Ìèíèñòåðñòâî îáðàçîâàíèÿ è íàóêè ÐÔ - Географо
advertisement
14 14 Минис т е рс т в о об ра зов а ния и на уки Р Ф Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный педагогический университет» Факультет ______Географо-биологический Кафедра биологии, экологии и методики их преподавания _ РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА по дисциплине ________«Биологическая химия» для специальности «050102 Биология» по циклу ДПП.Ф.10 дисциплин предметной подготовки __Федеральный компонент Очная форма обучения Курс – 2, 3 Семестр – 4, 5 Объем в часах всего – 160 в т. ч.: лекции – 40 практические занятия – 14 лабораторные занятия – 26 самостоятельная работа –80 Экзамен – 5 семестр Зачет – 4 семестр Заочная форма обучения Курс – 2, 3 Семестр – 4, 5 Объем в часах всего – 160 в т. ч.: лекции – 10 практические занятия –4 лабораторные занятия – 6 самостоятельная работа – 140 Экзамен – 5 семестр Зачет – 4 семестр Контрольная работа - 5 семестр 14 Екатеринбург 2012 Рабочая учебная программа по дисциплине __________«Биологическая химия»________________ ФГБОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет» Екатеринбург, 2012. 16 с. Составитель: Бердюгина А.А., ст. преподаватель каф.биологии, экологии и методики их преподавания Рабочая учебная программа обсуждена на заседании кафедры биологии, экологии и методики их преподавания_________ УрГПУ Протокол № ___ от ________________2012 г. Зав. кафедрой _________________________________А.П. Дьяченко Декан географо-биологического фак-та_________________В.Г.Капустин 14 14 I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая программа учебной дисциплины «Биологическая химия» рассчитана на 2 семестра и предназначена для студентов педагогических университетов, имеющих специализацию по биологии. Биологическая химия – одна из основных дисциплин биологического блока, изучаемых будущими учителями. Цели курса – сформировать у студентов представления о молекулярном уровне организации живой материи; закономерностях процессов клеточного метаболизма, лежащих в основе всех проявлений жизнедеятельности. Обеспечить базовую подготовку для восприятия и лучшего осмысления курсов генетики, цитологии, физиологии животных и растений, молекулярной биологии, гистологии с основами эмбрио-логии, биотехнологии и способствовать использованию полученных знаний в будущей педагогической практике (как в учебном, так и в воспитательном процессах). Задачи курса: 1.Усвоение студентами основных терминов и понятий, используемых в биохимии. 2.Освоение техники проведения лабораторных работ. 3.Изучение детальной характеристики основных макромолекул входящих в состав живой материи, включая их функции и преобразования в организме. 4 Формирование знаний о внутриклеточном обмене веществ и энергии и механизмах регуляции этих процессов. В учебном плане курс биохимии естественным образом связан с курсом органической химии, что учитывалось при составлении данной рабочей программы. Наиболее важные вопросы курса выделены в программе в отдельные разделы. Большое внимание уделяется энергетике обмена веществ, процессам биологического окисления, взаимосвязи процессов обмена веществ и общим принципам их регуляции. С программой теоретического курса тесно связаны лабораторные и семинарские занятия. Предусмотрены проверочные контрольные задания. Для самостоятельной проработки некоторых тем и разделов курса студентам предлагаются темы реферативных работ и докладов, требующие углубленного изучения основной и дополнительной литературы, с дальнейшим обсуждением рефератов и докладов на занятиях. По завершении изучения «Биологической химии» студенты сдают экзамен. Предусмотрена промежуточная аттестация – зачет. II. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ Учебно-тематитческий план очной формы обучения №/п Наименование темы, раздела Всего трудо емко сть Аудиторные часы Всег о Лекци й Практич . Лаборат . Самостоят . работа 14 1 2 3 4 2.5 0.5 0.5 4 2.5 1.5 1 1.5 2.Водно-минерал ьный обмен 5.5 3 2 1 2.5 3.Белки: 18.5 12 Введение 1.Химический состав живых 5 6 7 2 организмов. 3.1.Общая хар-ка 3.2.Ферменты 4.Биоактивные вещества: 6.5 4 4 2 2 20 8 2 2 4 12 21 6 4 2 23.5 11 4 2 5 12.5 их 13 9 4 2 3 4 8.Нуклеиновые кислоты и их обмен 20 14 8 2 4 6 9.Обмен белков 22 12 8 4 10 10.Взаимосвязь и регуляция обмена 10 2 4.1.Витамины 4.2.Гормоны 4.3.Другие био-активные соеди-нения 5.Общие понятия об обмене ве-в и энергии в орга-низме: 15 5.1.Биологическо е окисление 6.Углеводы и их обмен 7.Липиды и обмен 2 8 14 веществ Итого 160 80 40 14 26 80 Учебно-тематический план заочной формы обучения №/п Наименование темы, раздела Всег о Аудиторные часы Всего Лекций Труд о- Практич . Лаборат . Самостоя т.работа емко сть Введение 2 2 2.5 2.5 2.Водно-минераль ный обмен 5.5 5.5 3.Белки: 18.5 6 20 4 21 2 2 23.5 3 1 1.Химический состав живых организмов. 2 4 12.5 4 18 3.1.Общая хар-ка 3.2.Ферменты 4.Биоактивные вещества: 4.1.Витамины 4.2.Гормоны 4.3.Другие био-активные соедин. 5.Общие понятия об обмене в-в и энергии в орг-ме: 19 5.1.Биологическое окисление 6.Углеводы и их обмен. 2 20.5 14 7.Липиды обмен и их 13 13 8.Нуклеиновые ки слоты и их обменю 20 2 2 9.Обмен белков 22 3 1 10.Взаимосвязь и регуляция обмена 10 18 2 19 10 веществ Итого 160 20 8 4 8 140 III. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ВВЕДЕНИЕ Биохимия — наука о качественном составе, количественном содержании и преобразованиях в процессе жизнедеятельности соединений, образующих живую материю. Это базовая составляющая современной физико-химической биологии. История становления и развития биохимии как самостоятельной науки. Роль отечественных ученых в развитии биохимии (работы А.