. Его структура, свойства, функции и обнаружение. Выделение казеина из молока


8

4

2

2

2

2

3

Нуклеиновые кислоты. Строение и роль нуклеиновых кислот. Качественный анализ мононуклеотидов. Нуклеопротеиды

7

3

2

2

2

1

4.

Биологически активные вещества

51

27

10

14

12

15




Ферменты. Их строение и свойства. Изоферменты

3

2

-

1

2

-




Теория ферментативного катализа

3

2

-

1

2

-




Классификация ферментов. Значение ферментов в промышленности и медицине

3

2

-

1

2

-




Качественные реакции на ферменты и их свойства. Количественное определение активности каталазы

4

3

1

-

-

3




Коферменты и витамины. их биологическая роль и содержание в продуктах питания. Количественное определение витамина С в хвое

8

6

1

1

3

3




Гормоны. Их строение и функции. Качественные реакции на гормоны

7

5

1

1

2

3




Взаимосвязь витаминов, ферментов и гормонов

6

4

1

1

1

3




Семинар “Белки - основа жизни”

10

3

3

4

-

3




Контрольная работа

7

-

3

4

-

-

5

Углеводы. Их строение и биологические функции

4

-

2

2

-

-

6

Липиды и биологические мембраны. Классификация, особенности строения и биологические функции липидов. Состав плазматических мембран и перенос веществ


6

2

2

2

2

-


II

Биоэнергетика и метаболизм

83

37

24

22

22

15

1

Общие понятия об обмене веществ и энергии в организме. Макроэргические соединения

6

2

2

2

2

-

2

Биологическое окисление. Сопряжение биологического окисления с фосфорилированием. Хемиосмотическая теория. Строение внутренней мембраны митохондрий. Синтез АТФ. Использование неорганического фосфата для синтеза АТФ

9

5

2

2

2

3

3

Обмен углеводов

17

9

4

4

6

2




Переваривание углеводов в ЖКТ. окисление углеводов в клетке анаэробным и аэробным путем. Эн