МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) ФИЛИАЛ ДВФУ В Г.УССУРИЙСКЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ БИОХИМИЯ 050720.65 Физическая культура с дополнительной специальностью 050104. Безопасность жизнедеятельности Форма подготовки (очная/ заочная) Кафедра естественнонаучного образования Курс 2, 3 семестр 3,5 Лекции 26 (час.) Лабораторные работы 20 (час.) Всего часов аудиторной нагрузки 46 (час.) Самостоятельная работа 46 (час.) Зачёт - семестр Экзамен 4 семестр Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (номер государственной регистрации № 712 пед/сп от 31.01.2005 г.). Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол № 1 « 16 » сентября 2011 г. Заведующая (ий) кафедрой: Литвинова Е.А. Составитель (ли): к.б.н., доцент Жукова Н.И. __________ 1 2011 г. Содержание комплекса 1. Аннотация…………….……………………………………………………………..…. 3 2. Выписка из ГОС ВПО…………………………………………………………….……4 3. Рабочая учебная программа дисциплины (РУПД)……………………………….….5 4. Учебно-методическое обеспечение дисциплины …………………………………..28 2 1. Аннотация Курс «Основы биохимии» имеет целью не только сообщить студентам знания в области биологической химии, но и обеспечить их подготовку для глубокого восприятия и осмысления курсов ряда дисциплин, непосредственно используемых в преподавании школьных предметов таких как химия, экология, природоведение и др. Вместе с тем в учебном плане курс биологической химии, естественным образом, связан с курсом органической химии. В соответствии с этими положениями и построена данная программа. Она включает, прежде всего, вопросы детальной характеристики основных классов органических соединений, входящих в состав живой материи, и процессов их обмена. Такие важнейшие вопросы, как энергетика обмена веществ, его гормональная регуляция, биологическое окисление, взаимосвязь обмена веществ и общие принципы их регуляции, выделены в отдельные разделы. Кроме этого, в программу включены вопросы, имеющие целью подготовить студентов к освоению органически связанных с современной биохимией курсов молекулярной биологии, биотехнологии, экологии и др. В основе всех проявлений живой материи лежат биохимические превращения в клетках. Поэтому изучения биохимических закономерностей дает необходимые теоретические предпосылки медико-биологической подготовки студентов химиковбиологов. . Самостоятельная работа включает частично освоение таких разделов программы, как «Химический состав организмов», «Витамины», «Гормоны», «Общие понятия об обмене веществ и энергии в организме», «Водный и минеральный обмен», а также подготовку рефератов на основе изучения основной и дополнительной литературы по предмету. Цель дисциплины: ознакомление студентов с основами биохимии, особенностями биохимических процессов при тренировках, с целью повышения работоспособности и улучшения спортивных результатов, благодаря полученным знаниям о химической структуре и обмене веществ в живых клетках. Задачи дисциплины: знакомство с основными понятиями биохимии; изучение взаимосвязи обменных процессов, протекающих в организме; ознакомление с биохимией спорта. В программу включены материалы, используемые студентами при самостоятельной работе. В программу включены материалы, используемые студентами при самостоятельной работе. 3 4 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) ФИЛИАЛ ДВФУ В Г.УССУРИЙСКЕ РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (РУПД) Биохимия 050720.65 Физическая культура с дополнительной специальностью 050104. Безопасность жизнедеятельности Форма подготовки (очная/ заочная) Курс 2, 3 семестр 3,5 Лекции 26 (час.) Лабораторные работы 20 (час.) Всего часов аудиторной нагрузки 46 (час.) Самостоятельная работа 46 (час.) Зачёт - семестр Экзамен 4 семестр Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (номер государственной регистрации № 712 пед/сп от 31.01.2005 г.). Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол № 1 « 16 Заведующая (ий) кафедрой: Литвинова Е.А. Составитель (ли): к.б.н., доцент Жукова Н.И » сентября __________ 5 2011 г. 2011 г. Оборотная сторона титульного листа РУПД I. Рабочая учебная программа пересмотрена на заседании кафедры: Протокол от «_____» _________________ 200 г. № ______ Заведующий кафедрой _______________________ __________________ (подпись) (и.