Я.Данилевского, М.В.Ненцкого, Н.И Лунина, А Н.Баха, А.В.Палладина, А.И.Опарина, В.А.Энгельгардта). Характеристика крупных биохимических центров России. Значение биохимии для развития биологии, медицины, генетики, микробиологии, цитологии и т.д. Перспективы развития. Статическая, динамическая и функциональная биохимия. Характеристика разделов биохимической науки: биохимии животных, растений и микроорганизмов, медицинской и ветеринарной биохимии, технической биохимии, сравнительной биохимии, экологической биохимии, биохимической генетики. Методы биохимических исследований и их характеристика (экспресс методы и лабораторные). Широкое проникновение в биохимию современных физико-химических методов анализа. Разработка скоростных и автоматизированных методов анализа для биохимических целей. Задачи курса биохимии при подготовке учителей биологии. 1. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ Постоянно и иногда встречающиеся элементы в составе живой материи Понятие о макро-, микро- и ультрамикроэлементах. Закономерности распространения элементов в живой природе. Потребность различных организмов в химических элементах. Характеристика и значение основных классов химических соединений, входящих в состав живых организмов. Содержание низкомолекулярных и высокомолекулярных органических соединений в живых организмах. Пластические и энергетические вещества. Молекулярный уровень и его подуровни в организации живой природы. 2. ВОДНО - МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН Содержание и распределение воды в организме. Состояние воды в тканях. Роль воды в процессах жизнедеятельности. Механизмы транспорта воды в клетках. Роль минеральных веществ (незаменимых веществ) в жизнедеятельности организмов. Ионный состав внутренней среды организма. Понятие о водно-минеральном обмене. Водный баланс. Регуляция вводно-минерального обмена. 14 3. БЕЛКИ 3.1. Общая характеристика Методы выделения белков из биологического материала. Элементный состав белка. Молекулярная масса белков. Формы белковых молекул и методы ее изучения. Аминокислотный состав белков. Характеристика аминокислот, входящих в состав белков. Заменимые, полузаменимые и незаменимые аминокислоты. Селективный гидролиз белка до пептидов. Качественное и количественное определение аминокислот в гидролизатах белков. Природные пептиды: карнозин, глутатион, офтальмовая кислота, окситоцин, вазопрессин, фаллоидин и др. Тонкое строение пептидной цепи (валентные углы и расстояния между атомами). Структура белковой молекулы. Полипептидная теория строения белка. Четыре уровня структурной организации белковой молекулы. Первичная структура белков. Пептидная связь. Схема установления первичной структуры белка. Наследственная обусловленность первичной структуры белков. Компьютерные банки данных о первичной структуре белков. Вторичная структура белков. Понятие об α- и β-конформациях полипептидной цепи. Модель Л.Полинга и Р.Кори. Параметры α- спирали полипептидной цепи. Связи, удерживающие вторичную структуру. Надвторичные структуры в белках и пептидах. Связь первичной и вторичной структур белковой молекулы. Третичная структура белков. Типы связей, обеспечивающих под-держание третичной структуры белковой молекулы: водородная, ионная, дисульфидные мостики, неполярные взаимодействия (гидрофобные) и т.д. Химическая структура лизоцима, миоглобина. Самоорганизация третичной структуры белковой молекулы. Предсказание пространственного строения белков исходя из первичной структурных молекул. Четвертичная структура белков. Понятие о критической длине непрерывной полипептидной цепи. Субъединицы (протомеры) и эпимолекулы (мультимеры). Конкретные примеры четвертичной структуры белков (гемоглобин, у-иммуноглобулин, каталаза и т п.). Типы связей между субъединицами в эпимолекуле. Свойства белков: денатурация, ренатурация, растворимость, амфотерность. Нативные белки. Классификация белков. Простые (протеины) и сложные белки. Классификация протеинов по форме белковой молекулы, аминокислотному составу, растворимости, биологической активности. Функции белков и характеристика отдельных групп регуляторных, защитных, токсических, транспортных, структурных, сократительных и рецепторных белков. Белки - детоксиканты ксенобиотиков в организме. Белки-шапероны и их роль в фолдинге полипептидных цепей. 3.2. Ферменты Каталитическая (ферментативная) функция белков. Роль ферментов в процессах жизнедеятельности. История открытия и изучения ферментов. Работы отечественных ученых (А.Е.Браунштейна, И.П.Павлова, В.А.Эн-гельгардта и др.) в этой области. Сходство и различия в действии ферментов и небиологических катализаторов. Биологический катализ как кооперативный процесс, запрограммированный во времени и пространстве. Строение ферментов. Однокомпонентные и двукомпонентные ферменты. Холофермент, апофермент, простетическая группа, кофермент. Коферменты. Химическая природа и механизм действия некоторых коферментов - ФМН, ФАД, НАД+, НАДФ+, АТФ, HS коэнзим А и др. Строение каталитического центра у одно- и двукомпонентных ферментов. Понятие о субстратном и аллостерическом центрах в молекуле ферментов. Взаимодействие перечисленных центров в процессе ферментативного катализа (динамическая модель фермента). Мономерная и мультимерная структура ферментов. Примеры. Мультиэнзимные комплексы (пируватдегидрогеназа декарбоксилирующая и др.). Полифункциональные ферменты (синтетаза высших жирных кислот и др.). Механизм действия ферментов. Фермент-субстратные комплексы и их роль в понижении энергетического барьера реакции. Кинетика 14 ферментативных реакций. Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата и фермента. Явления насыщения субстратом. Свойства ферментов: термолабильность, зависимость активности от значения рН среды, температуры и других факторов. Специфичность ферментов. Регуляция активности ферментов: активаторы и ингибиторы ферментов. Обратимое и необратимое ингибирование. Конкурентное, неконкурентное торможение действия ферментов. Влияние ксенобиотиков на активность ферментов. Классификация ферментов, ее принципы. Номенклатура ферментов. Классы ферментов и характеристика основных подклассов: оксидоредуктазы (дегидрогеназы, оксидазы); трансферазы (фосфотрансферазы, аминотрансферазы); гидролазы (эстеразы, пептидогидролазы, гликозидазы); лиазы (декарбоксилазы); изомеразы; лигазы (синтетазы). Локализация ферментов в клетке. Промышленное получение и практическое использование ферментов. Клетки как основа для создания реактивов, ферментных электродов, топливных элементов. 4.БИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА Понятие о биологическиактивных веществах (БАВ). БАВ, их место и роль в живой природе. 4.1. Витамины. История их открытия. Роль витаминов в питании человека и животных. Нормы потребления. Авитаминозы, гипо- и гипервитаминозы. Классификация и номенклатура витаминов. Витамерия. Характеристика жирорастворимых витаминов: А (ретинол - ретиналь); D1, D2, и D3 (кальциферолы); Е (токоферол); К (филлохинон); F (комплекс ненасыщенных жирный кислот). Их химическое строение и физиологическая роль. Характеристика водорастворимых витаминов: В1 (тиамин), В2 (рибофлавин), В3 (пантотеновая кислота), В5 (никотиновая кислота и амид никотиновой кислоты), В6 (пиридоксин) и его формы (пиридоксол, пиридоксаль, пиридоксамин), В12 (цианкобаламин), В15 (пангамовая кислота), С (аскорбиновая кислота), Р (рутин). Взаимообусловленность действий витаминов С и Р. Химическая природа и физиологичесая роль водорас-творимых витаминов. 4.2. Гормоны. Определение понятия «гормоны». Номенклатура и классификация гормонов. Стероидные гормоны: строение, свойства и функциональная активность кортикостерона, альдостерона, тестостерона, эстрадиола, экдизона (гормон линьки насекомых). Механизм действия стероидных гормонов. Рецепторы стероидных гормонов, их участие в передаче гормонального сигнала. Трансмембранный механизм действия стероидных гормонов через систему вторичных посредников. Биосинтез стероидных гормонов и его регуляция. Пептидные гормоны, структура и функции. Характеристика важнейших из них (ангиотензин, окситоцин, вазопрессин, гастрин, глюкагон, инсулин, адренокортикотропный гормон, паратгормон, тиреотропин, гормон роста). Механизм действия пептидных гормонов. Своеобразие механизма действия инсулина. Нейрогормоны (эндорфины и энкефалины). Прочие гормоны: адреналин, тироксин, ювенильный гормон насекомых, ауксин, гиббереллины, цитокинины, простагландины; их структура, механизм действия, биосинтез. Применение гормонов в сельском хозяйстве и медицине. 4.3. Другие биоактивные соединения. Витаминоподобные вещества. Антивитамины, антибиотики, фитонциды, телергены, гербициды. Проблема токсификации: преобразование гербицидов в мутагенные соединения в растениях. Антибиотики микробов, фитонциды растений, телергоны животных и их влияние на процессы жизнедеятельности Антропогенные биоактивные вещества и проблемы химического загрязнения биосферы. Судьба ксенобиотиков в биоценозах 5. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ОБ ОБМЕНЕ ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В ОРГАНИЗМЕ Жизнь как биологическая форма движения материи. 14 Обмен веществ и энергии – неотъемлемое свойство живого. Обмен веществ как закономерный, самосовершающийся процесс превращения материи в живых телах. Анаболизм и катаболизм, их соотношение в живых системах. Промежуточный обмен. Понятия: метаболизм, метаболиты. Энергетика обмена веществ. Понятие об уровне свободной энергии в органическом соединении и его изменении в процессе преобразования веществ. Макроэргические соединения и макроэргические связи. Важнейшие представители макроэргических соединений: глюкозо-1-фосфат; нуклеозидтрифосфаты; HS-коэнзим А; ацетил-коэнзим-А; креатинфосфат; фосфоенолпировиноградная кислота; 1,3-дифосфогли-цериновая кислота. АТФ как аккумулятор, трансформатор и проводник энергии в процессе ее запасания и расходования в организме. Принципиальное отличие энергетики химических реакций в живой природе от таковых в неживой. Трансформация энергии в живых объектах. 5.1. Биологическое окисление. Определение понятия «биологи-ческое окисление». История развития представлений о биологическом окислении: перекисная теория А.Н.Баха; концепция дыхательных хромогенов В.И.Палладина и Х.Виланда; обнаружение цитохромов и цитохромоксидазы (Д.Кейлин и О.Варбург), открытие явления окисли-тельного фосфорилирования (В.А.Энгельгардт, В.А.Белицер и Е.Т.Цыба-кова). Сходство и различия проявления процессов биологического окис-ления и окисления в неживой природе. Современные представления о механизмах биологического окисления. Понятие об аэробном и анаэроб-ном окислении. Классификация процессов биологического окисления. Характеристика свободного окисления, локализация в клетке. Окисление, сопряженное с фосфорилированием АДФ. Сопряжение биологического окисления с фосфорилированием на уровне субстрата (в процессах гликолиза и брожения) и на уровне электронно-транспортной цепи. Ферменты, обслуживающие процессы клеточного дыхания и осуществляющие сопряжение окисления с фосфорилированием. Дегидрогеназы, флавопротеины, убихинон, цитохромы. Ингибиторы ферментов дыхательной цепи. Локализация окислительного фосфорилирования в клетке. Митохондрии, их структура и функции. Хемиосмотическая (П.