БИОХИМИЯ _______________________________________________________ для студентов 1-2 курсов, направление подготовки (специальность) 060103 Педиатрия, форма
advertisement
Аннотация рабочей программы дисциплины БИОХИМИЯ _______________________________________________________ для студентов 1-2 курсов, направление подготовки (специальность) 060103 Педиатрия, форма обучения очная 1. Цель и задачи дисциплины Целью освоения дисциплины является формирование у обучаемых фундамента для развития профессиональных компетенций, направленных на диагностику и исследовательскую деятельность, заключающегося в развитии способностей анализировать молекулярные механизмы функционирования живых объектов, а также получать и оценивать результаты биохимических лабораторных исследований. Задачами освоения дисциплины являются: Сформировать у студентов представления о строении макромолекул, основных путях их метаболизма, молекулярных механизмах его регуляции и адаптации, а также о возможных причинах метаболических нарушений и принципах их коррекции Анализировать научную литературу по частным проблемам в области медицинских биохимических исследований Усвоить принципы химического анализа биологического материала и оценивать результаты биохимического анализа Практически овладеть основными методами лабораторных биохимических исследований Прогнозировать и диагностировать развитие патологических состояний у детей различного возраста на основе лабораторных методов исследования. 2. Место дисциплины в структуре основной образовательной программы Учебная дисциплина «Биохимия» входит в базовую часть математического, естественнонаучного цикла дисциплин С.2 ООП. Содержательно она закладывает основы понимания молекулярных механизмов функционирования клеток, тканей и органов, а также аналитические подходы к оценке их нормального функционирования, используемые в методах лабораторной диагностики. Опираясь на представления о химических закономерностях, сформированные в ходе изучения предшествующей дисциплины «Химия», биохимия раскрывает молекулярный уровень организации живой материи, тем самым создавая у обучаемого базу для восприятия последующих дисциплин естественнонаучного блока, изучающих другие уровни функционирования (физиология, патофизиология, иммунология) или специализирующихся на глубоком изучении различных биологических объектов – микробиология, вирусология. Дисциплины профессионального цикла, большинство которых касается молекулярных патологий, также опираются на представления, сформированные в ходе изучения курса биохимии. Практическая часть курса развивает навыки работы в исследовательской и клинической лаборатории, заложенные в ходе освоения дисциплины «Химия». «Биохимия» формирует представления об аналитических принципах, применяемых для исследования биологического и клинического материала, и диагностике на основании результатов биохимического исследования. Это необходимо для последующего понимания дисциплин профессионального цикла, посвященным различным группам патологий, так как все они имеют лабораторные виды диагностики. Дисциплины, формирующие «входные» знания для освоения биохимии: Анатомия, биология: Разделы: - Строение и функции клеток, тканей, органов, систем организма. - Общие закономерности происхождения жизни и ее эволюции, индивидуального развития организма. - Основные положения генетики Общая и биоорганическая химия: Разделы: - Основные правила работы в химической лаборатории, техника лабораторных работ (титриметрия, фотоколориметрия) - Энергия и типы связей. Общие закономерности протекания химических реакций, основные понятия химической термодинамики. Свойства растворов. - Современная классификация и номенклатура органических соединений. - Строение и свойства аминокислот, белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот. - Методы анализа органических соединений. Медицинская физика с основами математики и информатики: Разделы: - Основные понятия о термодинамически закрытых и открытых системах. - Общие представления о биофизике биомембран. - Физические основы ряда методов (центрифугирование, спектрофотометрия, колориметрия). - Навыки пользования компьютером и работы в сети Интернет. - Элементы теории вероятности, распределения непрерывных и дискретных случайных величин. Латинский язык и основы терминологии: - Понимание терминов и обозначений, используемых в биохимии. Иностранный язык: - Умение работать с иностранной литературой. Дисциплины, требующие предшествующего усвоения биохимии Микробиология, вирусология Метаболизм микроорганизмов Размножение вирусного генетического материала Молекулярная генетика, мутации, мутагены, генетические факторы устойчивости к лекарствам Иммунология Антитела Система комплемента Понятие об иммунологических препаратах, их использовании. Нормальная физиология: - Функции важнейших органов и систем человека: нервная проводимость, мышечное сокращение, транспорт веществ, экскреция и секреция - Физиологические основы питания и пищеварения. - Понятия о гомеостазе и гуморальной регуляции - Основы теплообразования и теплорегуляции. - Основные методы изучения физиологических функций. Патофизиология Энзимопатии Патологии синтеза и распада гемоглобина Патологии углеводного и липидного обмена 3. Общая трудоемкость дисциплины составляет 7 зачетных единиц, 252 академических часов. 