о. фамилия) 6 II. Рабочая учебная программа пересмотрена на заседании кафедры: Протокол от «_____» _________________ 200 г. № ______ Заведующий кафедрой _______________________ __________________ (подпись) (и.о. фамилия) 6 СОДЕРЖАНИЕ 3.1. Пояснительная записка…………………………………………………………...…8 3.2. Тематический план дисциплины………………………………..………………….9 3.3. Содержание учебного материала……………………………………….……..……10 3.4.Требования к знаниям и умениям студентов……………………………………...20 3.5. Формы контроля…………………………………………………………………....21 а) текущий контроль……………………………………………………………………21 б) итоговый контроль……………………………………………………………………24 3.6. Список литературы….……………………………………………………………..27 7 3.1.Пояснительная записка Курс «Основы биохимии» имеет целью не только сообщить студентам знания в области биохимии, но и обеспечить их подготовку для глубокого восприятия и осмысления курсов, генетики, цитологии, анатомии и физиологии человека, психологии и др. дисциплин. Она включает, прежде всего, вопросы детальной характеристики основных классов химических соединений, входящих в состав живой материи, и процессов их обмена. Такие важнейшие вопросы, как энергетика обмена веществ, его гормональная регуляция, биологическое окисление, и взаимосвязь обмена веществ и общие принципы их регуляции, выделены в отдельные разделы. Кроме этого, в программу включены вопросы, имеющие целью подготовить студентов к освоению органически связанных с современной биохимией курсов молекулярной биологии, физиологии растений, биотехнологии, экологии, возрастной психологии и психоанализа и др. В основе всех проявлений живой материи лежат биохимические превращения в клетках. Поэтому изучения биохимических закономерностей дает необходимые теоретические предпосылки медико-биологической подготовки студентов химикобиологического факультета. Самостоятельная работа включает частично освоение таких разделов программы, как «Химический состав организмов», «Витамины», «Гормоны», «Общие понятия об обмене веществ и энергии в организме», «Водный и минеральный обмен», «Структура и функции биологических мембран», «Пероксисомы и системы микросомального окисления» и др. Цель дисциплины: ознакомление студентов с основами биохимии, особенностями биохимических процессов при тренировках, с целью повышения работоспособности и улучшения спортивных результатов, благодаря полученным знаниям о химической структуре и обмене веществ в живых клетках. Задачи дисциплины: знакомство с основными понятиями биохимии; изучение взаимосвязи обменных процессов, протекающих в организме; ознакомление с биохимией спорта. В программу включены материалы, используемые студентами при самостоятельной работе. 8 3.2.Тематический план дисциплины для специальности биология-психология № п/п Наименование разделов и тем Аудит Лекции Лабор. Сам. орная занятия работа 3 семестр I. Строение и свойства химических соединений, входящих в состав организма человека и поступающих с пищей 1. Введение 2 2 2 2. Химический состав организмов 2 2 2 II. Преобразования веществ и энергии, лежащие в основе деятельности и в период восстановления, их регуляция 3. Белки 2 2 2 4. Ферменты 2 2 2 III. Биохимические процессы при мышечной деятельности и в период восстановления 5. Витамины и некоторые другие 4 2 2 4 биоактивные соединения 6. Нуклеиновые кислоты 4 2 2 4 IV. Сущность и закономерности биохимической адаптации при систематической мышечной тренировке 7. Обмен веществ и энергии в 3 1 2 3 организме 8. Обмен нуклеиновых кислот 3 1 2 3 9. Обмен белков 2 2 2 Итого за 3 семестр 24 14 10 24 4 семестр V. Возрастные и половые особенности протекания биохимических процессов при занятиях физическими упражнениями 10. Углеводы и их обмен 4 2 2 4 11. Липиды и их обмен 4 2 2 4 VI. Биохимические факторы, определяющие проявления мышечной силы, быстроты, выносливости 12. Биологическое окисление 2 2 2 13. Водный и минеральный обмен 2 2 2 14. Гормоны 4 2 2 4 VII. Биохимические основы питания лиц, занимающихся физической культурой и спортом 15. Взаимосвязь обмена веществ 4 2 2 4 16. Регуляция обмена веществ 2 2 2 Итого за 4 семестр 22 12 10 22 Итого по дисциплине 46 26 20 46 9 3.3.