Документ 3951144

МИНОБРНАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК
УТВЕРЖДАЮ
Декан
______________
Паршин В. Г.
"_30_"_января_ 2012 г.
Рабочая программа дисциплины
БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
ЭУБАКТЕРИЙ И АРХЕЙ
по специальности
03.01.04 - биохимия
по отрасли
биологические науки
присуждаемая учёная степень
кандидат биологических наук
Форма обучения
Очная, заочная
Ростов-на-Дону
2012
1. Цели освоения дисциплины.
Дисциплина «Биохимические особенности эубактерий и архей» посвящена изучению
специфических
метаболических путей бактерий и архей, а также изучению особенностей
информационных процессов данных групп организмов.
Целями освоения дисциплины (модуля) «Биохимические особенности эубактерий и
архей» являются: формирование системных знаний о различных биохимических аспектах
жизни бактерий и архей и перспективах их биотехнологического применения. Формирование
умений давать характеристику метаболизма эубактерий в сравнении с эукариями и археями.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата .
Дисциплина
составным
«Биохимические
звеном
в
особенности
эубактерий
структурно–логической
и
архей»
схеме
является
подготовки
высококвалифицированных аспирантов-биологов, владеющих знаниями в области
биоорганической
и
биологической
химии,
генетики,
молекулярной
биологии,
микробиологии и биотехнологии, и способных решать как вопросы подготовки учащихся
в свете современных биологических знаний, так и
практические задачи экономики
страны.
«Биохимические
особенности
эубактерий
и
архей»
представляет
собой
дисциплину, входящую в учебном плане в блок ФД.А.В2 – факультативные курсы.
Аспиранты обучаются по этой дисциплине на 2-м году обучения аспирантуры.
Изучение материалов курса основано на знаниях, полученных в системе наук,
составляющих
современную
физико–химическую
биологию
(органическая
и
биоорганическая химии, физическая и коллоидная химии, биологическая химия, генетика,
молекулярная биология, микробиология и биотехнология), а также клеточной биологии,
вирусологии.
Требования к входным знаниям:
1.
Строение прокариотной и эукариотной клеток.
2.
Пути катаболизма глюкозы.
3.
Механизмы синтеза АТФ.
4.
Принцип полимеразной цепной реакции.
5.
Репликация ДНК у эубактерий и эукариот.
6.
Форма, строение и состав рибосом у эубактерий и эукариот.
7.
Клеточный цикл.
3. Знания, умения и навыки, формируемые в результате освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины аспирант должен:
Знать:
1. Многообразие путей метаболизма эубактерий.
2. Механизмы ассимиляции одноуглеродных субстратов.
3. Особые типы микробного питания (хемотрофия и литотрофия).
4. Особенности информационных процессов у архей.
5. Особенности энергетического метаболизма архей.
6. Архейный клеточный цикл.
Уметь:
1. Обосновать взаимосвязь энергетических и конструктивных процессов.
2. Оценить энергетическую эффективность брожения и дыхания.
3. Использовать
практической
данные
о
метаболическом
многообразии
эубактерий
для
деятельности.
4. Давать сравнительную характеристику метаболизма архей, эубактерий и эукариот.
5. Приводить примеры представителей различных систематических групп архей.
6. Составлять схемы метаболических путей архей.
4. Структура и содержание факультативного курса «Биохимические особенности
эубактерий и архей».
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы,
108 часов,
1
1.1
1.2
1.3
Содержание модуля
дисциплины
Применяемые
образовательные технологии
Виды учебной работы,
Формы
включая самостоятельную работутекущего контроля
студентов и трудоемкость (в часах)успеваемости (по
