МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Факультет биологический ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ В МАГИСТРАТУРУ направления 020400.68 Биология Магистерская программа «Биохимия» Самара 2011 17 РАЗДЕЛ1. КЛАССИЧЕСКАЯ БИИХИМИЯ Тема 1. Биохимия как биологическая наука Биохимия – наука о веществах, входящих в состав живой природы, их превращениях, лежащих в основе жизненных явлений. Биохимия как биологическая наука. Структура клетки и локализация биохимических процессов. Значение биохимии для биологии, медицины, сельского хозяйства и промышленности. Краткая история биохимии. Биохимические основы важнейших биологических явлений. Обмен веществ как важнейшая особенность живой материи. Структура клетки и биохимическая характеристика отдельных субклеточных компонентов. Тема 2. Белки Белки, их биологическая роль: значение в построении живой материи и процессах жизнедеятельности. Аминокислоты, их физико-химические свойства и классификация. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Способы связи аминокислот в белке. Пептидные, дисульфидные, ионные, гидрофобные взаимодействия и водородные связи. Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура белков. Структура пептидной связи. Элементы вторичной структуры: альфа-спираль и бета-структура. Домены в структуре белка, их функциональная роль. Методы изучения структуры белка. Физико-химические свойства белков. Методы оценки размеров и формы белковых молекул. Денатурация белков. Принципы классификации белков. Глобулярные и фибриллярные белки. Классификация белков по третичной структуре. Простые и сложные белки. Функциональная классификация белков. Методы выделения белков. Выделение индивидуальных белков. Тема 3. Ферменты Сущность явления катализа. Скорость химических реакций. Особенности ферментативного катализа. Термодинамические и кинетические характеристики ферментативного катализа. Классификация и номенклатура ферментов. Химическая природа ферментов, их функциональные группы. Активный и аллостерический центры. Коферменты, простетические группы. Роль витаминов, металлов и других кофакторов в функционировании ферментов. Основные представления о кинетике ферментативных процессов. Специфичность действия ферментов. Влияние различных факторов среды на ферментативные процессы (температура, концентрации водородных ионов и др.). Влияние ингибиторов на ферментативную активность. Множественные формы ферментов. Изоферменты. Общие представления о механизме ферментативного катализа. Принципы регуляции ферментативных процессов в клетке и регуляция метаболизма. Локализация ферментов в клетке. Тема 4. Биоэнергетика Макроэргические соединения. Нуклеозидфосфаты, АТФ, креатинфосфат и аргининфосфат. Пути образования АТФ и других макроэргических соединений. Окислительное фосфорилирование. Окислительно-восстановительные процессы. Цепь переноса водорода и электронов (дыхательная цепь). Энергетическое значение ступенчатого транспорта электронов от субстратов окисления к кислороду. НАД- НАДФ-зависимые дегидрогеназы. Флавиновые ферменты, убихинон, цитохромы и цитохромоксидаза. Окислительное фосфорилирование в дыхательной цепи. Представление о механизмах сопряжения окисления и фосфорилирования в дыхательной цепи. Митохондрии, структура и энергетические функции. Трансмембранный потенциал ионов водорода как форма запасания энергии. Тема 5. Углеводы 18 Углеводы и их биологическая роль, классификация и номенклатура. Структура, свойства и распространение в природе основных представителей моносахаридов и полисахаридов. Гликопротеины и гликолипиды. Взаимопревращения моносахаридов. Анаэробный и аэробный распад углеводов. Гликолиз. Спиртовое брожение. Биосинтез полисахаридов. Гликозил-трансферазные реакции. Гликонеогенез. Окислительное декарбоксилирование пировиногдардной кислоты. Пируват-дегидрогеназный комплекс. Цикл трикарбоновых кислот. Окислительное фосфорилирование на уровне субстрата. Энергетическая характеристика аэробной и анаэробной фазы углеводного обмена. Прямое окисление глюкозо-6-фосфата. Пентозофосфатный путь обмена углеводов, его