ИКО - Практ. занятия (0.2Mб, doc)

Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
Интеграция клеточного обмена
Учебно-методическое пособие для практических занятий
Специальность 020208.65 - Биохимия
Красноярск
СФУ
2012
УДК 576.(07)
ББК 28.05.я73
Составитель: Н.М.Титова
Интеграция клеточного обмена: Учебно-методическое пособие для
практических занятий /[Текст] / сост. Н.М. Титова. – Красноярск: Сиб.
федер. ун-т, 2012. – 15 с.
Учебно-методическое пособие по курсу «Интеграция клеточного
обмена» составлено в соответствии с программой курса и является
руководством для практических занятий.
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов
биологических и медико-биологических специальностей университетов.
УДК 576.(07)
ББК 28.05.я73
© Сибирский
федеральный
университет, 2012
2
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Одной из основных организационных форм учебной деятельности
являются практические занятия, которые призваны углублять, расширять,
детализировать знания, полученные на лекции в обобщенной форме, и
содействовать выработке навыков профессиональной деятельности.
Практические занятия развивают научное мышление и речь, позволяют
проверить знания студентов и выступают как средства оперативной обратной
связи.
Практические занятия могут проводиться в различных формах – это
может быть решение задач, обсуждение рефератов, дискуссии, доклады, и
т.д. Часть практических занятий проводится в форме семинаров.
Необходимость проведения традиционных аудиторных семинарских занятий
определяется спецификой преподаваемой дисциплины. План и логика
проведения семинарского занятия определяется преподавателем. Студенты
получают задание не позднее, чем за одну неделю до проведения
семинарского занятия, и занимаются самостоятельной подготовкой к
занятию.
В учебно-методическом пособии для практических занятий по курсу
«Интеграция клеточного обмена» (ОПД.Р.1) приведены темы занятий, по
каждой теме приводится список литературы, необходимой для
самостоятельной подготовки. Учебное пособие предназначено для студентов,
обучающихся по специальности 020208.65 - «Биохимия».
Цель практических занятий по курсу «Интеграция клеточного
обмена» – обсуждение наиболее сложных теоретических вопросов курса, их
методологическая и методическая проработка (формирование у студентов
представлений об основных механизмах, управляющих и интегрирующих
метаболизм клетки, благодаря чему поддерживаются постоянство
внутренней среды и целостность организма).
В задачи практических занятий входит
● ознакомление студентов с современными представлениями о
механизмах регуляции клеточного метаболизма;
●
формирование
представлений
об
интеграции
основных
метаболических путей, общих для большинства клеток и организмов;
● формирование представлений о роли ключевых интермедиатов
обмена, позволяющих клетке координировать свои возможности с
потребностями и быстро настраивать уровень обмена веществ в соответствии
с меняющимися условиями;
Практические занятия способствуют развитию у студента таких
необходимых навыков, как выбор и решение поставленной задачи, сбор и
аналитический анализ опубликованных данных, умение выделять главное и
делать обоснованное заключение.
На практических занятиях студенты решают ситуационные задачи
выполняют задания (составление схем регуляции и интеграции
катаболических и анаболических путей), подробно обсуждают трудно
3
усваиваемые моменты, выступают с докладами, проводится устный опрос
студентов, тестирование.
В результате выполнения практических занятий обучающиеся должны
знать:
принципы структурной и функциональной организации основных
метаболических путей клетки;
ключевые регуляторные ферменты основных метаболических
путей и механизмы регуляции их активности;
роль компартментализации в регуляции и интеграции клеточного
обмена;
терминологию, используемую в интеграции клеточного обмена;
роль основных сигнальных систем в регуляции клеточных
процессов;
уметь:
применять полученные знания для изучения клеточного
метаболизма;
составлять
схемы
взаимосвязи
и
взаимозависимости
метаболических процессов в норме и при различных патологиях;
охарактеризовать основные механизмы регуляции активности и
количества ферментов в клетке;
оценить возможности регуляции и интеграции метаболических
процессов и экспрессии определенных генов в живых организмах под
контролем гормонов;
использовать полученные знания в области исследования
клеточного метаболизма для постановки экспериментальных работ;
использовать полученные знания при изучении других
биологических дисциплин; применять их в оценке нарушений
метаболических процессов при патологических состояниях.
Студенты должны уметь использовать знания по интеграции
клеточного метаболизма, полученные при знакомстве с лекционным
материалом, учебниками, монографической литературой, периодикой при
изучении других биологических дисциплин; применять их при постановке
экспериментальной работы; понимать, что кинетические свойства ферментов
предопределяют их возможности в регуляции метаболизма у организмов
различной степени сложности.