4. Результаты обучения Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля): 1. ОК-1 способность и готовность анализировать социально значимые проблемы и процессы, использовать на практике методы гуманитарных, естественнонаучных, медико-биологических и клинических наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности; 2. ПК- 2 способность и готовность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, использовать для их решения соответствующий физико-химический и математический аппарат; 3. ПК- 3 способность и готовность к формированию системного подхода к анализу медицинской информации, опираясь на всеобъемлющие принципы доказательной медицины, основанной на поиске решений с использованием теоретических знаний и практических умений в целях совершенствования профессиональной деятельности; 4. ПК-5 способность и готовность интерпретировать результаты современных лабораторно-инструментальных исследований; 5. ПК- 15 способность и готовность к постановке диагноза на основании результатов биохимических исследований биологических жидкостей и с учетом законов течения патологии по органам, системам и организма в целом; 6. ПК- 31 способность и готовность изучать научно-медицинскую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования; 7. ПК- 32 способность и готовность к участию в освоении современных теоретических и экспериментальных методов исследования с целью создания новых перспективных средств, в организации работ по использованию и внедрению результатов исследований. В результате освоения дисциплины (модуля) обучающийся должен: • Знать: - правила техники безопасности и работы в химических лабораториях с реактивами, приборами, животными; - химико-биологическую сущность процессов, происходящих в живом организме ребенка и подростка на молекулярном и клеточном уровнях; - механизм действия буферных систем организма, их взаимосвязь и роль в поддержании кислотно-основного состояния организма; - электролитный баланс организма человека, коллигативные свойства растворов (диффузия, осмос, осмолярность, осмоляльность); - строение и химические свойства основных классов биологически важных органических соединений; - строение и биохимические свойства основных классов биологически важных соединений, основные метаболические пути их превращения; роль клеточных мембран и их транспортных систем в обмене веществ в организме детей и подростков; - физико-химические методы анализа в медицине (титриметрический, электрохимический, хроматографический, вискозиметрический, фотоколориметрический). • Уметь: - пользоваться учебной, научной, научно-популярной литературой, сетью Интернет для профессиональной деятельности; - пользоваться физическим, химическим и биологическим оборудованием; - производить расчеты по результатам эксперимента, проводить элементарную статистическую обработку экспериментальных данных; - классифицировать химические соединения, основываясь на их структурных формулах; - прогнозировать направление и результат физико-химических процессов и химических превращений биологически важных веществ, в том числе в возрастном аспекте; - отличать в сыворотке крови нормальные значения уровней метаболитов (глюкозы, мочевины, билирубина, мочевой кислоты, молочной и пировиноградной кислот и др.) от патологически измененных и объяснять причины различий; - трактовать данные энзимологических исследований сыворотки крови. • Владеть: - понятием ограничения в достоверности и специфику наиболее часто встречающихся лабораторных тестов; - интерпретацией результатов лабораторных методов диагностики у детей и подростков; алгоритмом постановки предварительного диагноза детям и подросткам. 5. Образовательные технологии В процессе освоения дисциплины «Биохимия» используются следующие образовательные технологии, способы и методы формирования компетенций: лекция-визуализация, проблемная лекция, участие в научно-практических конференциях, учебно-исследовательская работа студента, подготовка и защита рефератов, использование метаболических карт, учебный лабораторный эксперимент, биохимический лабораторный анализ, демонстрационный опыт, экспериментальный отчет. Элементы, входящие в самостоятельную работу студента: подготовка к семинарским и практическим занятиям, работа с дополнительной литературой, изготовление учебных стендов, подготовка реферативных докладов по определенным темам, подготовка к экзамену. 6. Формы промежуточной аттестации Итоговый контроль – в III семестре проводится трехэтапный курсовой экзамен. 7. Содержание дисциплины 1. Строение и свойства белков и ферментов. 1.1 Введение. Задачи биохимии. Предмет и задачи биологической химии, ее значение для биологии и медицины. Важнейшие этапы в истории биохимии. Основные принципы биохимических исследований в медицине. Место биохимии среди других биологических дисциплин. Биохимия как молекулярный уровень изучения явлений жизни. Биохимия и медицина (значение клинической биохимии в диагностике и определении тактики лечения различных заболеваний). 1.2 Аминокислоты и структура белка. Элементарный химический состав и функции белков. Аминокислоты – структурные мономеры белков: классификация, физико-химические и биологические свойства. Уровни структурной организации белка: первичная, вторичная, третичная, четвертичная структуры белка. Типы связей в молекуле белка и их значение для проявления биологической активности. 1.3 Физико-химические свойства белков. Простые и сложные белки. Амфотерность, растворимость, изоэлектрическая точка белка, денатурация, высаливание, коллоидные свойства. Методы изучения аминокислот и белков: выделение, очистка, качественный и количественный анализ, хроматография, электрофорез. Классификация белков. Простые белки, классификация, основные представители и их функции. Сложные белки, строение и биологическая роль. Фосфопротеины (казеиноген, фосфорилаза, гликогенсинтаза), металлопротеины. 1.4 Ферменты. Строение и механизм действия. Краткая история развития учения о ферментах. Общие понятия о катализе. Ферменты и неорганические катализаторы: сходства и различия. Химическая природа ферментов. Биологическая роль фермента как посредника между ДНК и составом клетки. Строение фермента (активный и аллостерический центры, понятие и функции). Сложные ферменты. Холофермент, апофермент, кофактор, кофермент, простетическая группа, понятие и функции. Коферменты витаминной и невитаминной природы. Механизмы действия ферментов. Термодинамические принципы действия ферментов. Гипотезы ферментативного катализа. Специфичность действия ферментов. Изоферменты. 