Митчелл, В.П. Скулачев) теория о механизме сопряжения окисления с фосфорилированием. Роль мембранного потенциала. Понятие о сопрягающей мембране. Современные представления о компонентах дыхательной цепи митохондрий. Структура АТФ-синтазного комплекса. Регуляция окислительного фосфорилирования в митохондриях. Разобщение окисления и фосфорилирования. Пероксисомы и их функции. Системы биологического окисления в эндоплазматическом ретикулуме, их значение. 6. УГЛЕВОДЫ И ИХ ОБМЕН Общая характеристика углеводов: их структура, классификация, функции. Простые углеводы (моносахариды): рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, галактоза, манноза, фруктоза. Сложные углеводы: дисахарид (сахароза, мальтоза, лактоза); поли-сахариды (крахмал, гликоген, клетчатка, декстрины, хитин, гиалуроновая кислота, гепарин). Канонические (структурная, энергетическая и метаболическая) и неканонические (рецепторная, информационная, регуляторная) функции углеводов. Обмен углеводов. Пути распада полисахаридов и олигосахаридов. Ферменты гидролиза полисахаридов. Фосфоролиз сложных углеводов. Обмен глюкозо-6-фосфата (дихотомический и апотомический пути, их соотношение в организме). Обмен пировиноградной кислоты Гликолиз и гликогенолиз. Химизм спиртового брожения. Действие этанола на организм человека. Молочнокислое брожение в организме человека. Молочная кислота — причина утомляемости человека. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Цикл трикарбоновых и дикарбоновых кислот. Энергетический эффект распада углеводов, сопоставление брожения, гликолиза и дыхания по этому показателю. Основные пути биосинтеза углеводов. Механизм первичного биосинтеза углеводов в процессе фотосинтеза и хемосинтеза. Его энергетическое обеспечение. Рибулозо-1,5-дифосфат как акцептор оксида углерода (IV) и источник 3-фосфоглицериновой кислоты. Структура и механизм действия рибулозо-дифосфаткарбоксилазы. Особенности биосинтеза простых углеводов у гетеротрофов. Взаимопревращения моногексоз в живых организмах. Трансгликозилирование и его роль в биосинтезе олиго- и полисахаридов. Значение НДФ-сахаров в этом процессе. Синтез разветвленных молекул 14 полисахаридов. Гуморальная регуляция синтеза гликогена у млекопитающих. Роль глюкозо-6 фосфата в регуляции углеводного обмена. 7. ЛИПИДЫ И ИХ ОБМЕН Общая характеристика класса липидов. Классификация липидов: простые липиды – жиры (триацилглицериды) - их структура и разнообразие в природе по качественному составу и соотношению высших жирных кислот; воски и стериды (стеролы); сложные липиды – фосфолипиды и гликолипиды. Локализация липидов в клетке и их биологическое значение. Канонические (энергетическая, запасающая, поставщик метаболитов и структурная) и неканонические (участие в межклеточных взаимодействиях, молекулярная память, пиктографический механизм записи информации и др.) функции липидов. Обмен триацилглицеридов. Гидролиз их при участии липазы и эстеразы. Всасывание продуктов гидролиза жира. Обмен глицерина. β-окисление высших жирных кислот: механизм, локализация в клетке и соотношение в животном и растительном царстве. Обмен ацетил-КоА. Глиоксилевый цикл. Образование кетоновых тел. Биосинтез липидов. Механизм биосинтеза высших жирных кислот. Особенности этого процесса. Ферменты. Локализация биосинтеза высших жирных кислот в клетке. Механизм биосинтеза триацилглицеридов. Причины нарушения обмена жиров в организме человека. Ожирение. Воски. Их состав и строение. Биологическая роль воска. Стеролы: холестерол, эргостерол, стигмастерол, ситостерол, фукостерол. Видовая специфичность стеролов. Обмен: гидролиз при участии ферментов, реакции восстановления и окисления стеролов в организме. Образование стероидов (холевые кислоты, стероидные гормоны и др.). Фосфолипиды: распространение в природе, их роль в построении биологических мембран. Пути распада фосфолипидов в организме. Механизм биосинтеза фосфолипидов, роль цитидиндифосфатхолина в этом процессе. Энергетический эффект окисления триацилглицеридов и других липидов. 8. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ОБМЕН История открытия и изучения нуклеиновых кислот. Химический состав нуклеиновых кислот. Характеристика пуриновых и пиримидиновых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот. Минорные пуриновые и пиримидиновые основания (5-метилцитозин, 5-оксиметилцитозин, 5-оксиметилурацил и др.). βD-рибоза и βD-2-дезоксирибоза в составе нуклеиновых кислот. Нуклеозиды, нуклеотиды, полинуклеотиды. Два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибо-нуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Различия между ДНК и РНК по составу главных и минорных оснований, характеру углеводов, молекулярной массе, локализации в клетке и функциям. Дезоксирибонуклеиновая кислота. Локализация ДНК в клетке эукариот (ядро, митохондрии, хлоропласты) и прокариот, функции. Нуклеотидный состав ДНК; правила Е.