Остерман Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых

Белорусский государственный университет
УТВЕРЖДАЮ
Декан биологического факультета
________________ В.В. Лысак
«29» июня 2012 г.
Регистрационный № УД-535/25/р.
Метаболическая биохимия
Учебная программа (рабочий вариант) для специальностей:
1-31 01 02 Биохимия;
1-31 01 03 Микробиология
Факультет
биологический
(название факультета)
Кафедра
биохимии
(название кафедры)
Курс (курсы)
2
Семестр (семестры)
Лекции
3
Экзамен
34
(количество часов)
3
(семестр)
Практические (семинарские)
занятия
Зачет ___________________
(количество часов)
(семестр)
Лабораторные
занятия
16
Курсовой проект (работа) ________
(количество часов)
Всего аудиторных
часов по дисциплине
(семестр)
50
(количество часов)
Всего часов
по дисциплине
126
Форма получения
высшего образования дневная
(количество часов)
2012 г.
Учебная программа составлена на основе типовой учебной программы
(название типовой учебной
«Метаболическая биохимия»
программы (учебной программы (см. разделы 5-7 Порядка)), дата утверждения, регистрационный номер)
Рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры
биохимии
(название кафедры)
21.05. 2012 г., протокол № 6
(дата, номер протокола)
Заведующий кафедрой
________________
(подпись)
И.В. Семак
(И.О.Фамилия)
Одобрена и рекомендована к утверждению учебно-методической комиссией
биологического факультета
29.05.2012 г., протокол № 9
(дата, номер протокола)
Председатель
________________ В.Д. Поликсенова
(подпись)
(И.О.Фамилия)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Метаболическая
биохимия
является
одной
из
важнейших
фундаментальных дисциплин в системе биологического образования.
Метаболическая биохимия тесно связана с физиологией, генетикой,
микробиологией, другими биологическими дисциплинами и является
методологической основой для изучения физиологических процессов.
Изучение дисциплины позволит расширить научный кругозор студентовбиохимиков, способствовать их развитию как самостоятельных специалистов
и получить знания, необходимые для проведения исследований на
современном научно-методическом уровне.
Курс «Метаболическая биохимия» состоит из 7 разделов, которые
посвящены рассмотрению вопросов пластического и энергетического обмена,
механизмам реализации генетической информации на биохимическом уровне.
Особое внимание в программе уделяется изучению взаимосвязи углеводного,
липидного и белкового обмена, рассмотрению метаболизма как единой
системы процессов.
Программа курса составлена с учетом межпредметных связей и программ
по смежным дисциплинам химического и биологического профиля
(«Органическая химия», «Физическая и коллоидная химия», «Физиология
человека и животных», «Генетика», «Иммунология», «Молекулярная
биология», «Биотехнология» и др.).
Цель курса - сформировать у студентов целостную систему знаний об
основных путях обмена веществ, механизмах регуляции и взаимосвязи
метаболических процессов.
В результате изучения дисциплины обучаемый должен:
знать:
- химические основы жизнедеятельности, включая основные пути и
механизмы регуляции метаболизма, биохимические механизмы реализации
генетической информации;
- теоретическую и практическую значимость метаболической биохимии,
взаимосвязь с другими естественными науками;
- новейшие достижения в области биохимии и перспективы их
использования в различных областях народного хозяйства, медицины,
фармации;
уметь:
- использовать знания метаболической биохимии для объяснения
важнейших физиологических процессов, происходящие в органах и тканях
человека, животных, растений, прокариот как в норме, так и при возникновении
патологии;
- использовать биохимические методы исследований в теоретической и
экспериментальной биологии.
Преподавание курса проводится по блочно-модульному принципу с
выделением 4 основных блоков (модулей). 1. Метаболизм белков и
нуклеиновых кислот. 2. Обмен углеводов и липидов. 3. Энергетика
биохимических процессов. 4. Интеграция и регуляция обмена веществ.
Основными методами (технологиями) обучения, отвечающими целям
изучения дисциплины, являются:
 элементы проблемного обучения, реализуемые на лекционных и
лабораторных занятиях;
 компетентностный подход, реализуемый на лекциях, лабораторных
занятиях и при организации самостоятельной работы студентов;
 учебно-исследовательская деятельность, реализуемая на лабораторных
занятиях;
 рейтинговая и блочно-модульная система оценки знаний.
