МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Биологический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
________________В.П. Гарькин
«____»_______________ 2014 г.
ПРОГРАММА КОМПЛЕКСНОГО ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ
«БИОХИМИЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ»
Направление подготовки 06.04.01 Биология
Магистерская программа
«Биохимия и молекулярная биология»
Форма обучения
Очная
Самара
2014
Аннотация программы
Программа
дисциплины
«Биохимия
и
молекулярная
биология»
предназначена для подготовки к вступительным испытаниям в магистратуру по
направлению
подготовки
06.04.01
Биология.
Программа
соответствует
федеральному государственному образовательному стандарту по направлению
подготовки 06.03.01 Биология высшего профессионального образования (ВПО)
(магистратура), утвержденного приказом Минобрнауки РФ от 04 февраля 2010 г.
№ 100. В программе представлено содержание основных разделов и тем по
предмету, необходимые для обучения на уровне магистратуры в классическом
университете, а также, указана основная и дополнительная литература для
подготовки.
Научный руководитель программы
Макурина О.Н.
Составитель программы
Макурина О.Н.
2
Раздел 1. Классическая биохимия
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.
3
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
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. Гликозилтрансферазные 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
4
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. Гипоталамогипофизарный 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
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.
5
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
6
веществ (гликогена, капелек жира и пр.). Роль цитозоля и цитоскелета в
поддержании гомеостаза клетки, ее формы, размеров и объема. Хореография
цитоскелета.
Тема 7. Биогенез клеточных органоидов и его регуляция
Биогенез мембранных компонентов внутриклеточных органоидов.
Регуляция метаболизма и взаимоотношений органелл эукариотических клеток.
7
Вопросы к собеседованию (для абитуриентов, поступающих на места,
финансируемые из средств федерального бюджета и имеющих диплом бакалавра
по направлению, соответствующему направлению магистерской подготовки или
диплом специалиста, соответствующий профилю магистерской подготовки, а
также для абитуриентов поступающих на места по договорам с оплатой
стоимости обучения) :
1. Белки, их строение, состав и функции в клетках.
2. Ферменты, принципы биокатализа, механизм действия.
3. Энергетические процессы в клетках, аэробное и анаэробное окисление.
4. Углеводы, их строение, состав и функции в клетках.
5. Липиды, их строение, состав и функции в клетках.
6. Гормоны и витамины, их роль в клетках, особенности биохимии.
7. Строение и функционирование биологических мембран.
8. Основы молекулярной биологии: процессы, связанные с ДНК.
9. Биохимические особенности клеточного ядра.
10. Биохимические особенности одномембранных органоидов.
11. Биохимические особенности двумембранных органоидов.
8
Вопросы к экзамену (для абитуриентов, поступающих на места,
финансируемые из средств федерального бюджета и имеющих диплом бакалавра
по направлению, не соответствующему направлению магистерской подготовки
или имеющих диплом специалиста, не соответствующий профилю магистерской
подготовки) :
1. Биохимические основы важнейших биологических явлений. Обмен веществ как
важнейшая особенность живой материи.
2. Строение клеток эукариот: растительные, животные клетки и клетки грибов.
3. Белки, их биологическая роль, функции и значение. Методы изучения
структуры белка.
4. Особенности строения и биохимии митохондрий и пластид.
5. Особенности строения митохондрий. Метаболические процессы, происходящие
в субкомпартментах ядра.
6. Особенности ферментативного катализа. Специфичность действия ферментов,
их классификация.
7. Окислительное фосфорилирование. Цепь переноса водорода и электронов.
8. Особенности организации и функционирования одномембранных органоидов.
9. Углеводы и их биологическая роль, классификация и номенклатура.
10. Особенности организации и функционирования рибосом, центриолей.
11. Липиды и их биологическая роль. Классификация и номенклатура липидов.
12. Ферментные системы цитозоля, его организация и значение.
13. Ферментативный гидролиз белков. Нарушение структуры и обмена белков.
14. Строение клеток эукариот: растительные, животные клетки и клетки грибов.
15. Свойства и функции гормонов. Химическая природа гормонов. Механизм
действия гормонов.
16. Биогенез мембранных компонентов внутриклеточных органоидов.
17. Витамины и их биологическая роль. Классификация, номенклатура, структура.
18. Особенности ядерно-цитоплазматического обмена. Регуляция работы ядра.
19. Строение мембран и роль липидов, белков в обеспечении их функций.
20. Принципы организации и функционирования мембранных комплексов,
обеспечивающих окислительное фосфорилирование и фотосинтез.
9
Литература
Основная литература
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.
Дополнительная литература
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.
10
12. Уэй Т. Физические основы молекулярной биологии : пер. с англ. : [учеб.
пособие для вузов] / Т.А. Уэй .— Долгопрудный [М.] : Интеллект, 2010 .— 368 с.
11