неделям семестра)
Аудиторная
Всего
Форма
часов (трудоЛаб.
промежуточной
СРС
емкость)
Лекц раб/
аттестации (по
Пр
семестрам)
Неделя семестра
№
Год обучения
лекционных - 14 часов, СРС - 94 часа, форма отчётности – зачёт.
Модуль 1. Биохимические особенности эубактерий
Общая схема
15
2
13
Лекция с разбокатаболизма. Энергером конкретной 2 1
ситуации
тика прокариот.
Окисление органических и неорганических
соединений
Фотосинтез эубактерий
Проблемная
лекция
Проблемная
лекция
8
2
15
2
-
13
УО-1 –собеседование
ПР-4 –реферат
16
2
-
14
УО-1 –собеседование
ПР-4 –реферат
2
2
3
УО-1 –собеседование
ПР-2 – письменный отчет
1.4
2
2.1
Первичный и вторичный метаболизм.
16
2
-
УО-1 –собеседование
ПР-2 – письменный отчет
14
4
Модуль 2. Биохимические особенности архей
2
Информационные
15
2
13
Лекция5
процессы у архей
визуализация
2.2
Энергетический
метаболизм архей.
Пути расщепления
углеводов.
2.3
Аэробиоз и другие
способы дыхания у
архей.
5
2
Проблемная
лекция
2
Проблемная
лекция
УО-1 –собеседование
ПР-4 –реферат
16
2
-
14
УО-1 –собеседование
ПР-2 – письменный отчет
15
2
-
13
УО-1 –собеседование
УО-2 – коллоквиум
6
Лекциявизуализация
2
7
Коллоквиумконсультация
УО-3 – устный
зачёт
Рубежный контроль
Итого
108
14
-
94
Содержание дисциплины.
Модуль 1. Биохимические особенности эубактерий.
Использование
микроорганизмами
Внеклеточное переваривание. Синтез и
полимерных
органических
субстратов.
секреция экзоферментов, физиологическая
роль в клетке. Индуцибельные и конститутивные ферменты. Внутриклеточные
запасные полимеры. Белки как субстраты для роста микроорганизмов.
Метаболизм бактерий
Метаболическое
микроорганизмов
разнообразие
Основы
прокариот.
биоэнергетики
Общая
схема
микроорганизмов,
катаболизма
у
взаимосвязь
энергетических и конструктивных процессов. Энергоснабжение прокариот. Механизмы
фосфорилирования.
Энергетические процессы у микроорганизмов
Анаэробный энергетический метаболизм. Брожение – анаэробный окислительновосстановительный процесс. Пути катаболизма гексоз (гликолиз, схема ЭнтнераДудорова, фосфокетолазный путь, путь бифидобактерий). Бактериальные брожения:
спиртовое, молочнокислое, маслянокислое и ацетоно-бутиловое, смешанное и
бутандиоловое, пропионовокислое и янтарнокислое и др.
Дыхание. Функции кислорода в метаболизме прокариот. Схема дыхания, цикл
трикарбоновых кислот. Цепи переносчиков электронов. Прямой и обратный перенос
электронов. Расщепление сахаров в пентозофосфатном цикле. Метилглиоксалевый
шунт. Аэробное и анаэробное дыхание.
Кислородный стресс. Образование токсичных форм кислорода при аэробном
метаболизме и способы их нейтрализации.
Неполные окисления.
Окисление
неорганических
соединений
хемолитотрофами.
Разнообразие
хемолитотрофов: серные, нитрифицирующие, водородоокисляющие, карбокситрофные,
железо- и марганец-окисляющие бактерии.
Использование света прокариотами. Фотосинтез: оксигенный, аноксигенный.
Фотосинтез галобактерий.
Биосинтетические
процессы
у
микроорганизмов:
ассимиляция
углерода,
метаболизм азота, метаболизм серы. Биосинтез аминокислот, липидов, углеводов,
синтез полимеров.
Первичный и вторичный метаболизм. Первичные и вторичные метаболиты.
Физиологическая роль вторичных метаболитов. Трофофаза и идиофаза. Пути
образования антибиотиков, механизмы регуляции и функции в природных экосистемах.
Пировиноградная кислота – как центральный метаболит углеводного, липидного и
белкового обмена.
Кометаболизм. Разложение ксенобиотиков.
Регуляция метаболизма у бактерий.
Основные способы регуляции микробного метаболизма.
Регуляция синтеза ферментов путем индукции и репрессии: индукция ферментов,