Чаргаффа. Структурная организация молекул ДНК. Первичная структура ДНК. Вторичная структура ДНК (модель Дж. Уотсона и Ф. Крика). Комплементарность пуриновых и пиримидиновых оснований и ее значение для обеспечения биспиральной структуры ДНК. Третичная структура ДНК. Хромосомы. Рибонуклеиновые кислоты, их классификация (тРНК, рРНК, мРНК, яРНК, вРНК), функции. тРНК – ее первичная структура, спирализация самой на себя (модель «клеверный лист»); функциональное значение. Третичная структура тРНК. рРНК, ее содержание и локализация в клетке. мРНК. Свойства мРНК высших организмов, кэпы и поли (А)-фрагменты и их функциональное значение. Предшественники мРНК, процессинг мРНК. Малые ядерные РНК, их каталитические функции и роль в процессинге всех видов РНК Пути распада нуклеиновых кислот до свободных нуклеотидов Фосфодиэстеразы, нуклеазы и их участие в деструкции нуклеиновых кислот. Селективный характер действия эндорибонуклеаз. Применение нуклеаз в медицине. Обмен нуклеозидфосфатов. Пути их деструкции. Механизм реакций распада: пуриновых оснований — до мочевой кислоты, аллантоина, 14 аллантоиновой кислоты, глиоксилевой кислоты и мочевины; пиримидиновых оснований - до β-аланина и карбаминовой кислоты. Конечные продукты распада пуриновых и пиримидиновых оснований у представителей различных групп животных. Биосинтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Уридин-5'-монофосфат (УМФ) и инозин-5'-монофосфат (ИМФ) как первичные продукты биосинтеза пиримидиновых и пуриновых нуклеотидов. Регуляция синтеза нуклеотидов. Механизм биосинтеза (репликации) ДНК. Ферменты (РНК-полимераза, ДНК-полимераза, лигаза) и белковые факторы (ДНК-раскручивающие и ДНК-связывающие белки и др.), участвующие в репликации ДНК. Праймасома, репликационная вилка, праймер. Полуконсервативный механизм синтеза. Этапы биосинтеза ДНК. Комплементарный механизм обеспечения специфичности воспроизведения первичной структуры при биосинтезе ДНК Челночный механизм биосинтеза ДНК, фрагменты Оказаки. РНК-зависимая ДНК-полимераза. Репликация кольцевых форм ДНК. Регуляция биосинтеза ДНК в клетке. Биосинтез РНК (транскрипция). Механизм действия РНК-полимеразы Полицистронный механизм биосинтеза РНК. Интроны и экзоны как первичные формы существования новообразованных РНК. Процессинг. Кэпирование и полиаденилирование мРНК в процессе ее созревания. Локализация биосинтеза РНК в клетке. Обратная транскрипция (обратная транскриптаза или ревертаза). Регуляция биосинтеза нуклеиновых кислот. Генетический код. История его открытия. Структура и свойства генетического кода. 9. ОБМЕН БЕЛКОВ Обмен белков – центральный процесс всего обмена веществ. Значение белкового обмена. Скорость обновления белков различных тканей и органов. Источники белка для организма Суточная потребность в белках. Полноценные и неполноценные белки. Пути распада белков Гидролиз белков. Характеристика ферментов, обеспечивающих гидролиз белков до пептидов и аминокислот. Проферменты, их активирование. Метаболизм аминокислот. Преобразование аминокислот по α-аминогруппе (дезаминирование, переаминирование), по карбоксильной группе (декарбосилирование, образование аминоациладенилатов), по радикалу. Обмен аминокислот - источник возникновения биологически активных соединений (биогенных аминов, коферментов, ростовых веществ, витаминов, некоторых гормонов и т.п.). Конечные продукты распада аминокислот. Пути связывания аммиака в организме. Роль аспарагина и глутамина в связывании аммиака. Механизм биосинтеза мочевины (орнитиновый цикл). Пути новообразования аминокислот в природе и их соотношение у различных классов организмов. Пути и механизмы природного синтеза белков. Матричный и нематричный (работы Ф.Липмана) механизмы, доказательства в пользу первого и второго, соотношение их в природе и возможная взаимосвязь. Общая схема матричного биосинтеза белков. Активирование аминокислот. Характеристика аминоацил-тРНК-синтетаз: специфич-ность, локализация в клетке, аллостерическая регуляция активности при посредстве тРНК. Аминоацил-тРНК - структура, свойства и функции. Роль рибосом в биосинтезе белка. Этапы синтеза белка: трансляция (инициация, элонгация и терминация), посттрансляционный этап. Белковые факторы, обслуживающие этапы синтеза белка. Динамическая модель рибосомы и ее работа (А С. Спирин). Аминоацильный и пептидильный центры рибосомы. Посттрансляционная модификация белков. Регуляция матричного биосинтеза белков на уровне транскрипции. Теория Ф.Жакоба и Ж.Моно. Оперонная модель. Понятие об опероне. Репрессибельные и индуцибельные системы. 10. ВЗАИМОСВЯЗЬ И РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ Общие положения о взаимосвязи обмена веществ в организме. Взаимосвязь обмена нуклеиновых кислот и белков, ее конкретные формы. Взаимосвязь обмена нуклеиновых кислот и углеводов. Роль 5-фосфорибозил-1-пирофосфата в биосинтезе нуклеотидов. Сопряжение окисления углеводов 14 и биосинтеза нуклеозидтрифосфатов. Нуклеозиддифосфатсахара как коферменты и субстраты в биосинтезе сложных углеводов. Взаимосвязь обмена нуклеиновых кислот и липидов. Сопряжение фосфорилирования АДФ с окислением высших жирных кислот. Нуклеозиддифосфатхолин как центральный метаболит при биосинтезе фосфатидов. Взаимосвязь белкового и углеводного обмена. Роль пировиноградной кислоты в осуществлении перехода от углеводов к белкам и обратно. Иные формы связи белкового и углеводного обменов. Взаимосвязь обмена углеводов и липидов; роль ацетил-КоА в этом процессе. Взаимосвязь обмена углеводов и липидов. Обмен веществ как единое целое. Уровни регуляции жизненных процессов в организме: метаболитный (регуляция активности ферментов, участие гормонов), оперонный, клеточный (проницаемость мембран, транспорт метаболитов в клетке, роль макромолекулярных взаимодействий в регуляции обмена веществ на клеточном уровне). Нейрогуморальная регуляция. Перечень тем лекционных занятий: для очной формы обучения - Введение. Химический состав живых организмов. - Вода и ее роль в живых системах. Водно-минеральный обмен и его регуляция - Белки. Свойства. Классификация. Функции белков. - Уровни структурной организации белковой молекулы, внутримолекулярные химические связи. - Ферменты. Классификация. Механизм действия. - Биологически активные вещества. Общая характеристика