Содержание учебного материала Лекции I. Строение и свойства химических соединений, входящих в состав организма человека и поступающих с пищей 1.Введение Биохимия – наука о химическом составе организмов и химических процессах лежащих в основе жизненных явлений. Значение биохимии для будущих учителей химии и биологии и для развития биологии, медицины, экологии, промышленности переработки растительного и животного сырья и др. (самостоятельная работа 2 часа; рекомендуемая основная литература – 1, 2; дополнительная литература – 4, 5, 7). 2.Химический состав организмов Постоянно и иногда встречающие элементы в составе живой материи. Понятие о макро-, микро- и ультрамикроэлементах. Закономерности распространения элементов в живой природе. Потребность организмов в химических элементах. Биогеохимический круговорот веществ в природе – основа сохранения равновесия биосферы. Зависимость между увеличением концентрации элементов в среде и накоплением их в живых организмах. Аллергия как результат загрязнения природной среды. Характеристика основных классов химических соединений, входящих в состав живой материи. Содержание нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, минеральных веществ и других соединений в организме. Пластические и энергетические вещества. Биоактивные соединения, их место и роль в живой природе. Методы выделения и изучения веществ в живой природе. (самостоятельная работа 2 часа; рекомендуемая основная литература – 1, 3; дополнительная литература – 1, 3, 5). II. Преобразования веществ и энергии, лежащие в основе деятельности и в период восстановления, их регуляция 3.Белки Роль белков в построении живой материи в процессах жизнедеятельности. Элементарный состав белка. Методы выделения белков из биологического материала. Защитные добавки для предохранения белков. Методы определения гомогенности белковых препаратов. Формы белковых молекул и методы ее изучения. Аминокислотный состав белков. Селективный гидролиз белка до пептидов. Качественное и количественное определение аминокислот в гидролизатах белков. Тонкое строение аминокислот по данным рентгеноструктурного анализа. Закономерности содержания аминокислот в белках. Способ связи аминокислот в белковой молекуле. Структура белковой молекулы. Принцип структурного подобия и его реализация в первичных структурах белков. Первичная структура и видовая специфичность белков. Связь первичной и вторичной структур. Динамичность третичной структуры белков. Самоорганизация третичной структуры белковой молекулы. Типы связей между субъединицами в эпимолекуле. Денатурация и ренатурация белков. Номенклатура и классификация белков. Свойства белков. Классификация протеинов по форме белковой молекулы, аминокислотному составу, растворимости, биологической активности. Функциональная классификация белков. (самостоятельная работа 2 часа; рекомендуемая основная литература – 2, 3; дополнительная литература – 2, 5, 6). 4.Ферменты 10 Каталитическая (ферментативная) функция белков. Черты сходства и различий в действии биокатализаторов (ферментов) и катализаторов иной природы. Роль ферментов в явлениях жизнедеятельности. Биологический катализ как кооперативный процесс, запрограммированный во времени и пространстве. Открытие рибозимов и их роль в биологическом катализе. Строение ферментов. Однокомпонентные и двухкомпонентные ферменты. Строение каталитического центра у одно-двухкомпонентных ферментов. Понятие о субстратном и аллостерическом центрах в молекуле ферментов. Взаимодействие перечисленных центров в процессе ферментативного катализа. Мономерная и мультимерная структура ферментов. Строение рибонуклеазы и лизоцима – представителей ферментов мономеров. Структура катализа и глутаматдегидрогеназы – ферментов – мультимеров. Общие закономерности структуры ферментов. Множественные формы ферментов. Изозимы лактатдегидрогеназы. Значение исследования множественных форм ферментов для медицины, генетики, селекции и мониторинга окружающей среды. Мультиэнзимные комплексы (пируватдегидрогеназа декарбоксилирующая и др.) Полифункциональные ферменты (синтетазавысших жирных кислот и др.). Механизм дейсвия ферментов. Фермент-субстратные и фермент-продуктные комплексы и их роль в понижении