катаболитная
репрессия,
репрессия
конечным
продуктом,
синтез
ферментов
центральных метаболических путей.
Регуляция активности ферментов: ингибирование по типу обратной связи, свойства
аллостерических ферментов, аллостерическая регуляция центральных метаболических
путей, ковалентная модификация ферментов.
Модуль 2. Биохимические особенности архей.
Информационные процессы у архей.
Особенности
процесса
репликация
ДНК.
Репарация
повреждений
ДНК:
ДНК-
репарирующие хеликазы и белки, участвующие в кроссинговере, и их паралоги. Транскрипция
ДНК: инициация и элонгация транскрипции у архей. Регуляция транскрипции. Трансляция.
Форма, строение и состав архейных рибосом. Ингибиторы синтеза белка. Структура и функции
архейных шаперонов.
Белки архейного клеточного цикла.
Энергетический метаболизм.
Пути расщепления углеводов. Сахаролитические археи. Архейные варианты пути
Эмбдена-Мейергофа-Парнаса.
Модифицированный
путь
Энтнера-Дудорова
у
архей.
Превращение пентоз археями. Эволюционные аспекты архейных гликолитических путей.
Аэробиоз и другие способы дыхания у архей. Организация архейных дыхательных цепей.
Мембранные
хинонредуктазы,
мембраноинтегральные
хинолокисляющие
комплексы,
мобильные электронные переносчики, гемы и металл-белки. Эффективность архейной
электронтранспортной цепи.
5. Образовательные технологии.
В ходе освоения студентами дисциплины «Биохимические особенности эубактерий и
архей» используются традиционные и инновационные виды образовательных технологий:
1.
Лекция-визуализация. В ходе лекции студент преобразовывает устную и
письменную информацию в визуальную форму, выделяя при этом наиболее значимые и
существенные элементы. На лекции используются схемы, рисунки, чертежи, слайдыпрезентации, к подготовке которых привлекаются обучающиеся. Проведение лекции
проводится в виде связного развернутого комментирования подготовленных наглядных
пособий.
2.
Проблемная лекция. В ходе проблемной лекции знания вводятся как
«неизвестное», которое необходимо «открыть». Проблемная лекция начинается с вопросов, с
постановки проблемы, которую в ходе изложения материала необходимо решить. При этом
выдвигаемая проблема не имеет однотипного решения, готовой схемы нет. Данный тип лекции
строится таким образом, что деятельность студента по ее усвоению приближается к поисковой,
исследовательской. В ходе лекции происходит диалог преподавателя и студентов.
3.
Коллоквиум-консультация, при котором до 50% времени отводится для ответов
на вопросы студентов.
Удельный вес занятий, проводимых в активных и интерактивных
формах,
составляет 70% от общего числа аудиторных занятий.
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации
по
итогам
освоения
дисциплины
и
учебно-методическое
обеспечение самостоятельной работы студентов.
В ходе освоения учащимся дисциплины «Биохимические особенности эубактерий и
архей» используются следующие оценочные средства (таблица применяемых оценочных
средств):
Таблица применяемых оценочных средств
№
Оценочные средства
1
УО-1
2
УО-2
3
УО -3
4
ПР-2
5
ПР-4
1.
Проверка выполнения домашнего задания в виде устного собеседования (УО-1).
2.
Проведение коллоквиума по освоенной теме (УО-2)
3.
Устный зачет (УО-3)
4.
Письменный отчёт о домашней контрольной работе, в которой имеются
контрольные вопросы и контрольные задания (составление и заполнение таблиц и графиков)
(ПР-2).
Написание реферата по предложенной теме (ПР-4)
5.
Контрольные вопросы по темам, предусматривающие письменный ответ или
контрольную работу:
 внеклеточное переваривание, значение процесса