Для организации самостоятельной работы студентов по курсу следует
использовать современные информационные технологии: разместить в сетевом
доступе комплекс учебных и учебно-методических материалов (программа,
методические указания к лабораторным занятиям, список рекомендуемой
литературы и информационных ресурсов, задания в тестовой форме для
самоконтроля и др.).
При чтении лекционного курса необходимо применять технические
средства обучения для демонстрации слайдов и презентаций, наглядные
материалы в виде таблиц и схем.
Для изучения биохимии, подготовки к практическим занятиям и КСР
студентам можно использовать один из учебников, перечисленных в разделе
«Литература. Основная». Для более углубленной подготовки студентам
предлагается список дополнительной литературы, включающий учебные
пособия, литературу по методам биохимии, а также ссылки на источники
информации в Интернете.
Для организации самостоятельной работы студентов по курсу
необходимо использовать современные информационные технологии:
разместить в сетевом доступе комплекс учебных и учебно-методических
материалов (программа, методические указания к лабораторным занятиям,
список рекомендуемой литературы и информационных ресурсов, задания в
тестовой форме для самоконтроля и др.).
Теоретические положения лекционного курса развиваются и
закрепляются на лабораторных занятиях, при выполнении которых студенты
приобретают навыки изучения метаболических превращений аминокислот,
белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов.
Эффективность самостоятельной работы студентов целесообразно
проверять в ходе текущего и итогового контроля знаний в форме устного
опроса, коллоквиумов, тестового компьютерного контроля по темам и разделам
курса. Для общей оценки качества усвоения студентами учебного материала
рекомендуется использование накопительной рейтинговой системы.
Программа рассчитана максимально на 126 часов, в том числе 50 часов
аудиторных: 34 – лекционных и 16– лабораторных занятий.
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
I. ВВЕДЕНИЕ
Метаболическая биохимия - наука о химических превращениях
органических веществ, протекающих в живых организмах и лежащих в основе
разнообразных проявлений жизнедеятельности. Теоретическая и практическая
значимость биохимии, связь с другими естественными науками. Краткая
история развития метаболической биохимии. Введение в обмен веществ и
энергии Макроэргические соединения. АТФ и другие нуклеозидтрифосфаты.
Важнейшие биохимические принципы метаболизма как совокупности реакций
биосинтеза, превращений и распада биомолекул. Энергетический баланс
процессов метаболизма.
II. Метаболизм ДНК и РНК
Расщепление нуклеиновых кислот нуклеазами. Принципы распада и
биосинтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.
Биосинтез ДНК и РНК. Репликация ДНК: биохимические механизмы и
биологическая роль. Биохимические основы полимеразной цепной реакции.
Биохимические механизмы и биологическая роль транскрипции.
III. Метаболизм белков, пептидов, аминокислот
Биосинтез белков и пептидов: локализация и биологическая роль.
Активация аминокислот, образование аминоацил-тРНК. Функции мРНК в
синтезе
белка.
Этапы
процесса
трансляции.
Посттрансляционная
биохимическая модификация белков и пептидов в клетках. Ферментативный
гидролиз белков. Протеолитические ферменты. Ограниченный протеолиз
белков и пептидов.
Заменимые и незаменимые аминокислоты. Пути образования и распада
аминокислот. Механизм и биологическое значение переаминирования.
Процессы дезаминирования и декарбоксилирования аминокислот. Образование
и транспорт аммиака. Восстановительное аминирование. Амиды и их
физиологическое значение. Биосинтез мочевины. Типы азотистого обмена:
аммониотелический, уреотелический и урикотелический.
IV. Обмен углеводов
Превращение и всасывание углеводов в пищеварительном тракте.
Принципы метаболизма олиго- и полисахаридов. Синтез и распад гликогена.
Взаимопревращения моносахаридов. Анаэробный и аэробный распад
углеводов. Биохимия гликолиза. Гликогенолиз. Различные типы брожения.
Глюконеогенез. Характеристика обходных реакций гликолиза.
Окислительное
декарбоксилирование
пировиноградной
кислоты.
Пируватдегидрогеназный комплекс. Амфиболический цикл трикарбоновых
кислот. Ферменты цикла Кребса и последовательность протекания реакций.