биологическая роль. Тема 6. Липиды Липиды и их биологическая роль. Классификация и номенклатура липидов. Структура, свойства и распространение в природе. Основные представители триглицеридов, фосфолипидов, цереброзидов, стеринов и восков. Жирные кислоты, их классификация и номенклатура. Простагландины. Ферментативный распад и синтез липидов. Окисление жирных кислот, биосинтез жирных кислот. Мультиферментные комплексы синтеза жирных кислот. Тема 7. Обмен белков Ферментативный гидролиз белков. Протеолитические ферменты, их специфичность, активация. Ограниченный протеолиз. Пути образования и распада аминокислот в организме. Переаминирование, его механизм, биологическое значение. Процессы дезаминирования и декарбоксилирования аминокислот. Образование аммиака. Транспорт аммиака. Восстановительное аминирование. Амиды и их физиологическое значение. Особенности обмена отдельных аминокислот и их роль в образовании ряда важнейших биологически активных веществ. Биосинтез мочевины. Азотистые небелковые вещества, их синтез, распад и биологическая роль. Нарушение структуры и обмена белков. Наследственные заболевания. Алкалоиды, их роль у растений и значение в медицине. Тема 8. Гормоны Свойства и функции гормонов. Химическая природа гормонов. Механизм действия гормонов. Циклические АМФ и ГМФ, их функции. Гипоталамо-гипофизарный комплекс. Связь между обменом белков, углеводов и липидов. Обмен веществ как единая система процессов. Гормоны гипоталамуса и гипофиза. Гормоны надпочечников. Гормоны щитовидной и паращитовидной желез. Гормоны половых желез. Желтое тело. Поджелудочная железа и ее функции. Тимус. Простогландины и тромбоксаны. Другие гормоны млекопитающих. Гормоны насекомых. Фитогормоны. Тема 9. Витамины Витамины и их биологическая роль. Классификация, номенклатура, структура, свойства, распространение в природе. Тема 10. Биологические мембраны и их функции Строение мембран и роль липидов, белков и углеводсодержащих соединений в их организации. Функции биомембран. Перенос веществ и сигналов через мембраны. Принципы функционирования мембран (асимметрия бислоя, подвижность мембранных компонентов). Патологии, связанные с нарушением структуры и функций мембран. Тема 11. Основы молекулярной биологии 19 Роль нуклеиновых кислот в формировании и свойствах живой материи. Строение нуклеиновых кислот. Пуриновые и пиримидиновые основания. Углеводные компоненты. Нуклеозиды и нуклеотиды. Работы Мишера, Эйвери, Френкель-Конрада, Чаргаффа, Уотсона, Крика, Уилкинса, Белозерского, Спирина и др. ученых. Структура хроматина, роль гистоновых и негистоновых белков. Обмен пуриновых и пиримидиновых оснований. Гидролиз нуклеиновых кислот. Матричный синтез ДНК и РНК. Ферментативные комплексы матричных синтезов. Нематричный синтез полинуклеотидов. Функциональные элементы генома. Подвижные элементы генома. Биосинтез белка, его основные этапы: активирование аминокислот, инициация, элонгация, терминация, посттрансляционный процессинг. Генетический код и его свойства. Регуляция синтеза белка и нуклеиновых кислот. РАЗДЕЛ 2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ Тема 1. Клетка – структурно-функциональная единица живого Значение изучения настоящей дисциплины. История развития науки о клетке. Методы исследования клеток. Строение клеток эукариот: растительные, животные клетки и клетки грибов. Отличительные особенности этих клеток. Тема 2. Двумембранные органоиды клеток: митохондрии, пластиды. Принципы их организации, строения и функционирования. Особенности строения митохондрий: наружная и внутренняя мембраны митохондрий, матрикс. Функции структурных компартментов митохондрий. Особенности строения пластид, функции внутренних структур пластид (мембран, стромы). Принципы организации и функционирования мембранных комплексов, обеспечивающих окислительное фосфорилирование и фотосинтез. Гипотеза происхождения митохондрий и пластид. Тема 3. Особенности организации и функционирования ядра. Ядерноцитоплазматический путь. Основные структурные компоненты ядра: ядерная оболочка, кариоплазма, ядерные поры, ядрышко и др. Уровни организация