1.5. Кинетика, классификация, ингибирование ферментов. Кинетика ферментативных реакций. Понятие активности фермента. Зависимость скорости ферментативных реакций от температуры, рН среды, концентраций фермента и субстратов. Понятие об эффекторах. Ингибирование ферментов, виды ингибирования: необратимое, обратимое (конкурентное, неконкурентное), субстратное, аллостерическое. Ингибирование по принципу обратной связи. Регуляция действия ферментов: аллостерические ингибиторы и активаторы; каталитический и регуляторный центры; четвертичная структура аллостерических ферментов и кооперативные изменения конформации протомеров фермента. Механизмы активации ферментов – частичный протеолиз, под влиянием кофактора, аллостерического активатора. Регуляция активности ферментов путем фосфорилирования и дефосфорилирования (на примере фосфорилазы и гликогенсинтетазы). Способы изменения скорости реакции в клетке. Компартментализация ферментов. Понятие метаболического пути. Классификация и номенклатура ферментов. 1.6.Медицинская энзимология. Методы определения активности ферментов. Единицы активности. Удельная активность ферментов.Секреторные, экскреторные, внутриклеточные ферменты. Различия ферментного состава органов и тканей. Органоспецифические ферменты. Изменения активности ферментов в процессе развития. Изоферменты и их изменчивость в онтогенезе. Энзимодиагностика. Энзимопатология. Лекарственные препараты - ингибиторы ферментов. Ферменты как реактивы для лабораторной диагностики. Энзимотерапия. 2. Биологическое окисление: введение в обмен веществ и биохимия питания. Энергетический обмен. 2.1 Основы рационального питания. Витамины. Органические и минеральные компоненты пищи. Требования, предъявляемые к полноценному питанию. Основные пищевые вещества – углеводы, жиры, белки; суточная потребность, усвояемость; частичная взаимозаменяемость при питании. Роль углеводов, липидов, белков в рациональном питании человека. Их положительное и отрицательное значение в питании. Незаменимые компоненты основных пищевых веществ. Витамины и витаминоподобные вещества. Классификация, химическое строение, роль в обмене веществ, источники, причины и признаки гипер- и гиповитаминозов, использование витаминов в медицине. Витаминзависимые и витаминрезистентные состояния у беременных, новорожденных и у детей раннего возраста. Особенности метаболизма и нормы питания детей разных возрастов. Значение оптимального обеспечения детского организма незаменимыми факторами питания. 2.2. Цикл трикарбоновых кислот. Понятие о метаболизме, катаболизме и анаболизме. Основные конечные продукты метаболизма (углекислый газ, вода и мочевина). Катаболизм основных пищевых веществ – углеводов, жиров, белков (аминокислот). Этапы катаболизма, понятие об общих и специфических путях катаболизма. Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК): последовательность реакций и характеристика ферментов и коферментов. Связь между общим путем катаболизма и цепью переноса электронов и протонов. Механизмы регуляции ЦТК. Механизм образования АТФ путем субстратного фосфорилирования в ЦТК. Баланс энергии в ЦТК. Биологическая роль ЦТК, анаболические функции. 2.3. Дыхательная цепь. Биоэнергетика. Различные формы энергии в организме животных и человека. Основные законы термодинамики. Понятие о свободной энергии. Макроэргические соединения, их роль в протекании метаболических реакций. Роль восстановительных эквивалентов НАДН и НАДФН в метаболизме. НАДФ как посредник между катаболическими и анаболическими реакциями. Окисление субстратов как источник энергии для синтеза АТФ, роль НАДН как посредника между катаболическими реакциями и дыхательной цепью. Структурная организация и локализация ферментов дыхательной цепи. Редокс-потенциалы отдельных звеньев цепи биологического окисления. НАД-зависимые и флавиновые дегидрогеназы. Окислительное фосфорилирование. Коэффициент окислительного фосфорилирования (Р/О). Регуляция работы цепи переноса электронов (дыхательный контроль). Разобщение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования (свободное окисление). Терморегуляторная функция тканевого дыхания, энергетический обмен в бурой жировой ткани. Нарушения энергетического обмена: гипоэнергетические состояния как результат гипоксии, гипоавитаминозов и др. причин. Оксигеназное, пероксидазное и перекисное окисление. Активные формы кислорода. Антиоксидантная защита клеток. 3. Обмен и функции углеводов. 3.1 Химия и функции углеводов. Переваривание углеводов. Химия моно-, ди- и полисахаридов, углевод-белковые комплексы (гликопротеины, протеогликаны): строение, распространение и биологическая роль. Основные углеводы пищи. Переваривание углеводов, всасывание и взаимопревращения гексоз. Глюкоза как важнейший метаболит углеводного обмена. Общая схема источников и путей расходования глюкозы в организме. Свойства и органная локализация гликогена как резервного полисахарида. Биосинтез и мобилизация гликогена. 3.2 Катаболизм углеводов. Аэробный путь окисления глюкозы (три этапа: гликолитический, окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты и цикл трикарбоновых кислот). Биологическое значение аэробного пути окисления глюкозы. Баланс энергии, связь с цепью биологического окисления этого пути. Регуляция скорости аэробного пути окисления глюкозы. Анаэробный путь распада глюкозы и гликогена (гликолиз и гликогенолиз). Реакция гликолитической оксидоредукции (субстратное фосфорилирование и механизм образования АТФ). Биологическое значение анаэробного окисления глюкозы. Регуляция скорости и баланс энергии этого пути. 3.3 Глюконеогенез, цикл Кори. Пентозофосфатный путь. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез) из аминокислот, глицерина и молочной кислоты. Взаимосвязь гликолиза в мышцах и глюконеогенеза в печени (цикл Кори). Аллостерическая регуляция аэробного и анаэробного путей распада глюкозы и глюконеогенеза. Пентозофосфатный путь окисления глюкозы (ПФП): окислительная и неокислительная стадия. Регуляция ПФП (доступность субстратов, коферментов, потребности клетки в метаболитах ПФП). Биологическое значение ПФП (восстановление НАДФ, образование пентоз). Особенности обмена глюкозы в разных органах и клетках: эритроциты, мозг, мышцы, жировая ткань, печень. Использование глюкозы для синтеза жиров в печени и в жировой ткани. 3.4 Нарушения углеводного обмена. Изменения обмена глюкозы в печени (синтез и распад гликогена, гликолиз) при смене периода пищеварения на постабсорбтивный период и состояния покоя - на мышечную работу. Роль инсулина, глюкагона, адреналина, глюкокортикоидов, протеинкиназ, аденилатциклазной и инозитолфосфатной систем. Нарушения углеводного обмена. Наследственные нарушения обмена моносахаридов и дисахаридов: галактоземия, непереносимость фруктозы, непереносимость дисахаров. Гликогенозы и агликогенозы. Нарушения углеводного обмена при стрессе, голодании и инсулиновой недостаточности. Тест на толерантность к глюкозе. Основные пути коррекции углеводного обмена. 4. Обмен и функции липидов. 4.1 Химия и функции липидов. Переваривание липидов. Транспорт липидов. Важнейшие липиды тканей человека: классификация, химический состав, строение и биологический роль. Основные фосфолипиды и гликолипиды тканей человека: глицерофосфолипиды (фосфатидилхолины, фосфатидилэтаноламины, фосфатидилсерины), сфингофосфолипиды, гликоглицеролипиды, гликосфинголипиды. Липид-белковые комплексы. Свободные липопротеины (липопротеины плазмы крови), строение, классификация, место образования, химический состав, биологическая роль. Структурные липопротеины. Липидный состав мембран – фосфолипиды, гликолипиды, холестерин. Строение и функционирование биологических мембран. Переваривание липидов. Ферменты гидролиза липидов. Желчные кислоты: химическое строение, синтез, биологическая роль. Всасывание продуктов переваривания. Нарушения переваривания и всасывания. Ресинтез триацилглицеринов в стенке кишечника. Образование хиломикрон и транспорт жиров. Липопротеинлипаза. Биосинтез жиров из углеводов в печени, упаковка в ЛПОНП и транспорт. Состав и строение транспортных липопротеинов крови. 4.2 Липолиз. Окисление жирных кислот. Метаболизм кетоновых тел. Депонирование и мобилизация жиров в жировой ткани. Внутриклеточный липолиз: ферменты, судьба конечных продуктов, регуляция синтеза и мобилизации жиров. Роль инсулина и глюкагона и адреналина. Современные представления о β-окислении ВЖК. Связь с ЦТК и цепью биологического окисления, энергетический баланс β-окисления ВЖК. Кетоновые тела. Механизм образования и окисления. Биосинтез и использование кетоновых тел в качестве источников энергии. Причины повышения содержания кетоновых тел в крови (кетонемии) и в моче (кетонурии). 4.3 Биосинтез жирных кислот, триглицеридов, фосфолипидов. Биосинтез высших жирных кислот: субстраты, ферменты, коферменты реакций, локализация в клетке, энергетические затраты (АТФ). Регуляция процессов β-окисления и синтеза ВЖК (внутриклеточная, гормоны). Биосинтез нейтрального жира в различных тканях : субстраты, ферменты, способ транспорта из органов, регуляция скорости депонирования жиров. Взаимосвязь между депонированием (липогенезом) и мобилизацией (липолизом) жира. Взаимосвязь обмена жиров и углеводов. Синтез фосфолипидов. Липотропные факторы. 4.4 Обмен холестерина. Липопротеиды. Регуляция и нарушения липидного обмена. Обмен стероидов. Представление о биосинтезе холестерина. Регуляция синтеза и активности ГМГ-редуктазы. Синтез желчных кислот из холестерина. Выведение желчных кислот и холестерина из организма. ЛПНП и ЛПВП – транспортные формы холестерина в крови, роль в обмене холестерина. Методы изучения состава липопротеинов крови. Атерогенные и антиатерогенные липопротеины. Гиперхолестеринемия. Биохимические основы развития атеросклероза. Семейная гиперхолестеринемия. Биохимические основы лечения гиперхолестеринемии и атеросклероза. Нарушения переваривания и всасывания липидов. Биохимические нарушения липидного обмена: при стрессе, при ожирении, при голодании, при сахарном диабете, при избытке в пище углеводов, при недостатке липидов и белка. Механизм возникновения желчнокаменной болезни (холестериновые камни). Применение хенодезоксихолевой кислоты для лечения желчнокаменной болезни. Типы гиперлипопротеидемий. Основные принципы коррекции нарушений обмена липидов. 5. Обмен белков. 5.1 Биологическая ценность белков в питании. Переваривание белков. Гниение белков. Азотистый баланс. Биологическая ценность белков и норма белка в питании. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Источники и пути использования аминокислот в организме. Видовая специфичность белков. Переваривание белков в желудочно-кишечном тракте: проферменты и их активация, роль соляной кислоты, основные этапы гидролиза белков. Всасывание аминокислот. Анализ желудочного сока (содержание кислых продуктов, кислотность, активность ферментов желудочного сока и поджелудочной железы). Гниение белков в кишечнике, продукты гниения. Механизмы обезвреживания токсичных продуктов гниения (реакции, ферменты, невитаминные коферменты, локализация процесса и способы выведения из организма на примере животного индикана). 5.2 Общие пути катаболизма аминокислот. Токсичность и обезвреживание аммиака. Декарбоксилирование аминокислот. Образование, биологическая роль и инактивация биогенных аминов (гистамина, серотонина, триптамина, катехоламинов и гаммааминомасляной кислоты). Механизмы дезаминирования аминокислот (прямое и непрямое дезаминирование). Прямое окислительное дезаминирование: реакции, ферменты, коферменты, конечные продукты. Трансаминирование, деаминирование: реакции, ферменты, коферментная функция витамина В6, конечные продукты и биологическое значение. Значение непрямого дезаминирования. Определение трансаминаз в сыворотке крови (ГОТ и ГПТ) при диагностике инфаркта миокарда, заболеваний печени. Основные источники аммиака в организме и механизмы его обезвреживания. Роль глутамина в обезвреживании и транспорте аммиака. Синтез мочевины в печени. Регенерация аспартата как механизм сопряжения цикла синтеза мочевины с циклом непрямого дезаминирования и с ЦТК. Нарушения синтеза и выведения мочевины. Гипераммониемии. Обмен безазотистого остатка аминокислот (гликогенные и кетогенные аминокислоты). Синтез глюкозы из аминокислот. Синтез аминокислот из глюкозы. Роль аминокислот в биоэнергетике клетки. 