Восстановление НАД и ФАД, фосфорилирование на уровне субстрата. Эффект
Пастера.
Пентозофосфатный путь обмена углеводов. Окислительные и
неокислительные реакции, биологическая роль.
Энергетическая характеристика аэробной и анаэробной фазы углеводного
обмена.
V. Обмен липидов
Расщепление и всасывание липидов в желудочно-кишечном тракте. Роль
желчи. Транспорт жирных кислот в крови и лимфе, трансмембранный перенос.
Пути окисления жирных кислот. β-окисление жирных кислот: механизм,
пластическая и энергетическая роль.
Синтез жирных кислот. Мультиферментный комплекс синтетазы жирных
кислот. Принципы биосинтеза ацилглицеринов и фосфолипидов.
VI. Энергетика биохимических процессов
Основные понятия биохимической термодинамики.
Классификация реакций биологического окисления. Принципы
структурно-функциональной
организации
электрон-транспортной
(дыхательной) цепи митохондрий. НАД- и НАДФ-зависимые дегидрогеназы,
флавиновые ферменты, убихинон, цитохромы и цитохромоксидаза. Механизмы
сопряжения окисления и фосфорилирования в дыхательной цепи.
Трансмембранный потенциал протонов и работа АТФ-синтетазы.
Пути потребления кислорода в ферментативных реакциях. Активные
формы кислорода. Перекисное окисление липидов (ПОЛ). Роль активных форм
кислорода и ПОЛ в обмене веществ. Регуляторы свободно-радикального
окисления в клетках. Антиоксидантная система организма.
VII. Интеграция и регуляция обмена веществ
Уровни регуляции метаболизма. Гуморальная регуляция. Химическая
природа и роль важнейших гормонов в регуляции обмена веществ и синтеза
белков. Особенности механизмов действия стероидных и белковых гормонов.
Внутриклеточные посредники и их роль в проведении и усилении
гормонального сигнала.
Внутриклеточная локализация биохимических процессов. Принципы
регуляции метаболизма в клетках и в организме. Взаимосвязь углеводного,
липидного и белкового обменов. Обмен веществ как единая система процессов.
Заключение.
I. Введение.
Метаболическая биохимия - наука о
химических
превращениях
органических
веществ, протекающих в живых организмах и
лежащих в основе разнообразных проявлений
жизнедеятельности. Краткая история развития
метаболической биохимии.
Введение в обмен веществ и энергии
Макроэргические соединения. АТФ и другие
нуклеозидтрифосфаты.
Важнейшие
биохимические принципы метаболизма как
совокупности реакций биосинтеза, превращений
и распада биомолекул. Энергетический баланс
процессов метаболизма.
3
2
2
4
5
7
Мультимедийная презентация № 1
8
ЛО 1-6
ЛД 4-8, 20
6
2
3-4
II. Метаболизм ДНК и РНК
Расщепление нуклеиновых кислот нуклеазами.
Принципы распада и биосинтеза пуриновых и
пиримидиновых нуклеотидов.
Биосинтез ДНК и РНК. Репликация ДНК:
2
МультимеЛО 1-6
дийная пре- ЛД 4-8, 18,
зентация № 2
19
Мультиме-
Формы контроля
знаний
6
Литература
Материальное
обеспечение занятия
(наглядные,
методические
пособия и др.)
2
практические
(семинарские)
занятия
лабораторные
занятия
Название раздела, темы, занятия; перечень
изучаемых вопросов
управляемая
самостоятельная
работа студента
1
1
Количество аудиторных часов
лекции
Номер раздела, темы,
занятия
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА
9
биохимические механизмы и биологическая
роль. Биохимические основы полимеразной
цепной реакции. Биохимические механизмы и
биологическая роль транскрипции.
2
2
5
6
7
8
9
дийная преЛО 1-6
зентация № 3 ЛД 4-8, 16,
21
МультимеЛО 1-6
дийная пре- ЛД 4-8, 16,
зентация № 4
21
III. Метаболизм белков, пептидов, аминокислот
6
Биосинтез белков и пептидов: локализация и
биологическая роль. Этапы процесса трансляции.
Посттрансляционная биохимическая
модификация белков и пептидов в клетках.