витаминов. Классификация гормонов. Механизм их действия. - Обмен веществ. Основные макроэрги. Этапы извлечения энергии из органических соединений. Биологическое окисление. - Дыхательная цепь ферментов. Хемиосмотическая теория. Сопряжение окисления с фосфорилированием. Цикл трикарбоновых кислот. - Катаболизм углеводов. Гликолиз. Апотомический путь. Полное кислородное окисление углеводов. - Катаболизм липидов. Энергетический баланс. Кетоновые тела. - Гидролиз белков в пищеварительном тракте. Промежуточные превра-щения аминокислот (по α-аминогруппе). - Промежуточные превращения аминокислот (по карбоксильной группе и радикалу). Нейтрализация и удаление аммиака (цикл мочевины). - Анаболизм липидов. - Пути синтеза углеводов в живой природе. - Нуклеиновые кислоты. Классификация, структура и функции ДНК, РНК. - Катаболизм нуклеиновых кислот. Анаболизм нуклеотидов. - Репликация ДНК. - Транскрипция. Обратная транскрипция. - Матричный и мультиэнзимный механизмы синтеза белка. - Регуляция синтеза белка. Оперонная модель Ф.Жакоба и Ж.Моно. Репрессибельные и индуцибельные системы. для заочной формы обучения - Белки. Функции белков. Ферменты. Механизм действия. - Обмен веществ. Этапы извлечения энергии из органических соединений. Дыхательная цепь ферментов. Цикл трикарбоновых кислот. - Структура и функции нуклеиновых кислот. Синтез нуклеиновых кислот. - Синтез углеводов. Синтез белка. Перечень тем практических занятий: 14 для очной формы обучения - Характеристика молекулярного уровня организации живой материи. Роль воды и минеральных веществ в живых организмах. - Гормоны. - Биологическое окисление. Дыхательная цепь ферментов. ЦТК. - Катаболизм углеводов. - Катаболизм липидов. - Структура и функции нуклеиновых кислот. Анаболизм нуклеотидов. - Взаимосвязь процессов обмена веществ. для заочной формы обучения - Катаболизм углеводов: гликолиз, апотомический путь окисления, полное кислородное окисление. - Катаболизм белков. Промежуточные превращения аминокислот. Цикл мочевины. Перечень тем лабораторных занятий: для очной формы обучения - Качественные реакции на белки. - Свойства белков. Действие на белок солей тяжелых металлов и органических веществ. - Ферменты. Пероксидазы. Уреазы. - Качественные реакции на витамины. - Определение наличия водорастворимых витаминов в овощах и фруктах. - Катаболизм углеводов. Ферментативный гидролиз углеводов. Брожение. - Катаболизм белков (ферментативный гидролиз). - Расчет энергетического эффекта катаболических процессов: β-окисление ВЖК, окисление глицерина, окисление триацилглицеридов - Синтез липидов, ВЖК, холестерола. Решение задач. - Синтез моно-, ди- и поли- сахаридов. - Выделение рибонуклеопротеина из дрожжей, качественное определение продуктов гидролиза. - Синтез нуклеиновых кислот. Генетический код (работа с объемными моделями, решение задач). - Синтез белка, регуляция синтеза (работа с объемными моделями). для заочной формы обучения - Качественные реакции на белки. - Ферменты. Пероксидазы. Уреазы. - Определение наличия водорастворимых витаминов в овощах и фруктах. - Определение наличия водорастворимых витаминов в овощах и фруктах. Примерные вопросы для контроля и самоконтроля: - Лабораторные и экспресс методы исследования в биохимии. - Основные этапы развития биохимии. Ученые, внесшие наиболее существенный вклад в становление науки. Роль отечественных ученых. - Схема подуровней молекулярного уровня организации живой материи. 14 - Уровни структурной организации белковой молекулы и их характеристика. - Механизм действия ферментов. Ингибирование, активирование. - Представители жирорастворимых и водорастворимых витаминов. Их источники для организма. - Химическая организация представителей разных групп витаминов. Коферментная функция витаминов. Примеры. - Витамины анаболического действия. - Витамины – антиоксиданты. - Влияние витаминов на обмен веществ. Гипо- и гиперфункция. - Витаминоподобные вещества. Какие соединения объединены в эту группу, их значение. - Стероидные гормоны. Железы, вырабатывающие эти гормоны. - Влияние стероидных гормонов на организм. Причины запрета использования стероидных анаболиков в качестве стимуляторов для спортсменов. - Механизм действия инсулина. - Гормоны- производные аминокислот, механизм их действия. - Механизмы, объединяющие все обменные процессы. - Значение цикла трикарбоновых кислот. Основное соединение, ради которого запускаются реакции цикла. - Количество циклов реакций и количество молекул АТФ, которые получит организм при полном окислении пальмитиновой кислоты. - Значение продуктов промежуточного превращения аминокислот. - Получение карбомилфосфата, цитруллина и гидролиз аргинина в цикле мочевины. Значение этих реакций. - Характеристика и значение НДФ-сахаров. - Сравнительная характеристика синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов в организме. - Основные этапы репликации ДНК. Их характеристика. - Характеристика матричного синтеза белка. - Механизмы, принимающие участие в регуляции процессов анаболизма и катаболизма. - Возможные болезни, обусловленные нарушением обмена веществ. - Взаимосвязь белкового обмена и обмена нуклеиновых кислот. - Взаимосвязь липидного и углеводного обменов. IV. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА И ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЬНО ОЦЕНОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТУДЕНТОВ Разделы и темы, вынесенные на самостоятельное изучение для студентов: заочной формы обучения - Введение. - Водно-минеральный обмен и его регуляция. - Химический состав организмов. Молекулярный уровень организации живой природы. - Аминокислотный состав белков. - Ферменты. Области практического применения. 