Знание основных аспектов регуляции и интеграции клеточного
метаболизма – необходимая база при подготовке дипломных работ, тематика
которых связана с изучением метаболических процессов и их регуляции.
Освоение разделов курса «Интеграция клеточного обмена» также будет
способствовать формированию у студентов целостного естественнонаучного
мировоззрения.
4
Общая трудоемкость дисциплины составляет 64 часа. Из них на
теоретическое обучение отводится 30 часов (15 часов – лекции, 15 часов –
практические занятия), на самостоятельную работу – 34 часа (табл. 1).
Таблица 1 – Общая трудоемкость дисциплины и виды учебной работы
Всего
часов
Вид учебной работы
Семестр
Общая трудоемкость дисциплины
64
7
64
Аудиторные занятия:
30
30
лекции
15
15
практические (семинарские) занятия
15
15
34
14
34
14
реферат
12
12
задачи и задания
8
8
экзамен
экзамен
Самостоятельная работа:
изучение теоретического курса (ТО)
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
1. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Разделы дисциплины и виды занятий в часах приведены в табл. 2.
Таблица 2 - Разделы дисциплины и трудоемкость видов занятий
№
Раздел дисциплины
п/п
1
2
Раздел 1.
Основные аспекты регуляции
и интеграции клеточного
метаболизма
Раздел 2.
Регуляция и интеграция
основных метаболических
путей в клетке
Лекции Практические Самостоятельная
работа
(часы) занятия (часы)
(часы)
6
6
14
9
9
20
Темы практических занятий по курсу «Интеграция клеточного обмена»
сгруппированы по разделам дисциплины и представлены в таблице 3.
5
Таблица 3 – Темы практических занятий
№
Разделы
дисциплины
Темы практических занятий, трудоемкость
(часы)
п
/п
Раздел
1
1.
Основные
аспекты
регуляции и интеграции
клеточного метаболизма
1.1. Регуляция метаболических путей (2 ч.).
1.2. Контроль клеточного метаболизма на
транскрипционном и трансляционном уровне (2
ч.).
1.3. Компартментализация катаболических и
анаболических процессов (1ч.). Контрольная
работа (1 ч.).
Раздел
2
2.
2.1. Регуляция и интеграция метаболизма
Регуляция и интеграция углеводов (2 ч.).
основных метаболических 2.2. Энергетический обмен: регуляция и
путей в клетке
интеграция окислительного декарбоксилирования
пирувата и цикла лимонной кислоты (2 ч.).
2.3. Регуляция и интеграция метаболизма липидов
(2 ч.).
2.4. Регуляция и интеграция межорганного
метаболизма в абсорбтивный, постабсорб-тивный
периоды, при легком и длительном голодании (2
ч.). Контрольная работа (1 ч.).
Раздел 1. Основные аспекты регуляции и интеграции клеточного
метаболизма.
Занятие 1.1. Регуляция метаболических путей (2 ч.).
Вопросы для обсуждения на занятии
1. Дайте определение метаболического пути.
2. Какие типы метаболических путей существуют в клетке?
3. Какой фермент называют ключевым ферментом метаболического
пути? Являются ли синонимами названия лимитирующий и ключевой
фермент метаболического пути?
4. Назовите основные соединения – интеграторы клеточного
метаболизма.
5. Основные характеристики амфиболического пути.
6. Приведите примеры линейных метаболических путей.
7. Какие метаболические пути называются универсальными?
Приведите примеры.
8. Какие метаболические пути называются специальными? Приведите
примеры.
9. Какой фермент является лимитирующим в гликолизе, цикле
лимонной кислоты, синтезе жирных кислот?
6
10. Какими свойствами должен обладать ключевой фермент
метаболического пути?
11. Какие соединения выступают в качестве изостерических
регуляторов метаболических путей?
12. Какие соединения выступают в качестве аллостерических
регуляторов анаболических путей?
13. Какова роль ковалентной модификации ферментов в регуляции
метаболических путей?
14. Какой тип ковалентной модификации наиболее часто используется
в регуляции активности метаболических путей?
15. Что подразумевают под термином ретроингибирование
метаболического пути? Какие типы ретроингибирования существуют?
16. Как сказываются изменения концентрации субстрата на скорости
реакций, катализируемых неаллостерическими и аллостерическими
ферментами?
Источники: [1]. Раздел 2, с. 75-123; [2]. Глава 12, с. 154 – 177.
Занятие
1.2.
Контроль
клеточного
транскрипционном и трансляционном уровне (2 ч.).
метаболизма
на
Вопросы для обсуждения на занятии
1. Какие существуют механизмы контроля метаболических путей на
уровне транскрипции?