хроматина. Функции ядерных субкомпартментов. Особенности ядерно-цитоплазматического обмена. Регуляция работы ядра. Метаболические процессы, происходящие в субкомпартментах ядра. Тема 4. Одномембранные компартменты клеток эукариот: лизосомы, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, пероксисомы. Принципы их организации, строения и функционирования. Особенности организации и функционирования эндоплазматического рутикулума (гладкий и шероховатый ретикулум), аппарата Гольджи (стопка и пузырьки Гольджи), лизосом (мембраны, ферментные системы), пероксисом. Регуляция работы одномембранных органелл. Тема 5. Немембранные структуры клеток Особенности организации и функционирования рибосом, центриолей. Отличия про- и эукариотических рибосом, их химический состав. Механизм сборки рибосом. Роль центриолей в процессах митоза и мейоза. Тема 6. Особенности организации и функционирования цитозоля Ферментные системы цитозоля. Локализация и значение запасаемых в цитозоле веществ (гликогена, капелек жира и пр.). Роль цитозоля и цитоскелета в поддержании гомеостаза клетки, ее формы, размеров и объема. Хореография цитоскелета. 20 Тема 7. Биогенез клеточных органоидов и его регуляция Биогенез мембранных компонентов внутриклеточных органоидов. метаболизма и взаимоотношений органелл эукариотических клеток. Регуляция 21 Литература основная 1. Биохимия и молекулярная биология : Учебное пособие для вузов / Ю.П. Фролов, М.М. Серых, О.Н. Макурина и др.; Самарский гос. ун-т; Самарская гос. с/х. акад.; Под ред. Ю.П. Фролова. – Самара : Самарский университет, 2004. – 501с. 2. Макурина О.Н. Практикум по биологической химии: учеб. пособие по малому практикуму для студ. 2 курса днев. отд. и 3 курса вечер. отд. биолог. фак. ун-та / О.Н. Макурина, В.Г. Подковкин, Н.А. Кленова ; Самарский государственный университет, Биологический факультет, Кафедра биологической химии. – Самара : Самарский университет, 2000. – 125 с. 3. Макурина О.Н. Практикум по биологической химии : Учебное пособие для вузов / О.Н. Макурина, В.Г. Подковкин, Н.А. Кленова ; Самарский гос. ун-т; Каф. биологической химии. – 2-е изд., перераб. – Самара : Самарский ун-т, 2006. – 132 с. Литература дополнительная 1. Алексеев В.И. Прикладная молекулярная биология : [учеб. пособие для вузов] / В.И. Алексеев, В.А. Каминский .— 2-е изд., испр. — М. : КомКнига, 2005 .— 200с. 2. Белясова Н.А. Биохимия и молекулярная биология : учеб. пособие для вузов / Н.А. Белясова .— Минск : Книжный Дом, 2004. – 231 с. 3. Биохимия: Учебник для вузов / Под ред. Е.С. Северина. – 3-е изд., испр. – М. : ГЭОТАР-Медиа, 2006 – 784 с. 4. Биологическая химия : учеб. пособие для вузов / под ред. Н.И. Ковалевской – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Академия, 2008 .— 256 с. 5. Коничев А.С. Молекулярная биология : Учебник для вузов / А.С. Коничев, Г.А. Севастьянова .— 2-е изд., испр. — М. : Academia, 2005 .— 400с. 6. Кнорре Д.Г. Биологическая химия : Учебник для вузов / Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина. – 3-е изд.,испр. – М. : Высшая школа, 2002. – 479с. 7. Николаев А.Я. Биологическая химия : учеб. для вузов / А.Я. Николаев. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : МИа, 2007. – 565 с. 8. Проскурина И.К. Биохимия : Учебное пособие для вузов / И.К. Проскурина. – М. : ВЛАДОС-ПРЕСС, 2004. – 236с. 9. Степанов В.М. Молекулярная биология. Стуктура и функция белков : Учебник для вузов / В.М. Степанов ; Под ред. А.С. Спирина .— 3-е изд. — М. : Изд. Москов. ун-та : Наука, 2005 .— 336 с. 10. Стефанов В.Е. Введение в квантовую биологию : методы компьютерного моделирования в анализе биомолекулярных систем : учеб. пособие для вузов / В.Е. Стефанов, А.А. Тулуб .— СПб. : Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2006 .— 75 с. 11. Рис Э. Введение в молекулярную биологию : От клеток к атомам / Э. Рис, М. Стернберг; Пер. с англ. под ред. Ю.С. Лазуркина, В.А. Ткачука .— М. : Мир, 2002 .— 142с. 12. Уэй Т. Физические основы молекулярной биологии : пер. с англ. : [учеб. пособие для вузов] / Т.А. Уэй .— Долгопрудный [М.] : Интеллект, 2010 .— 368 с. 22