14 - Витамины. Классификация. Механизм действия. - Гормоны, классификация, значение представителей каждой группы для организма. Механизм действия. - Другие биоактивные соединения (витаминоподобные, антивитамины, антибиотики, фитанциды, гербициды). Судьба ксенобиотиков в биоценозах. - Углеводы (характеристика строения, классификация). - Обмен углеводов (механизм первичного биосинтеза углеводов). - Липиды (структура и классификация) и их обмен. - Роль липидов в построении биомембран. - Обмен нуклеозидфосфатов. -Процессинг РНК. Интроны. Экзоны. Обратная транскрипция. - Взаимосвязь процессов обмена веществ. - Уровни регуляции жизненных процессов в организме. очной формы обучения - История становления науки. -Характеристика основных классов органических соединений живой природы. - Белки (аминокислотный состав белков). - Ферменты. Области практического применения. - Витамины. Классификация. Механизм действия. - Гормоны (нейрогормоны, простагландины). - Другие биоактивные соединения (антивитамины, антибиотики, фитанциды, гербициды). Судьба ксенобиотиков в биоценозах. - Углеводы (характеристика строения, классификация). - Липиды (роль липидов в построении биомембран). - Взаимосвязь процессов обмена веществ. Примерные темы контрольных работ для студентов: заочной формы обучения - Водно-минеральный обмен - Витамины. Антивитамины и др. биоактивные вещества - Гормоны - Общие закономерности обмена веществ. Биологическое окисление. - Углеводы. Обмен углеводов - Белки, липиды, их обмен очной формы обучения -Белки. Ферменты. -Гормоны. Механизм их действия. 14 -Биологическое окисление. Дыхательная цепь ферментов. Цикл трикарбоновых кислот. -Обмен углеводов: гликолиз, апотомический путь. Пути синтеза углеводов. -Обмен липидов. Синтез липидов. -Структура и функции нуклеиновых кислот Примерные темы рефератов Биологически активные пептиды. Связь выработки патологической потребности в алкалоидах опия с рецепторами нейрогормонов. Антогонисты алколоидов опия (налаксон). Основной путь обмена этанола. Фолдинг полипептидов и белки-шапероны. Иммуноглобулины и их биологическая роль. Токсичные белки и пептиды, их роль. Белки - детоксиканты ксенобиотиков в организме. Химия чувственного восприятия (вкус, запах). Эволюция структуры и функций ферментов. Ферменты окислительно-восстановительных реакций и детоксикации ксенобиотиков. Особенности углеводного обмена у детей. Особенности белкового обмена у детей. Причины нарушения обмена жиров в организме человека. Ожирение. Активаторы и ингибиторы ферментов. Повреждения первичной структуры ДНК и их причины. Метиллирование ДНК. Мир РНК, РНК – энзимы. Особенности репликации ДНК у эукариот. Репликация и транскрипция РНК-содержащих вирусов. Регуляция транскрипции. Обратные транскриптазы и их биологическая роль. Загадки митохондриального белкового синтеза. Регуляция метаболизма углеводов в клетке. Структура и функции сложных липидов. Синтез высших жирных кислот. Структура и функции протонной АТФазы. История открытия генетического кода. Оперонный уровень регуляции обмена веществ. Динамическая модель рибосомы и ее работа Вторичные посредники и их роль в регуляции метаболизма. Уровни регуляции жизненных процессов в организме. 14 Материалы промежуточной аттестации примерные вопросы для зачета 4 семестр 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. Химические элементы живых организмов: основные, микроэлементы, макроэлементы. Их значение. Регуляция водно-минерального обмена. Водный баланс. Биологическое значение белков. Составить дипептид, трипептид с заданными аминокислотами. Составить дипептид с заданными аминокислотами. Структурная организация белковой молекулы. Внутримолекулярные химические связи, удерживающие белковую молекулу. Классификация ферментов. Примеры. Механизм действия ферментов. Понятие энергетического барьера. Механизм действия гормонов: пептидных, стероидных. Ферменты дыхательной цепи. Хемиосмотическая гипотеза Митчелла. Биологическое значение углеводов. Фосфоролиз гликогена. Сравнительная характеристика гликолиза и апотомического пути окисления глюкозы. Энергетический баланс полного окисления глюкозы. Биологическое значение липидов. Гидролиз липидов в организме. Ферменты гидролиза липидов. β – окисление высших жирных кислот. Энергетический баланс полного окисления пальмитиновой кислоты. Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК). Энергетический баланс одного оборота ЦТК. Биологическое значение. Схема активации ферментов, гидролизующих белки. Схема переаминирования аминокислот. Превращение аминокислот по карбоксильной группе, по радикалу. Дезаминирование аминокислот (окислительное, восстановительное). Цикл мочевины. Значение для организма. примерные вопросы для экзамена 5 семестр 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Предмет изучения биохимии, разделы биохимии, методы исследования. Характеристика молекулярного уровня организации живой материи. Общее понятие о витаминах, их классификация по растворимости. Витамин D (кальциферол), его роль в организме. Витамин А (ретинол). Роль в организме. Проявления гипо- и гипер- витаминоза. Витамины группы В: роль в организме витамина РР (В 5); В6 - схема процесса переаминирования. Витамин С (аскорбиновая кислота). Строение, процесс окисления. Роль в организме. Биосинтез жирных кислот. Значение этого процесса. Расчет необходимого количества циклов для синтеза определенной (заданной) карбоновой кислоты. 8. Биосинтез нейтральных липидов (фосфатидный путь). 