2. Что такое индукция и репрессия метаболического пути? Чем
запускаются эти процессы?
3. Строение и регуляция транскрипции Lac-оперона.
4. Строение и регуляция транскрипции триптофанового оперона (trpоперон).
5. Транскрипционный уровень регуляции метаболизма у эукариот.
6. Посттранскрипционная регуляция (альтернативный сплайсинг,
редактирование мРНК).
7. Контроль клеточного метаболизма на уровне трансляции.
8. Посттрансляционная модификация ферментов.
9. Различия в продолжительности жизни белков (ферментов).
Источники: [1]. Раздел 4, с.185-201; [2]. Глава 21, с. 262-284, Глава 22,
с. 285- 307; [6]. Глава 10, с. 419-438; [8]. Глава 2, с. 132-136, 141-148.
Занятие
1.3.
Компартментализация
катаболических
анаболических процессов (1ч.). Контрольная работа (1 ч.).
Вопросы для обсуждения на занятии
1. Пространственная организация биохимических процессов в клетке.
7
и
2. Иерархия уровней организации метаболических путей.
3. Роль мембран клетки в процессах компартментализации
метаболических путей.
4. Назовите основные типы мембранной регуляции метаболических
процессов.
5. Механизмы транспорта метаболитов между компартментами клетки.
6. В каких компартментах клетки осуществляется синтез и деградация
жирных кислот?
7. Какой метаболит является связующим звеном синтеза и деградации
жирных кислот?
8. В каких компартментах клетки осуществляется орнитиновый цикл
Кребса?
9. От каких факторов зависит скорость включения пирувата на путь
окислительного декарбоксилирования в матриксе митохондрий?
10. Митохондрии как пример клеточного компартмента.
Источники: [1]. Раздел 5, с.238-263; [6]. Глава 10. С. 419-438; [7]. 62 с.;
[8]. Глава 4, с. 235-259.
Раздел 2. Регуляция и интеграция основных метаболических путей
в клетке.
Занятие 2.1. Регуляция и интеграция метаболизма углеводов(2 ч.).
Вопросы для обсуждения на занятии
1. Основные регуляторные ферменты метаболизма гликогена.
2. Механизмы регуляции активности гликогенфосфорилазы.
3. Каким образом активность киназы гликогенфосфоридазы зависит от
концентрации кальция?
4. Что подразумевают под термином реципрокная регуляция
активности гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы?
5. Как осуществляется сАМР-зависимый механизм регуляции обмена
гликогена?
6. Какие гормоны участвуют в регуляции метаболизма гликогена?
7. Как осуществляется регуляция метаболизма гликогена через
полифосфоинозитидный сигнальный путь?
8. Как регулируется активность фосфофруктокиназы-1?
9. В чем сходство и отличие гексокиназы и глюкокиназы?
10. Какие глюкозные транспортеры существуют? Какова их тканевая
локализация?
11. В чем отличие ГЛЮТ-4 от других транспортеров глюкозы?
12. По какому механизму осуществляют транспорт глюкозы
транспортеры ГЛЮТ?
8
13. Структура гликолитического метаболона. В чем преимущество
существования метаболического пути в виде метаболона?
14. Регуляторные ферменты глюконеогенеза. Каким образом
регулируется их активность?
15. Какие соединения могут использоваться в глюконеогенезе для
синтеза глюкозы?
16. Роль фруктозо-2,6-бисфосфата в координации гликолиза и
глюконеогенеза. Как осуществляется синтез фруктозо-2,6-бисфосфата?
17. Какова структура и регуляция активности бифункционального
фермента – 6-фосфофрукто-2-киназы/фруктозо-2,6-бисфосфатазы?
18. Как осуществляется интеграция гликолиза, глюконеогенеза и
обмена гликогена?
19. Что является сигналом для переключения процессов гликолиза и
глюконеогенеза?
20. Какие соединения являются основными регуляторами метаболизма
углеводов?
Источники: [1].Раздел 7, с. 297-369; [2]. Глава 12, 154-177; [5] Глава
10, с. 319-359.
Занятие 2.2. Энергетический обмен: регуляция и интеграция
окислительного декарбоксилирования пирувата и цикла лимонной
кислоты.
Вопросы для обсуждения на занятии
1. Строение пируватдегидрогеназного комплекса млекопитающих. В
чем его отличие от пируватдегидрогеназного комплекса прокариот?
2. Какими соединениями осуществляется изостерическая регуляция
пируватдегидрогеназного комплекса?
3. Какими соединениями осуществляется аллостерическая регуляция
пируватдегидрогеназного комплекса?