5.3 Обмен отдельных аминокислот. Строение хромопротеидов. Гемоглобинопатии. Особенности обмена отдельных аминокислот. Роль серина и глицина в образовании одноуглеродных фрагментов, в синтезе гема, пуриновых нуклеотидов, глутатиона, креатина, фосфатидилхолинов. Роль дикарбоновых кислот в интеграции азотистого обмена. Метионин и S-аденозилметионин. Трансметилирование: участие ТГФК в этих процессах. Фенилаланин и тирозин как предшественники катехоламинов, тиреоидных гормонов и меланина. Нарушения переваривания белков и всасывания аминокислот. Основы парентерального питания. Наследственные энзимопатии. Фенилкетонурия: биохимический дефект, проявления болезни, методы предупреждения (генетическая консультация), диагностика и лечение. Алкаптонурия. Альбинизм. Нарушение синтеза дофамина при паркинсонизме. Хромопротеины. Миоглобин и гемоглобин. Строение и биологическая роль. Кооперативные изменения конформации протомеров в гемоглобине. Физиологические и аномальные типы гемоглобинов. Серповидно-клеточная анемия. Типы гемоглобина у человека на стадиях: эмбрион → плод → взрослый организм. 5.4 Синтез и распад гема, патологии пигментного обмена. Переваривание хромопротеидов в желудочно-кишечном тракте. Биосинтез гема: субстраты, реакции, ферменты, коферменты, витамины. Распад гемоглобина: основные этапы и продукты реакции. Билирубин (непрямой – свободный, прямой – коньюгированный): токсичность, пути обезвреживания и выведения билирубина; нарушения обмена билирубина. Желтухи: гемолитическая, печеночно-клеточная (паренхиматозная), обтурационная. Гемоглобин плода (HbF) и его физиологическое значение. Желтуха новорожденных. Диагностическое значение определения билирубина и других желчных пигментов в крови и моче. Регуляция синтеза гема и гемоглобина. Нарушения синтеза гема: порфирии. 6. Обмен нуклеотидов. Матричные синтезы. 6.1. Строение нуклеотидов и полинуклеотидов. Азотистые основания пуринового и пиримидинового ряда. Структура и номенклатура нуклеотидов. Значение моно- и динуклеотидов. Полинуклеотиды. ДНК и РНК – сходство и отличия. Строение и функции нуклеиновых кислот. Связи, формирующие первичную структуру ДНК и РНК: 5’-фосфатный и 3’- гидроксильный концы полинуклеотидных цепей. Вторичная структура ДНК и РНК, принцип комплементарности. Денатурация ДНК. Видовые различия первичной структуры нуклеиновых кислот. Типы РНК: рибосомные, транспортные, матричные. 6.2 Обмен нуклеопротеинов. Нарушения обмена нуклеотидов. Обмен нуклеопротеидов. Нуклеазы пищеварительного тракта и всасывание продуктов гидролиза. Биосинтез пуриновых нуклеотидов: начальные стадии синтеза (от рибозо-5’-фосфата до 5’- фосфорибозиламина), происхождение атомов пуринового кольца. Инозиновая кислота, как предшественник АМФ, ГМФ и нуклеозидтрифосфатов. Регуляция синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов: активация и ингибирование ключевых ферментов. Реутилизация азотистых оснований, как запасной путь синтеза пуриновых нуклеотидов (ключевые ферменты, этапы синтеза, ферменты, коферменты). Биосинтез дезоксирибонуклеотидов. Представление о биосинтезе пиримидиновых нуклеотидов. Белки и глюкоза – основные источники субстратов для синтеза РНК и ДНК. Распад нуклеиновых кислот в тканях. Катаболизм пуриновых и пиримидиноых мононуклеотидов. Конечные продукты распада нуклеотидов пуринового и пиримидинового ряда. Нарушения в обмене нуклеотидов (подагра, ксантинурия, оротацидурия, мочекаменная болезнь. Применение ингибиторов синтеза дезоксирибонуклеотидов для лечения злокачественных опухолей. 6.3 Биосинтез ДНК, РНК и белка. Регуляция биосинтеза Понятие о матричных синтезах, их биологическое значение. Биосинтез ДНК (репликация). Полуконсервативный принцип репликации, его биологическое значение. Субстраты, источники энергии, матрица, ферменты и белки ДНК-репликативного комплекса. Репарация ДНК. Транскрипция – синтез РНК. Структура гена, сигнальные последовательности. Субстраты, источники энергии, ферменты. Процессинг РНК. Биосинтез белков (трансляция). Реализация генетической информации в фенотипические признаки, осуществляемая в направлении ДНК → мРНК → белок. Генетический код, его свойства. Инициация, элонгация и терминация трансляции. Посттрансляционная модификация белков: частичный протеолиз, присоединение небелковых компонентов, модификация аминокислот, формирование пространственной конформации мономерных и олигомерных молекул. Теория Жакоба и Моно. Функционирование оперонов, регулируемое по механизму индукции и репрессии. Ингибиторы прокариотических ферментов, участвующих в матричных синтезах, как антибиотики. 7.Биохимия специализированных органов и тканей. 7.1 Классификация гормонов. Механизм действия гормонов. Гипоталамо-гипофизарная система. Основные системы межклеточной коммуникации: эндокринная, паракринная, аутокринные системы. Роль гормонов в системе регуляции метаболизма. Клетки-мишени и клеточные рецепторы гормонов. Механизмы передачи гормональных сигналов клетки. Классификация гормонов по химическому строению и биологическим функциям. АПУД - система (местные гормоны). Взаимосвязь деятельности ЦНС с эндокринной системой. Иерархия эндокринных желез. Прямая и обратная связи между функциями гипоталамуса, гипофиза и периферическими железами эндокринной системы. Либерины и статины гипоталамуса. Гормоны гипофиза. Роль гормона роста для нормального развития и патологии, связанные с его синтезом. 