2
Мультимедийная презентация № 5
Ферментативный гидролиз белков.
Ограниченный протеолиз белков и пептидов.
Пути образования и распада аминокислот.
Механизм и биологическое значение
переаминирования. Процессы дезаминирования и
декарбоксилирования аминокислот.
2
ЛО 1-6
МультимеЛД 4-8, 18,
дийная пре19
зентация № 6
Образование и транспорт аммиака.
Восстановительное аминирование. Амиды и их
физиологическое значение. Биосинтез мочевины.
Типы азотистого обмена: аммониотелический,
уреотелический и урикотелический.
2
IV. Обмен углеводов
Принципы метаболизма олиго- и полисахаридов.
Синтез и распад гликогена. Анаэробный и
аэробный распад углеводов. Биохимия
гликолиза. Гликогенолиз. Глюконеогенез.
Характеристика обходных реакций гликолиза.
6
2
Окислительное декарбоксилирование
пировиноградной кислоты.
Пируватдегидрогеназный комплекс.
2
Мультимедийная презентация № 7
ЛО 1-6
ЛД4-8, 16,
18, 19, 21,
22
ЛО 1-6
ЛД 4-8, 18,
19, 22
МультимеЛО 1-6
дийная пре- ЛД 4-8, 18,
зентация № 8
19
МультимеЛО 1-6
дийная пре- ЛД 4-8, 18,
зентация № 9
19
Амфиболический цикл трикарбоновых кислот.
Ферменты цикла Кребса и последовательность
протекания реакций. Восстановление НАД и
ФАД, фосфорилирование на уровне субстрата.
10
11
12
13
14
Пентозофосфатный путь обмена углеводов.
Окислительные и неокислительные реакции,
биологическая роль. Энергетическая
характеристика аэробной и анаэробной фазы
углеводного обмена.
2
V. Обмен липидов
Расщепление и всасывание липидов в
желудочно-кишечном тракте. Роль желчи.
Транспорт жирных кислот в крови и лимфе,
трансмембранный перенос. Пути окисления
жирных кислот. β-окисление жирных кислот:
механизм, пластическая и энергетическая роль.
4
2
Синтез жирных кислот. Мультиферментный
комплекс синтетазы жирных кислот. Принципы
биосинтеза ацилглицеринов и фосфолипидов.
2
VI. Энергетика биохимических процессов
Основные понятия биохимической
термодинамики. Классификация реакций
биологического окисления. Принципы
структурно-функциональной организации
электрон-транспортной (дыхательной) цепи
митохондрий.
6
2
НАД- и НАДФ-зависимые дегидрогеназы,
флавиновые ферменты, убихинон, цитохромы и
цитохромоксидаза. Механизмы сопряжения
окисления и фосфорилирования в дыхательной
2
МультимеЛО 1-6
дийная пре- ЛД 4-8, 18,
зентация № 10
19
МультимеЛО 1-6
дийная пре- ЛД 4-8, 18,
зентация № 11
19
МультимеЛО 1-6
дийная пре- ЛД 4-8, 18,
зентация № 12
19
МультимеЛО 1-6
дийная пре- ЛД 4-8, 18,
зентация № 13
19
МультимеЛО 1-6
дийная пре- ЛД 4-8, 18,
зентация № 14
19
цепи. Трансмембранный потенциал протонов и
работа АТФ-синтетазы.
15
16
17
Пути потребления кислорода в ферментативных
реакциях. Активные формы кислород.
Перекисное окисление липидов. Регуляторы
свободно-радикального окисления в клетках.
Антиоксидантная система организма.
2
VII. Интеграция и регуляция метаболизма
биомолекул
Химическая природа и роль важнейших
гормонов в регуляции обмена веществ и синтеза
белков. Функции циклических нуклеотидов и
других внутриклеточных посредников в
проведении и усилении гормонального сигнала.
Внутриклеточная локализация биохимических
процессов.
4
Принципы регуляции метаболизма в клетках и в
организме. Взаимосвязь углеводного, липидного
и белкового обменов. Обмен веществ как единая
система процессов. Заключение.