4. Какие гормоны участвуют в регуляции пируватдегидрогеназного
комплекса?
5. Какие ферменты осуществляют регуляцию цикла лимонной
кислоты?
6. Что является биологической подложкой при формировании
метаболона цикла лимонной кислоты?
7.
Каким
образом
осуществляется
координация
пируватдегидрогеназного комплекса и метаболона цикла лимонной кислоты?
8. Каким образом осуществляется координация метаболонов гликолиза
и цикла лимонной кислоты?
9. В чем заключается эффект Пастера?
10. В чем заключается эффект Кребтри?
9
Источники: [1]. Раздел 6, с. 264-296; [2]. Глава 12, с. 154-177; [5].
Глава 10, с. 319-362.
Занятие 2.3. Регуляция и интеграция метаболизма липидов ( 2 ч.)
Вопросы для обсуждения на занятии
1. Какой метаболит участвует в координации деградации и синтеза
жирных кислот?
2. Как осуществляется транспорт ацил-СоА из цитозоля в матрикс
митохондрий? Какова роль карнитина в этом процессе?
3. Для чего необходимо образование активной формы жирной кислоты
(ацил-СоА)? Какой фермент осуществляет этот процесс?
4. Как осуществляется транспорт ацетил-СоА из митохондрий в
цитозоль?
5. Строение и механизмы регуляции ацетил-СоА- карбоксилазы.
6. Строение гидроксиметилглутарил-СоА-редуктазы. Внутриклеточная
локализация фермента.
7. Механизмы регуляции активности гидроксиметилглутарил-СоАредуктазы.
8. Как осуществляется координация обмена холестерина и жирных
кислот?
9. Строение комплекса синтазы жирных кислот.
10. Роль перилипинов в процессе липолиза.
11. Доменная структура гормончувствительной липазы.
12. От чего зависит регуляторное воздействие цитрата на ацетил-СоАкарбоксилазу?
13. От чего зависит регуляторное воздействие пальмитоил-СоА на
ацетил-СоА-карбоксилазу?
14. Каким образом осуществляется интеграция метаболизма углеводов
и липидов?
Источники: [1]. Раздел 8, с. 370-457; [ 2]. Глава 12, с. 154-177; [5].
Глава 11, с. 363-408; [3]. Глава 3, с. 63-73.
Занятие 2.4. Регуляция и интеграция межорганного метаболизма в
абсорбтивный, постабсорбтивный периоды, при легком и длительном
голодании (2 ч.). Контрольная работа (1 ч.).
Вопросы для обсуждения на занятии
1. В чем заключается роль глюкокиназы в абсорбтивном периоде?
2. Сходство и отличие свойств глюкокиназы и гексокиназы.
3. Основные «топливные» молекулы в клетках.
4. Взаимозаменяемость различных видов топлива при смене
абсорбтивного и постабсорбтивного периодов.
10
5. Взаимозаменяемость различных видов топлива при смене
постабсорбтивного периода и легкого голодания.
6. Взаимозаменяемость различных видов топлива при смене периодов
легкого и длительного голодания.
7. Для каких тканей глюкоза является основным энергетическим
источником?
Источники: [1]. Раздел 11, с. 545-587; [2]. Глава 12, с. 154-177; [3].
Глава 2, с. 20-29, Глава 3, с. 63-73; [5]. Глава 15, с. 545-551.
2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ
В соответствии с планом практического занятия, студент обязан
повторить основные вопросы, рассматриваемы на лекции, проработать
самостоятельно литературу к занятию (литературные источники даны для
каждой темы), выучить необходимые структурные формулы, если это
требуется – составить схему определенного метаболического пути. По
каждой теме приведены вопросы для обсуждения на занятии. Программу
практического занятия и задание для студентов можно высылать по
электронной почте.
3. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ
Письменные отчеты по практическим занятиям дисциплины
«Интеграция клеточного обмена» не составляются, поскольку на этот вид
работы не предусмотрена трудоемкость в аудиторных занятиях или в
самостоятельной работе. Однако для получения зачета по занятию студенту
необходимо выполнить следующие требования:
принимать участие в обсуждении вопросов практического занятия,
анализировать и дополнять ответы других участников занятия;
подготовить реферат, выступить с докладом и презентационным
материалом;
составить схему метаболического пути;
правильно ответить не менее чем на 75% вопросов контрольного теста
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основная литература
1. Биохимия: Учебник / Под ред. Е.С. Северина. – М.: ГЭОТАР-МЕД,
2003. – 784 с.: ил. - (Серия «XXI век»). (9 экз.)