7.2 Гормоны периферических желез. Регуляция обмена кальция и фосфора в организме. Гормоны периферических эндокринных желез: щитовидной и паращитовидной, поджелудочной, мозгового и коркового слоя надпочечников: химическая природа, органы-мишени, механизм действия, роль в обмене веществ и физиологических функциях. Роль инсулина и контринсулярных гормонов в обеспечении гомеостаза. Роль инсулина и глюкагона в регуляции метаболизма при нормальном питании и при голодании. Половые гормоны. Гормоны местного действия: простагландины, тромбоксаны, лейкотриены, эндорфины, кинины и др.: химическая природа, органы-мишени, механизм действия, роль в обмене веществ и физиологических функциях. Гормональная регуляция минерального обмена. Роль гормонов в регуляции обмена кальция и фосфатов: (паратгормон, кальцитонин, кальцитриол) Причины и признаки гипо- и гиперфункций желез внутренней эндокринной системы. Нарушения в обмене веществ и функциях различных органов и тканей при этих состояниях. Изменения метаболизма при гипер- и гипокортицизме. Изменение гормонального статуса и метаболизма при сахарном диабете. Патогенез основных симптомов сахарного диабета. Изменения метаболизма при гипо- и гипертиреозе. Причины и проявления эндемического зоба. Гормональный статус мать-плацента-плод. Применение гормонов в медицине: гормонодиагностика и гормонотерапия. Опасности и осложнения при длительном применении гормонов. 7.3 Биохимия крови. Физико-химические свойства крови. Кровь – интегрирующая часть внутренней среды организма. Химический состав крови и ее основные физико-химические свойства Белки плазмы крови: классификация белков на основании электрофоретических свойств. Альбумины, их транспортная функция, буферные свойства и вклад в онкотическое давление плазмы крови. Глобулины, их краткая характеристика. Белки «острой фазы» Методы количественного анализа белковых фракций крови, их информативность. Электрофорез белков плазмы крови. Причины и последствия гипо-, гипер- и диспротеинемии. Методы и диагностическая ценность определения небелкового азота, мочевины, креатина и креатинина в плазме. Возрастная динамика белковых фракций крови. Эмбриоспецифические белки и их диагностическое значение. Остаточный азот в постнатальный период. Небелковые органические азотистые компоненты крови. Азотемия: ретенционная и продукционная. Внепочечная ретенционная азотемия. Урикемия, гипераммониемия. Безазотистые органические соединения: их происхождение и диагностическое значение анализа некоторых из них (глюкоза, пируват, лактат, кетоновые тела, холестерин). Форменные элементы крови. Особенности химического состава и метаболизма эритроцитов и лейкоцитов. Биохимия крови. Биологические свойства крови. Дыхательная функция крови. Молекулярные механизмы газообмена в тканях и легких. Буферные системы плазмы крови: бикарбонатная, фосфатная, белковая, гемоглобиновая. Пищевые источники кислых и основных компонентов. Нарушения кислотно-основного равновесия организма. Причины развития и формы ацидоза и алкалоза. Методы их диагностики и принципиальные основы коррекции. Система свертывания крови. Внутренний и внешний механизмы гемокоагуляции. Образование фибрина, формирование тромба. Значение витамина К для системы гемокоагуляции. Система фибринолиза: гидролиз фибрина плазмином; плазминоген и его активация; ингибиторы плазмина и активаторов плазминогена. Естественные антикоагулянты крови (антитромбин, гепарин). Активаторы плазминогена и протеолитические ферменты как тромболитические лекарственные средства. 7.4 Биохимия почек и мочи. Водно-минеральный обмен Биологическая роль воды. Макро- и микроэлементы. Регуляция водно-солевого обмена: функции альдостерона и вазопрессина. Система ренин-ангиотензин-альдостерон. Биохимические механизмы возникновения почечной гипертонии, отеков, дегидратации. Регуляция обмена натрия и калия (альдостерон). Обмен железа: всасывание, транспорт кровью, депонирование. Особенности минерального обмена у детей. Почки как главный орган экскреции конечных метаболитов. Клиренс (очищение) компонента плазмы крови как показатель эффективности его выведения почками. Процесс образования мочи. Критерии оценки почечной фильтрации (клиренс инсулина и маннитола). Молекулярные механизмы реабсорбции и секреции в почечных канальцах. Нормальные и патологические компоненты мочи. Показатели смешанного клиренса (фильтрационно-реабсорбционный и фильтрационно-секреционный). Роль почек в регуляции кислотно-основного равновесия, осмотического давления жидкостей тела, водно-электролитного баланса, артериального давления, процессов эритропоэза. Глюконеогенез в почках как неэкскреторный механизм преодоления ацидоза. Моча: составные части и физико-химические свойства в норме и при патологии. Суточная экскреция мочевины, аммиака, креатинина, мочевой и гиппуровой кислот, безазотистых органических веществ, минеральных ионов. Патологические составные части мочи (кровь, белок, глюкоза, кетоновые тела, порфирины, желчные кислоты и желчные пигменты). Мочевые камни. Возможные причины образования и состава мочевых камней. Особенности диуреза у детей. Особенности выделения через плаценту. 7.5 Биохимия лактации и возрастная биохимия. Характеристика особенностей обмена веществ в ранние периоды онтогенеза. Гомеорезис. Биохимия лактации: этапы лактации, синтез лактозы, белков. Роль гормонов. Алиментарная патология, связанная с употреблением молока (непереносимость лактозы, молока, галактоземия). Молозиво: Химический состав и биологическая ценность. Зрелое женское молоко. Белковая ценность женского молока и коровьего: качество и структура белков, соотношение незаменимых аминокислот. Углеводы в грудном молоке и в коровьем: роль бета-лактозы и бифидус-фактора в синтезе витаминов группы В. Отличия женского и коровьего молока по жирнокислотному составу, эссенциальным жирным кислотам и концентрации фосфолипидов. Ферменты грудного молока: роль гидролитических ферментов (α- амилаз, липаз и протеаз) в аутолитическом пищеварении у детей на ранних этапах онтогенеза. Антимикробная активность женского молока: Т- и В-лимфоциты, иммуноглобулины, интерферон, комплемент, лизоцим, лактоферин и другие факторы защиты. Минеральный состав женского и коровьего молока: содержание кальция, фосфора, и потребность в этих и других элементах у грудных детей. Содержание витаминов в молоке и потребность в них. Недостаток витаминов Д в женском молоке и необходимость его введения в рацион в первые месяцы жизни. 