2
2
МультимеЛО 1-6
дийная пре- ЛД 4-8, 18,
зентация № 15
19
Мультимедийная преЛО 1-6
зентация № 16 ЛД 4-8, 18,
19, 22
МультимеЛО 1-6
дийная пре- ЛД 4-8, 18,
зентация № 17
19, 22
Основная и дополнительная литература
№№
п/п
Список литературы
Год
издания
Основная (ЛО)
1.
2.
3.
4.
5.
Анисимов А.А. Основы биохимии
Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия
Биохимия: Учебник для вузов. . Е.С. Северин (ред.)
Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия
Филиппович Ю.Б. Основы биохимии
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Брухман Э.Э. Прикладная биохимия
Досон Р., Эллиот Д., Эллиот У., Джонс К. Справочник биохимика
Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия
Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия
Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Биохимия и молекулярная биология. Словарь терминов
Ленинджер А. Основы биохимии. Т. 1-3.
Марри Р., Греннер Д., Мейс П., Родуэлл В. Биохимия человека. Т.1-2.
Мецлер Д. Биохимия. Т. 1-3.
Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия
Остерман Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот: Электрофорез и
ультрацентрифугирование
Остерман Л.А. Исследование биологических макромолекул изоэлектрофокусированием,
иммуноэлектрофорезом и радиоизотопными методами
Остерман Л.А. Хроматографические методы исследования
Практикум по биохимии / Под ред. С.Е.Северина и Г.А.Соловьевой
Сенчук В.В. Биохимия: курс лекций. В 2 ч. Ч. 1. Биомолекулы
Сенчук В.В., Мохорева С.И.,Орел Н.М., Зырянова Т.Н., Кукулянская Т.А., Семак И.В.
Биохимия: лабораторный практикум
Спирин Л.С. Молекулярная биология. Структура рибосом и биосинтез белка
Страйер Л. Биохимия
Уайт А.и соавторы. Основы биохимии. Т. 1-3.
Цыганов А.Р., Сучкова И.В., Ковалева И.В. Биохимия
Шамин А.Н. История биологической химии. Формирование биохимии
Элиот В., Элиот Д. Биохимия и молекулярная биология
Энкерт Р., Рэнделл Д., Огастин Дж. Физиология человека. Т. 1-2.
1987
1990
2006
2004
1999
Дополнительная (ЛД)
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
1981
1991
2000
2000
2008
1985
1993
1980
1987
1981
1983
1985
1989
2005
2005
1986
1985
1981
2007
2006
2002
1991
ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
(4 ч. каждое)
1. Определение аминокислотного состава белков. Количественное
определение белка биуретовым методом.
2. Количественное и качественное определение метаболитов углеводного
обмена.
3. Ферментативное расщепление гликогена и крахмала.
КОНТРОЛЬ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
(темы)
1. Метаболизм белков и аминокислот. Взаимопревращение аминокислот.
Образование заменимых и незаменимых аминокислот.
2. Метаболизм углеводов. Взаимопревращение сахаров. Аэробный и
анаэробный распад углеоводов
СТРУКТУРА РЕЙТИНГОВОЙ ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ
ИТОГОВАЯ ОЦЕНКА:
Определяется по формуле (минимум 4, максимум 10 баллов):
Итоговая оценка = А х 0,4 + Б х 0,6
где А – средний балл по лабораторным занятиям и КСР,
Б – экзаменационный балл
Итоговая оценка выставляется только в случае успешной сдачи экзамена (4 балла и выше)
ПРОТОКОЛ СОГЛАСОВАНИЯ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ
ПО ИЗУЧАЕМОЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ СПЕЦИАЛЬНОСТИ
Название
дисциплины,
с которой
требуется
согласование
Название
кафедры
Предложения
об изменениях в содержании
учебной программы
по изучаемой учебной
дисциплине
Решение,
принятое
кафедрой,
разработавшей
учебную
программу (с
указанием даты и
номера
протокола)1
1.
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ К УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЕ
ПО ИЗУЧАЕМОЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
на _____/_____ учебный год
№№
пп
Дополнения и изменения
Основание
Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры
(протокол № ____ от ________ 200_ г.)
Заведующий кафедрой
_____________________ _______________ __________________
(степень, звание)
(подпись)
(И.О.Фамилия)
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета
_____________________ _______________ __________________
(степень, звание)
1
(подпись)
(И.О.Фамилия)
При наличии предложений об изменениях в содержании учебной программы по изучаемой учебной дисциплине