2. Элиот В., Элиот Д. Биохимия и молекулярная биология. – М.: МАИК
«Наука/Интерпериодика», 2002. – 446 с. (3 экз.)
11
3. Патологическая физиология и биохимия: Учебное пособие для вузов.
– М.: Изд-во «Экзамен», 2005. – 480 с. (7 экз.)
Дополнительная:
4. Биохимические основы патологических процессов: Учеб. пособие
/Под ред. Е.С. Северина. – М.: Медицина, 2000. – 304 с.
5. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник. – 3-е
изд.. перераб. и доп. – М.: Медицина, 1998. – 704 с.: ил. – (Учеб. лит. для
студентов мед. вузов). (24 экз).
6. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. – М.: Высшая
школа, 2000. – 479 с.
7. Курганов Б.И. Физико-химические механизмы регуляции активности
ферментов: 46-е Баховское чтение. – М.: Наука, 1992. – 62 с.
8. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. Молекулярная биология. Чебное
пособие для студентов медицинских вузов. – М.: ООО «Медицинское
информационное агентство», 2003. – 544 с. (5 экз.)
9. Ньюсхолм Э., Старт К. Регуляция метаболизма. – М.: Мир, 1977. –
407 с.
10. Смирнов А.Н. Эндокринная регуляция. Биохимические и
физиологические аспекты: учеб. пособие /под ред. В.А.Ткачука. – М.:
ГЭОТАР-Медиа, 2009. – 368 с.
11. Теппермен Дж., Теппермен Х., Физиология обмена веществ и
эндокринной системы – М.: Мир, 1989. – с.
12. Успехи биологической химии. – Период. издание, 1998 – 2007 гг.
13. Физиология эндокринной системы / под ред Дж.Гриффина, С.
Охеды. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. – 496 с.
14. Price N.C., Stevens L. Fundamental of Enzymology. The Cell and
Molecular Biology of Catalytic Proteins. Third Edition. – Oxford, University
Press, 2003. – 478 p.
Информационные ресурсы
1. Nelson D.L., Cox M.M. Leninger Principles of Biochemistry (Fourth
Edition). Электронный ресурс (www.Molbiol.ru).
2. www.virginia.edu.
2. www.ncbi.nlm.nih.gav.
3. www.molbiol.ru.
4. www. high.stanford.edu.
5. www.wikipedia.org.
6. www. ximuk.ru/encyklopedia
12
Приложение
ГРАФИК
учебного процесса и самостоятельной работы студентов по дисциплине Интеграция клеточного обмена, специальность
020208.65 - Биохимия, института ИФБиБТ, 3 курса на 6 семестр
№
п/п
Наименование
дисциплины
Семестр
1
Интеграция
клеточного
метаболизма
6
Число
аудиторных
занятий
Всего
По
видам
Лекции –
15
Практич
еские
30
занятия
– 15
Форма
контрол
я
экзамен
Часов на
самостоятельную
работу
Всего
По
видам
ТО - 14
РФ - 12
34
З-8
Недели учебного процесса семестра
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
ТО
ТО
ВР
Ф
ТО
ТО
ТО
ТО
ТО
ТО
ТО
ТО
ТО
СР
Ф
ТО
СР
Ф
ТО
СР
Ф
ТО
СР
Ф
ТО
СР
Ф
ТО
СЗ
СЗ
СЗ
СЗ
ВЗ
ПК
ПК
ПК
Условные обозначения: ТО – изучение теоретического курса; РФ – реферат; ВРФ – выдача темы реферата; СРФ – сдача реферата; З
– задачи и задания; СЗ – сдача задач и заданий; ПК – промежуточный контроль (тестирование).
Заведующий кафедрой:
Е.И. Шишацкая
Директор института:
«_______» _______________________ 2012 г
В.А. Сапожников
13
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.
2.
3.
Общие сведения
Содержание практических занятий
Методика выполнения практических занятий
Требования к отчету
Библиографический список
Приложение
14
3
5
11
11
11
13
Учебное издание
Титова Н.М.
Интеграция клеточного обмена: Учебно-методическое пособие для
практических занятий
Редактор И.О. Фамилия
Корректор И.О.Фамилия
Компьютерная верстка: И.О.Фамилия
Подписано в печать (дата) 2011 г. Формат 60х84/16. (А5)
Бумага офсетная. Печать плоская.
Усл. печ. л. ?? (количество страниц/16). Уч.-изд. л. ? ?.
Тираж 100 экз. Заказ ????. (Дает РИО)
Редакционно-издательский отдел
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Тел/факс (391) 244-82-31. E-mail [email protected]
http://rio.sfu-kras.ru
Отпечатано Полиграфическим центром
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а
15