роль экзоферментов
 энергетика катаболических процессов
 окисление минеральных соединений
 механизмы транспорта веществ в клетку
 энергоснабжение транспортных процессов
 пути катаболизма гексоз (биохимическая схема, энергетический выход)
 дыхание: биохимия и энергетика процесса
 анаэробное дыхание
 механизмы бактериального фотосинтеза
 типы фосфорилирования
 регуляция метаболизма
 первичный и вторичный метаболизм

Репарация повреждений ДНК у архей: ДНК-репарирующие хеликазы и белки,
участвующие в кроссинговере, и их паралоги.

Строение и состав архейных рибосом..

Архейные шапероны.

Белки архейного клеточного цикла.

Модифицированный путь Энтнера-Дудорова у архей.

Архейные варианты пути Эмбдена-Мейергофо-Парнаса.
Список рефератов:
1. Особые пути катаболизма глюкозы
2. Брожение – как уникальный тип метаболизма прокариот
3. Энергетика брожения и дыхания
4. Пурпурные, зеленые и гелиобактерии
5. Механизм фотосинтеза галобактерий
6. Регуляция микробного метаболизма
7. Биосинтетические процессы у прокариот
8. Кометаболизм
9. Кислородный стресс
10. Особенности процесса репликация ДНК у архей.
11. Аэробиоз и другие способы дыхания у архей.
12. Транскрипция ДНК: инициация и элонгация транскрипции у архей.
13. Эволюционные аспекты архейных гликолитических путей.
14. Сложность и эффективность архейной электронтранспортной цепи.
7
Учебно-методическое
и
информационное
обеспечение
дисциплины
(модуля) «Биохимические особенности эубактерий и архей»
Для проведения дисциплины «Биохимические особенности эубактерий и архей» аспирант
обеспечен всей необходимой учебно-методической литературой и доступом к программному
обеспечению и интернет-ресурсам. Вся необходимая учебно-методическая литература имеется
в библиотеке студенческого абонемента, зональной научной библиотеке, библиотеке кафедры и
преподавателя дисциплины. Доступ к интернет-ресурсам осуществляется через интернет-класс
факультета, зональной научной библиотеки и локальной компьютерной сети университета.
а) основная литература:
1. Воробьева Л.И. Стрессоры, стрессы и выживаемость бактерий // Прикл. биохимия
и микробиология.- 2004.- Т.40. – С.261-269.
2. Воробьева Л.Н. Археи. – М., ИКЦ «Академкнига», 2007. – 447с.
3. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. – М.: Мир, 2002. – 565с.
4. Готтшалк Г. Метаболизм бактерий. – М.: Мир, 1982. – 310 с.
5. Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология.: Учебник для студентов биологических
специальностей вузов.- 7-е изд. М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 464 с.
6. Заварзин Г.А. Становление биосферы. // Микробиология. 1997. –Т.66. – С.720-734.
7. Метаболизм микроорганизмов: Учебн. Пособие /Под ред. Н.С.Егорова. – М.: Изд-во Моск.
Ун-та., 1986. – 256 с.
8. Наумова Н.Б. Археи в «неэкстремальных экосистемах» // Успехи совр. биологии.
2003. Т.123. – С.16-23.
9. Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология: учебник для студ. Высш. учеб.
заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 352 с.
10. Пиневич А.В. Микробиология. Биология прокариотов. Т.1. – С.-Петерб. гос. ун-т,
2006. - 346с.
11. Современная микробиология: Прокариоты: В 2-х томах. Т.1./Под ред. Й. Ленгелера, Г.
Древса, Г. Шлегеля. – М.: Мир, 2005. – 656 с.
12. Современная микробиология: Прокариоты: В 2-х томах. Т.2./Под ред. Й. Ленгелера, Г.
Древса, Г. Шлегеля. – М.: Мир, 2005. – 496 с.
б) дополнительная литература:
1. Метлина А.Л. Жгутики бактерий и архей как органеллы подвижности прокариот. //
Биохимия. 2004. – Т.69. – С.1477-1488.
2. Пожарская В.О., Райкис Б.Н., Казиев А.Х. Общая микробиология с вирусологией и
иммунологией (в графическом изображении): Учебное пособие.- М.: «Триада-Х»,
2008. – 352 с.
3. Прозоров А.А. Геном бактериальной клетки. // Организация генома. – М.: Наука.
1989. – С.4-21.
4. Скулачев В.П Эволюция биологических механизмов запасания энергии: в кн.
Современное естествознание. Молекулярные основы биологических процессов. –
М.: Магистр-Пресс, 2000. – Т.8. – С.228-245.
5. Спирин А.С. Происхождение, возможные формы существования и размеры
первозданных особей. // Палеонтологический журнал. -2005.- №4. – С.25-32.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
1. http: // elementy.ru / Новости / 430461
2. http://elementy.ru/news/430807
3. http://www.ng.ru/science/2008-09-24/15_micro.html
8
Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
«Биохимические особенности эубактерий и архей»
При проведении дисциплины «Биохимические особенности эубактерий и архей»
учащиеся обеспечены всей необходимой материально-технической
базой, в частности,
лекционной
оборудованием
аудиторией
с
мультимедийным
демонстрации презентаций и иллюстративного
презентационным
для
материала и аудиторией для семинарских
занятий.
Авторы: доцент., к.б.н. Полякова А.В., доцент., к.б.н. Илюшкина Л.Н.
Рецензент: к.б.н., ст.н.с. РНИИМП Гапон М.Н.
Программа одобрена на заседании Учёного совета факультета биологических наук
ЮФУ от 30 января 2012 года, протокол № 5.
Краткая аннотация дисциплины «Биохимические особенности
эубактерий и архей»
Дисциплина «Биохимические особенности эубактерий и архей» относится в блок
ФД.А.В2 – факультативные курсы.
Дисциплина «Биохимические особенности эубактерий и архей» изучает многообразие
метаболических путей прокариот, биоэнергетику и разнообразие процессов катаболизма,
специфических
метаболических
путей
бактерий
и
архей,
а
также
особенностей
информационных процессов данных групп организмов, механизмы регуляции микробного
метаболизма,
Целями освоения дисциплины (модуля) «Биохимические особенности эубактерий и
архей» являются: формирование системных знаний о различных биохимических аспектах
жизни бактерий и архей и перспективах их биотехнологического применения.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов, лекционных
- 14 часов, СРС - 94 часа, форма отчётности – зачёт.