14 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. Биосинтез фосфолипидов (на примере лецитина). Биосинтез гликогена. Механизмы регуляции этого процесса. Пути синтеза углеводов в живых организмах. Биологическое значение углеводов. Биосинтез сахарозы. Интеграция липидного и углеводного обмена млекопитающих. Регуляция этих процессов. Нуклеиновые кислоты. Классификация. Биологическое значение. Химическая организация нуклеиновых кислот. Составить динуклеотид и нуклеозид с предложенными гетероциклическими основаниями. ДНК: первичная, вторичная, третичная структура, суперспирализация. Правила Чаргаффа. Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов, регуляция этого процесса. Биосинтез пуриновых нуклеотидов, регуляция этого процесса. Строение и функции мРНК. Генетический код, его свойства. Репликация ДНК: образование репликативной вилки. Синтез дочерних нитей. Транскрипция РНК. Процессинг мРНК. Обратная транскрипция. Строение и функции тРНК. Оперонная модель (Ф. Жакоба и Ж. Моно) регуляции синтеза белка. Синтез белка. Этап трансляции. Инициация этапа трансляции в синтезе белка. Терминация. Пострансляционный этап. Индукция и репрессия синтеза ферментов на примере лактозного оперона. Взаимосвязь обмена нуклеиновых кислот, белкового, липидного и углеводного обменов. Примечание: Примеры вопросов контрольных работ для студентов очной и заочной форм обучения вынесены в Приложение к рабочей учебной программе. V. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ: Студент, изучивший дисциплину, должен знать: - предмет, задачи и методы биохимии; - основные термины и понятия, используемые в биохимии; - закономерности метаболических процессов в клетках живых организмов и их химизм, - закономерности энергетического обмена; - значение для организма минеральных веществ, низко-молекулярных и высокомолекулярных органических соединений и их строение; - механизмы действия ферментов, витаминов, гормонов; - общие принципы регуляции процессов метаболизма; - взаимосвязи обменных процессов, - взаимосвязь строения и функции внутриклеточных структур. Студент, изучивший дисциплину, должен уметь: 14 - работать с литературными источниками, логически обобщать полученный теоретический материал, - использовать знания по биохимии в учебном процессе средней школы и при освоении таких дисциплин как генетика, цитология, физиология (растений, человека), молекулярной биологии, гистологии с основами эмбриологии, биотехнологии. - правильно обращаться с химическими реактивами и оборудованием. VI. УЧЕБНО – МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОГРАММЫ 6.1. Рекомендуемая литература Основная 1. Комов, В.П. Биохимия [Текст]: учеб. для студентов вузов /В.П.Комов. – М.: ДРОФА, 2004. -500 с. (11 экз.) 2. Проскурина, И.К. Биохимия [Текст]: учеб. для студентов вузов /И.К. Проскурина. – М.:ВЛАДОС-ПРЕСС, 2004. – 236 с. (30 экз.) 3. Филиппович, Ю. Б. Основы биохимии [Текст]: учеб. для студентов вузов / Ю. Б. Филиппович. — М.: Высшая школа, 1999. -496 с. (25 экз.) 4. Филиппович, Ю.Б. Практикум по общей биохимии [Текст]: учеб. для студентов вузов /Ю.Б. Филиппович. – М.: Просвещение, 1986. – 320 с. (25 экз.) Дополнительная литература: 5. Ленинджер, А. Основы биохимии [Текст]: в 3-х томах /А. Ленинджер. – М.: Мир, 1985. (2 компл.) 6. Общая биология [Текст]: учеб. для 10-11 классов школ с углубленным изучением биологии / под ред. А.О. Рувимского– М.: Просвещение, 1993.- 205 с. (16 экз.). 7. Филиппович, Ю. Б. Биохимические основы жизнедеятельности человека [Текст]: учеб. для студентов вузов /Ю. Б. Филиппович А.С. Коничев, Г.А. Севастьянова, Н.М. Кутузова –М.: Гуманитар. Изд. Центр ВЛАДОС, 2005. – 405 с. (5экз.). 8. Краевский, А.А. Обратные транскриптазы [Текст] /А.А. Краевский.// Биология в школе. - 2000. -№5.-С.15-19. 9. Дымшиц, Г.М. Теломераза и проблема концевой репликации ДНК. [Текст] / Г.М. Дымшиц. // Биология в школе.- 2001.-№4.- С.12-16. 6.2. Информационное обеспечение дисциплины 12. Соросовский Общеобразовательный Журнал (СОЖ) [Электронный ресурс]: многопредмет. Научно-образоват. журн. тематика: Биология, биохимия./Междунар. Сорос. Прогр. Образов. в Области Точн. Наук (ISSEP), 1995-2001. – Режим доступа к журн.: http://journal.issep.rssi.ru/?id=107 VII. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ И ДИДАКТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ - Учебные таблицы и схемы по различным темам дисциплины. - Карточки, раздаточный материал. - Тест «Биохимия». Аттестационные педагогические измерительные материалы для измерения уровня освоения дисциплины студентами географо-биологического факультета УрГПУ. Специальность 050102 «Биология». Составитель: ст. преподаватель кафедры биологии, экологии и методики их преподавания УрГПУ А.А. Бердюгина. 14 -Объемные модели высокомолекулярных соединений -Химические реактивы и химическое лабораторное оборудование. - Специализированная химическая лаборатория. VII. СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ ПРОГРАММЫ Бердюгина Алла Аркадьевна, ст. преподаватель каф. биологии, экологии и методики их преподавания географо-биол. фак-та Уральского государственного педагогического университета. Рабоч. телефон: 14 РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА по дисциплине ____«Биологическая химия»__ для специальности___ «050102 Биология» по циклу ДПП.Ф.10 дисциплин предметной подготовки 14 __________федеральный компонент________________ 14 Подписано в печать _____________ Формат 60 х 84/16 Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. Уч.-изд.л.________Тираж________экз. Заказ__________________ Издательство Уральского государственного педагогического университета. 620017 Екатеринбург, пр. Космонавтов, 2