8. Перечень практических навыков (умений), которые необходимо освоить студенту — Использования знаний по технике безопасности в биохимических лабораториях. — Самостоятельной работы с биохимической литературой: поиск информации по основным разделам и методам биохимии для решения биохимических, а в дальнейшем профессиональных задач. — Техники работы с мерной посудой, пипетками и автоматическими дозаторами, лабораторным оборудованием (центрифугой, фотоэлектроколориметром и др.) — Использования знаний по способам сбора и подготовки биологического материала к исследованию. — Построения калибровочных кривых и приемами расчета концентраций определяемого вещества. — Проведения хроматографии аминокислот и липидов, очистки белковых препаратов от низкомолекулярных веществ, качественного анализа аминокислотного состава белка. — Определения в сыворотке крови и других биологических жидкостях содержания общего белка, глюкозы, молочной кислоты, общих липидов, холестерина, триглицеридов, b-липопротеинов, фосфолипидов; мочевины, билирубина, мочевой кислоты; креатинина, гемоглобина, кальция, фосфора, железа, остаточного азота, индикана. — Определения кислотности желудочного сока, а также анализ желудочного сока на важнейшие компоненты в норме и при патологии. — Проведения теста на толерантность к глюкозе (построения сахарных кривых). — Проведения анализа мочи на важнейшие компоненты в норме и при патологии, на экспресс-диагностику. — Определения активности ферментов в биологических жидкостях (амилазы, каталазы, пепсина, липазы, сукцинатдегидрогеназы, лактатдегидрогеназы, щелочной фосфатазы, аминотрансфераз и др.). — Интерпретации результатов биохимических анализов. — Самостоятельной работы с литературой по биохимии, а также с учебной, учебнометодической и справочной литературой по медико-биологическим предметам; — Решения ситуационных задачи и тестовых заданий для формирования эвристического мышления; — Составления докладов по использованию достижений биохимии в решении актуальных медицинских задач, к выступлению на конференциях. 9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины а) Основная литература: 1. Северин, Е.C. Биохимия [Текст] /Е.C.Северин. – М.: ГОЭТАР-Медиа, 2004 – 784 с. (450 экземпляров в библиотеке ТГМА). 2. Николаев, А.Я. Биологическая химия [Текст] / Николаев А.Я . – М.: Медицинское информационное агентство, 2001. – 495 с. б) Дополнительная литература: 1. Иллюстрированная биохимия (обучающий вариант) [Текст]: учеб. пособие /твер. гос. мед акад.; [Ю.Н.Боринский и др.]]; [под ред. Ю.Н.Боринского.] - [Тверь], 2004. – 212 с. 2. Иллюстрированная биохимия (экзаменационный вариант) [Текст]: учеб. пособие /твер. гос. мед акад.; [Ю.Н.Боринский и др.]]; [под ред. Ю.Н.Боринского.] [Тверь], 2004. – 162 с. 3. Лабораторный практикум по биохимии для студентов [Текст]: учеб. пособие /твер. гос. мед акад.; [Ю.Н.Боринский и др.]]; [под ред. Ю.Н.Боринского.] - [Тверь], 2003. - 56 с. 4. Тесты по биохимии для студентов лечебного, педиатрического, стоматологического, фармацевтического факультетов [Текст]: учеб. пособие /твер. гос. мед акад.; [Ю.Н.Боринский и др.]]; [под ред. Ю.Н.Боринского.] - [Тверь], 2008. – 71 с. 5. Ситуационные задачи по биохимии для студентов лечебного, педиатрического, стоматологического, фармацевтического факультетов [Текст]: учеб. пособие /твер. гос. мед акад.; [Ю.Н.Боринский и др.]]; [под ред. Ю.Н.Боринского.] - [Тверь], 2008. – 98 с. 6. Методические указания по биологической химии для самостоятельной работы студентов педиатрического факультета [Текст]: учеб. пособие /твер. гос. мед акад.; [Ю.Н.Боринский и др.]]; [под ред. Ю.Н.Боринского.] - [Тверь], 2007. – ч.1 - 104 с. 7. Методические указания по биологической химии для самостоятельной работы студентов педиатрического факультета [Текст]: учеб. пособие /твер. гос. мед акад.; [Ю.Н.Боринский и др.]]; [под ред. Ю.Н.Боринского.] - [Тверь], 2007. – ч.2. – 133 с. 8. Профильные тесты и ситуационные задачи для студентов педиатрического факультета [Текст]: учеб. пособие /твер. гос. мед акад.; [Ю.Н.Боринский, Л. Я. Дьячкова]]; - [Тверь], 2008. – 98 с. 9. Биохимия лактации [Текст]: учеб. пособие /твер. гос. мед акад.; [Ю.Н.Боринский и др.]]; [Л. Я. Дьячкова, О.Б. Федерякина, Д.В. Лещенко] - [Тверь], 2010. – 41 с. 10. Возрастная биохимия [Текст]: учебное пособие для медицинских вузов [под ред.Л. А. Даниловой] - [С.-Петербург], 2007. - 56 с. в) Программное обеспечение и Интернет-ресурсы: 1. Северин Е.С. Библиотека электронных медицинских книг [Электронный ресурс] / Е.С. Северин. Биохимия – 2003 .- Режим доступа: http://www.medliter.ru/ 2. Березов, Т.Т. Биологическая химия [Электронный ресурс] / Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. - Москва "Медицина" 1998. - Режим доступа: http://file.libopen.ru/10563689 3. Марри Р. Биохимия человека: В 2-х томах. [Электронный ресурс] /Марри Р., Греннер Д., Мейес П. – 1993 . - Режим доступа: http://file.libopen.ru/4730609 4. http://www.xumuk.ru/biologhim/ 5. http://medlink.ucoz.ru/dir/19 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) Лаборатории На базе кафедры биохимии имеется 4 учебные лаборатории, оборудованные для учебного процесса. Перечень оборудования (имеется в каждой учебной лаборатории): 1. Фотоэлектроколориметр (КФК 2МП). 2. Термостатирующая баня Лаб ТЖ 3. Термостат суховоздушный. 4. Электроплитка. 5. Центрифуга ОПН 6. Весы пробирочные. 7. Вытяжной шкаф. 8. Лабораторная посуда (пробирки, штативы, пипетки, колбы, бюретки, держатель для пробирок, кюветы, стаканы, цилиндры, чашки Петри, фильтровальная бумага). 