энергетического барьера реакции. Кинетика ферментативных реакций. Свойства ферментов: термолабильность, зависимость активности от значения рН среды, температуры и других ферментов. Специфичность ферментов. Активаторы и ингибиторы ферментов. Конкурентное, неконкурентное и бесконкурентное торможение действия ферментов. Влияние ксенобиотиков на активность ферментов. Номенклатура ферментов. Систематические и рабочие (рекомендуемые) названия ферментов. Шифры ферментов. Классификация ферментов, ее принципы. Классы ферментов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы. Локализация ферментов в клетке. Промышленное получение и практическое использование ферментов. Иммобилизованные ферменты и клетки как основа для создания реактивов, ферментных электродов, топливных элементов. (самостоятельная работа 2 часа; рекомендуемая основная литература – 1, 2; дополнительная литература – 4, 5, 7). III. Биохимические процессы при мышечной деятельности и в период восстановления 5.Витамины и некоторые другие биоактивные соединения Витамины, история их открытия. Роль витаминов в питании человека и животных. Авитаминозы, гиповитаминозы, гипервитаминозы. Соотношение витаминов и коферментов. Классификация и номенклатура витаминов. Витамерия. Коферменты (коэнзимы) – органические кофакторы ферментов. Типы связей между коферментами и апоферментами. Химическая природа и механизм действия некоторых коферментов – переносчиков водорода и электронов (липоевая кислота, флавинмононуклеотид, флавинадениндинуклеотид, никотинамидадениндинуклеотид, никотинамидадениндинуклеотидфосфат), коферментов – переносчиков групп (аденозинтрифосфорная кислота, коэнзим А, пиридоксальфосфат, нуклеозиддифосфосахара – аденозилметионин), коферментов с иными функциями (тиаминпирофосфат, биотин). Коферменты – переносчики групп как субстраты. (самостоятельная работа 2 часа; рекомендуемая основная литература – 2, 3; дополнительная литература – 2, 3, 5). 6.Нуклеиновые кислоты 11 История открытия и изучения нуклеиновых кислот. Химический состав нуклеиновых кислот. Характеристика пуриновых и пиримидиновых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот. Минорные пуриновые и пиримидиновые основания. Два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Различия между ДНК и РНК по составу главных и минорных оснований, характеру углеводов, молекулярной массе, локализации в клетке и функциям. Дезоксирибонуклеиновая кислота. Количественное содержание ДНК в организме и локализация ее в клетке (ядро, митохондрии, хлоропласты, центриоли). Приоритет отечественной науки (Н.М. Сисакян) в открытии внеядерной локализации ДНК. Молекулярная масса ДНК. Кольцевая форма ДНК некоторых фагов, митохондрий и хлоропластов. Одно- и двухцепочечные молекулы ДНК. Дезоксирибонуклеотиды – структурные элементы ДНК; правила Е. Чаргаффа. Первичная структура ДНК. Вторичная структура ДНК (модель Дж. Уотсона и Ф. Крика). Комплементарность пуриновых и пиримидиновых оснований и ее значение для обеспечивания биспиральной структуры ДНК. Полиморфизм ДНК (А-, В-, С-, Z- и SВS-формы ДНК). Третичная структура ДНК. Репликоны. Рибонуклеиновые кислоты, их классификация (тРНК, рРНК, мРНК, яРНК, вРНК). Сравнительная характеристика видов рибонуклеиновых кислот по молекулярной массе, нуклеотидному составу, локализации и функциям. тРНК, мотоды их выделения и фракционирования. Изоакцепторные тРНК. Минорные основания в тРНК и их значение. Первичная структура тРНК, работы А.А. Баева. Вторичная структура тРНК (модель «клеверный лист»); функциональное значение некоторых участков тРНК, выявленное методом «хирургии молекул» (В.В. Энгельгардт, А.А. Баев). Третичная структура тРНК, рРНК, ее содержание и локализация в клетке. Виды рРНК (23-28S, 16-18S, 5S и 5,8S) и их функции. Первичная и вторичная структура 5S; 5,8S; 16S и 23S рРНК. Третичная структура высокополимерных рРНК. Характерные особенности бактериальной мРНК. Свойства мРНК высших организмов : кэпы и поли (А)-фрагменты и их функциональное значение. Предшественники мРНК, процессинг м РНК. Информационная РНК как матрица для специфического биосинтеза белков. Ядерные РНК. (самостоятельная работа 2 часа; рекомендуемая основная литература – 1, 3; дополнительная литература – 1, 2, 6). IV. Сущность и закономерности биохимической адаптации при систематической мышечной тренировке 7.Общее понятие об обмене веществ и энергии в организме Современные представления о сущности жизни. Характеристика сущности явления жизни с позиций молекулярной биологии, квантовой биохимии и т.п. Жизнь как биологическая форма движения материи. Обмен веществ и энергии – неотъемлемое свойство живого. Обмен веществ как закономерный, самосовершающийся процесс превращения материи в живых телах. Анаболизм и катаболизм. Масштабы обмена веществ на Земле. Биосфера и ее геохимическая роль. Работы А.А. Вернадского. Пути поступления токсичных веществ (мутагенов, аллергенов, канцерогенов) в организм и их воздействие. Энергетика обмена веществ. Трансформация энергии в живых объектах. Общие принципы организации структур, ответственных за трансформацию энергии в клетке. Зависимость и продолжительность жизни, роста и развития организма от двигательной активности. (самостоятельная работа 2 часа; рекомендуемая основная литература – 1, 2; дополнительная литература – 5, 7, 8). 8.Обмен нуклеиновых кислот 12 Пути распада нуклеиновых кислот до свободных нуклеотидов. Фосфодиэстеразы и нуклеазы и их участие в деструкции нуклеиновых кислот. Селективный характер действия эндорибонуклеаз. Применение нуклеаз в медицине. Обмен нуклеозидфосфатов. Пути их деструкции. Механизм реакций распада. Конечные продукты распада пуриновых и пиримидиновых оснований у представителей различных классов животных. Биосинтез нуклеозидмоно-, нуклеозидди- и нуклеозидтрифосфатов. Механизм биосинтеза ДНК. Ферменты (РНК-полимераза, ДНК-полимераза, лигаза) и белковые факторы, участвующие в репликации ДНК. Репликосома и праймасома, репликационная вилка. Этапы биосинтеза ДНК. Челночный механизм биосинтеза ДНК, фрагменты ОКАЗАКИ. РНК-зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза или ревертаза). Репликация кольцевых форм ДНК.Регуляция биосинтеза ДНК в клетке. Биосинтез РНК (транскрипция). Строение, свойства и механизм действия РНКполимеразы. Локализация биосинтеза РНК в клетке. Полицистронный механизм биосинтеза РНК. Информосомы (работы А.С. Спирина) и информомеры (работы Г.П. Георгиева) как первичные формы существования новообразованных РНК. Полинуклеотидфосфорилаза и ее участие в обмене РНК. Регуляция биосинтеза нуклеиновых кислот. (самостоятельная работа 2 часа; рекомендуемая основная литература – 2, 3; дополнительная литература – 1, 6, 8). 9.Обмен белков Обмен белков и нуклеиновых кислот как ядро клеточного метаболизма. Значение белкового обмена. Пути распада белков. Гидролиз белков. Белки в питании человека. Характеристика ферментов, обеспечивающих осуществление гидролиза белков до пептидов и аминокислот. Объем и скорость обновления белков различных тканей и органов. Метаболизм аминокислот. Обмен аминокислот как источник возникновения биологически активных соединений. Пути связывания аммиака в организме. Механизм биосинтеза мочевины (орнитиновый цикл). Пути новообразования аминокислот в природе и их соотношение у различных классов организмов. Первичные и вторичные аминокислоты. Заменимые, полузаменимые и незаменимые аминокислоты. Пути и механизмы природного синтеза белков. Матричная теория биосинтеза белков. Нематричные механизмы биосинтеза белков (работы Ф. Липмана). (самостоятельная работа 2 часа; рекомендуемая основная литература – 1, 3; дополнительная литература – 3, 5, 7). V. Возрастные и половые особенности протекания биохимических процессов при занятиях физическими упражнениями 10.Углеводы и их обмен Общая характеристика углеводов и их классификация. Простые углеводы (моносахариды): представители (рибоза, глюкоза, галактоза, манноза, фруктоза, седогептулоза). Сложные углеводы. Дисахариды: строение, свойства, представители (сахароза, мальтоза, целлобиоза, лактоза). Полисахариды: классификация, свойства, важнейшие представители (крахмал, гликоген, клетчатка, декстраны, хитин, гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат, гепарин). Обмен углеводов. Пути распада полисахаридов и олигосахаридов. Обмен глюкозо-6фосфата (дихотомический и апотомический пути, их соотношение в организме). Обмен пировиноградной кислоты. Гликолиз и гликогенолиз. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты при посредстве мультиэнзимного комплекса. Цикл трикарбоновых и дикарбоновых кислот. Биосинтез углеводов. Механизм первичного биосинтеза углеводов в процессе фотосинтеза и хемосинтеза. Особенности биосинтеза простых углеводов у гетеротрофов. 13 Трансгликозилирование и его роль в биосинтезе олиго- и полисахаридов. Сопряжение образования гликозидных связей в молекулах олиго- и полисахаридов с распадом связи в донорах гликозильных остатков. (самостоятельная работа 2 часа; рекомендуемая основная литература – 1, 2; дополнительная литература – 4, 7, 8). 11.Липиды и их обмен Общая характеристика класса липидов. Классификация липидов: простые липиды – жиры, воски и стероиды; сложные липиды – фосфолипиды и гликолипиды. Локализация липидов в клетке и их биологическое значение. Обмен триглицеридов. Механизм биосинтеза высших жирных кислот. Локализация биосинтеза высших жирных кислот в клетке. Механизм биосинтеза триглицеридов. Причины нарушения обмена жиров в организме человека. Ожирение. Воски. Их состав и строение. Биологическая роль воска. Представители: спермацет, пчелиный и карнаубский воски. Распространение, локализация в организме и функции восков. Стериды. Фосфолипиды. Гликолипиды. Их состав и строение. Биологическая роль. (самостоятельная работа 2 часа; рекомендуемая основная литература – 1, 3; дополнительная литература – 1, 5, 6). VI. Биохимические факторы, определяющие проявления мышечной силы, быстроты, выносливости 12.Биологическое окисление Определение понятия «биологическое окисление». История развития представлений о развитии биологического окисления: перекисная теория А.Н. Баха; концепция дыхательных хромогенов В.И. Палладина и Х. Виланда; обнаружение цитохромов и цитохромоксидазы и признание цитохромной системы доминирующей терминальной дыхательной системой; открытия явления окислительного фосфорилирования (В.А. Энгельгард, В.А. Белицер и Е.Т. Цыбакова) и, в последующее время, новой группы ферментов-оксигеназ (О. Хаяши, Г. Мазон и др.) Классификация процессов биологического окисления. Два типа оксидоредуктаз в клетке. Регуляция окислительного фосфорилирования в митохондриях. Разобщение окисления и фосфорилирования. Свободное окисление. Энергетический эффект распада углеводов; сопоставление брожения, гликолиза и дыхания по этому показателю. Энергетический эффект окисления триглицеридов и других липидов. (самостоятельная работа 2 часа; рекомендуемая основная литература – 2, 3; дополнительная литература – 2, 3, 5). 13.Водный и минеральный обмен Содержание и распределение воды в организме и клетке. Состояние воды в тканях. Положительный и отрицательный эффект гидратации ионов на степень структурирования воды. Регуляция водного обмена. Участие минеральных веществ в формировании третичной и четвертичной структуры биополимеров. Ферменты-металлопротеины. Становление ферментов-мультимеров в присутствии ионов Мg2+, Мn2+, Zn, Са2+. Ионы металлов и возникновение ферментсубстратных комплексов. Роль минеральных элементов в обмене белков. Участие минеральных соединений в обмене углеводов и липидов. Обмен минеральных веществ. Тяжелые металлы в пищевых цепях. Бионеорганическая химия, её проблемы и перспективы развития. (самостоятельная работа 2 часа; рекомендуемая основная литература – 1, 2; дополнительная литература – 1, 3, 6). 14.Гормоны и их роль в обмене веществ 14 История развития учения о гормонах. Определение понятия “гормоны”. Номенклатура и классификация гормонов. Стероидные гормоны: строение, свойства и функциональная активность кортикостерона, альдостерона, тестостерона, экстрадиола, экдизона. Механизм действия стероидных гормонов. Рецепторы стероидных гормонов, их участие в передаче гормонального сигнала. Трансмембранный механизм действия стероидных гормонов через систему вторичных посредников, возникающих из фосфоинозитидов. Биосинтез стероидных гормонов и его регуляция. Пептидные гормоны, структура и функции. Характеристика важнейших из них (антиотензин, окситоцин, вазопрессин, гастрин, глюкагон, инсулин, адренокортикотропный гормон, паратгормон, тиреотропин, гормон роста). Механизм действия пептидных гормонов. Своеобразие механизма действия инсулина. Прочие гормоны: (адреналин, простагландины, нейрогормоны и др.). (самостоятельная работа 2 часа; рекомендуемая основная литература – 1, 3; дополнительная литература – 1, 4, 7). VII. Биохимические основы питания лиц, занимающихся физической культурой и спортом 15.