9. Песчаная баня. 10. Дозаторы (автоматические пипетки). 11. Склянки с химическими реактивами. Для обучения студентов используются реактивы, приготовленные в кафедральной лаборатории для учебных экспериментов, а также стандартные наборы реактивов, применяемых для определения содержания веществ в крови и моче в действующих клинических лабораториях. Перечень стандартных наборов реактивов: 1. Определение содержания глюкозы в сыворотке крови энзимным методом. 2. Определение содержания лактата в сыворотке крови энзимным методом. 3. Определение содержания триглицеридов в сыворотке крови энзимным методом. 4. Определение содержания холестерина в сыворотке крови энзимным методом. 5. Определение содержания β-липопротеинов в сыворотке крови. 6. Определение содержания общих липидов в сыворотке крови. 7. Определение содержания мочевины в сыворотке крови энзимным методом. 8. Определение содержания мочевой кислоты в сыворотке крови. 9. Определение содержания гемоглобина в крови. 10. Определение содержания кальция в сыворотке крови. 11. Определение содержания фосфора в сыворотке крови. 12. Определение активности амилазы (в сыворотке крови, моче). 13. Определение содержания негеминового железа в сыворотке крови. 14. Определение активности щелочной фосфатазы в сыворотке крови. 15. Определение количества белка в моче. 16. Определение содержания креатинина в моче. Технические средства обучения 1. Граф-проектор. Слайды к лекциям Слайды к лекциям представлены в виде отдельных страниц учебного пособия «Иллюстрированная биохимия» (метаболические карты) /Под ред. Ю.Н. Боринского. Тверь, 2004 - по следующим разделам: 1. Химия и функции белков (58 с.). 2. Ферменты (24 с.). 3. Элементы рационального питания. Общие пути метаболизма (ЦТК). Биологическое окисление (22 с. ). 4. Обмен и функции углеводов ( 32 с. ). 5. Обмен и функции липидов (26 с.). 6. Обмен и функции аминокислот, простых и сложных белков (32 с.). 7. Слайды по темам: а) Химия и функции гормонов: - механизм действия гидрофильных гормонов; - механизм действия липофильных гормонов; - иерархия эндокринной системы; - механизм действия отрицательной обратной связи; - биосинтез стероидных гормонов: - биохимические нарушения при сахарном диабете; - простагландины, тромбоксаны, лейкотриены; - кининовая система. б) Биохимия крови: - белки плазмы крови. - электрофорез белков плазмы крови; - транспорт кислорода и углекислого газа кровью; - буферные системы крови; - механизмы свертывания крови; - противосвертывающая система. в) Биохимия мочи: - участие почек в регуляции КЩР. Комплекты обучающих таблиц по всем разделам биохимии для студентов лечебного факультета. 1. ХИМИЯ И ФУНКЦИИ БЕЛКОВ. 1.1 Международная система единиц СИ. 1.2 Регуляция синтеза белка. 1.3 Биосинтез белка. Компоненты, необходимые для основных этапов полипептидного синтеза. 1.4 Свойства белков. 1.5 Хроматография аминокислот на бумаге. 1.6 Электрофорез белков на бумаге. 1.7 Липопротеиды. 1.8 Регуляция синтеза белков на уровне транскрипции. 1.9 Образование иммуноглобулинов. 1.10 Биосинтез РНК. Транскрипция. 1.11 Структура коллагена. 1.12 Фибриллярные нитевидные нерастворимые белки. 1.13 Репарация ДНК. 1.14 Основные этапы репликации ДНК. 1.15 Двойная спираль ДНК. 1.16 Первичная структура ДНК и РНК. 1.17 Строение антител. 1.18 Цикл ВИЧ. 1.19 Структура ВИЧ 2. ФЕРМЕНТЫ 2.2 Основные этапы ферментативного катализа. 2.4 Ферменты слюны. 3. ВИТАМИНЫ 3.1 Витамины. Суточная доза, активная форма, функции, патологическое состояние. 4. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ 4.1 Этапы биологического окисления (тканевое дыхание). 4.2 Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК, цикл Кребса). 5. ОБМЕН И ФУНКЦИИ АМИНОКИСЛОТ И СЛОЖНЫХ БЕЛКОВ 5.1 Синтез м-РНК на матрице ДНК. 5.2 Пути обмена азота, аминокислот, аммиака. 5.3 Секреция желудочного сока. 5.4 Схема превращений желчных пигментов 5.5 Орнитиновый цикл мочевинообразования 5.6 Деградация углеводородного скелета аминокислот 5.7 Круговорот креатина. 6. ГОРМОНЫ 6.1 Механизм действия стероидных гормонов. 6.2 Строение и механизм действия гормонов. 6.3 Механизм действия гормонов пептидной природы. 6.4 Калликреин-кининовая система 6.5 Кальцитриол: функции регуляция синтеза 6.6 Паратгормон: функции 6.7 Пути передачи сигналов в клетке. 7.КРОВЬ 7.1 Гемоглобин и его производные. 7.2 Почечная компенсация ацидоза: секреция ионов водорода 7.3 Почечная компенсация ацидоза: реабсорбция бикарбоната 7.4 Участие гемоглобина эритроцитов в транспорте кислорода и углекислого газа 7.5 Свертывание крови. 8. ОБМЕН ВОДЫ И МИНЕРАЛЬНЫХ СОЛЕЙ. 8.1 Гормональный контроль водно-солевого баланса. 8.2 Регуляция водно-солевого обмена. Учебные стенды для студентов (в коридорах) 1. Аминокислоты и структуры белков. 2. Физико-химические свойства белков. 3. Схема метаболических путей в клетках организма человека. 4. Биохимия ВИЧ-инфекции. Раздаточный материал 1. Сборники тестовых заданий 2. Сборники ситуационных задач 3. Метаболические карты 4. Карточки программированного контроля. 11. Научно-исследовательская работа студента УИРС проводится в течение года в форме заседаний кружка СНО, на котором заслушиваются доклады по актуальным проблемам современной медицины, современным методам биохимических исследований, достижений молекулярной биологии в медицине, выполненным на основе изучения специальной литературы, а также экспериментальные работы студентов по кафедральным тематикам. Студенты могут участвовать в работе лаборатории, сборе материала для анализа, опросах населения. Докладчики оформляют свои работы в виде рефератов, презентаций, стендовых докладов. Лучшие исследования представляются в виде докладов и тезисов на студенческих научных конференциях. УИРС также находит отражение в виде защиты рефератов на занятиях семинарского типа, которыми заканчивается изучение каждой темы (модуля). Тематика реферативных докладов подбирается в соответствии с изучаемой темой.