Взаимосвязь и регуляция обмена веществ Общие положения о взаимосвязи обмена веществ в организме. Соотношение первичного и вторичного биосинтеза у автотрофных организмов. Взаимосвязь превращения веществ у гетеротрофных организмов. Взаимосвязь обмена нуклеиновых кислот и белка, её конкретные формы. Взаимосвязь обмена нуклеиновых кислот и углеводов. Взаимосвязь обмена нуклеиновых кислот и липидов. Взаимосвязь белкового и углеводного обмена. Обмен веществ как единое целое. (самостоятельная работа 1 часа; рекомендуемая основная литература – 2, 3; дополнительная литература – 2, 3, 8). 16.Регуляция обмена веществ Уровни регуляции жизненных процессов в природе: метаболитный, оперонный, клеточный, организменный, популяционный. (самостоятельная работа 1 часа; рекомендуемая основная литература – 1, 3; дополнительная литература – 3, 5, 8). 15 Лабораторные занятия № Тема Содержание 1 2 3 1. Аминокис лоты, пептиды, белки. 1. Лабораторная работа. Цветные реакции на аминокислоты и белки. Упражнения Строения я свойства аминокислот. Пептиды. Аминокислотный состав белков. 2. Ферменты 2. Лабораторная работа. Реакции осаждения белков. Разделение альбуминов и глобулинов методом высаливания и диализа. Количественное определение белков. Применение изучаемых реакций осаждения и разделение белков в школьном курсе химии и общей биологии: «Свойства белков». 3. Лабораторная работа. Качественные пробы на присутствие ферментов. Определение активности каталаз. Кол-во Самостоятельная часов работа студентов ау СР д. С 4 5 6 3 семестр 3 3 Биохимия в вопросах, упражнениях и задачах: Учебное пособие /Н.И. Жукова, Е.И.Потенко,-Уссурийск : Изд-во УГПИ, 2004, - 108с, раздел I, стр. 4-5. 2 2 Учебное пособие, раздел I, стр. 5-7. 2 2 16 Учебное пособие, раздел II, стр. 14-16. Оборудование 7 Таблицы. «Белки». Фрагменты фильма «Белки». Спиртовки, пробирки, стаканы, хим. Реактивы. Реактивы для лабораторной работы, посуда, сушильный шкаф. Методические рекомендации. Посуда, реактивы, биологические объекты: молоко, яйцо, капуста, картофель и др. Продолжение таблицы 1 3. 2 Витамины. 3 4. Контрольная работа. Ферменты, строение, свойства, классификация. 4 5 3 3 Лабораторная работа. Качественные реакции на витамины. Упражнение. Витамины как коферменты 4. Обмен нуклеиновых кислот. 5. Углеводы и их обмен 5. Упражнение. Распад нуклеиновых кислот нуклеотидов и нуклеозидов. Лабораторная работа. Выделение нуклеопротеинов из дрожжей. Качественное определение продуктов гидролиза. 6. Лабораторная работа. Качественные реакции на углеводы. Упражнение. Биосинтез углеводов. Регуляция обмена. 6 7 Учебное пособие, раздел II, стр. 19-21. Таблицы по теме «Ферменты». Учебное пособие, раздел II, стр. 14-18. Посуда, реактивы, жирорастворимые и водорастворимые витамины. Биологические объекты содержащие витамины, ФЭК, водяная баня. Методические рекомендации. Посуда, реактивы, холодильники, ФЭК, центрифуга, дрожжи. Методические рекомендации. Таблица «Пути распада нуклеиновых кислот». 3 3 Учебное пособие, раздел 4, стр. 28-31. 2 2 Учебное пособие, раздел 6, стр. 46-48. 17 Посуда, реактивы, водяная баня, рефрактометр. Методические рекомендации. 1 6. 2 3 7. Лабораторная работа. Превращение углеводов в организме человека. Контрольная работа. Углеводы их обмен. Липиды 8. Лабораторная работа. Выделение их обмен. холестерола из мозга. Качественные реакции на холестерол. Контрольная работа. Липиды и их обмен. 4 2 5 2 6 Учебное пособие, раздел 6, стр. 46-48. 3 3 Учебное пособие, раздел 7, стр. 55-58. 18 Продолжение таблицы 7 Посуда, реактивы, водяная баня, рефрактометр. Методические рекомендации. Посуда, реактивы, мозговая ткань, ФЭК, сушильный шкаф. Методические рекомендации. Содержание учебного материала для самостоятельной работы студентов 1. Задания для подготовки к контрольным работам, семинарам, коллоквиумам, лабораторным работам, контрольным опросам (см. методические рекомендации) 1.Темы вынесенные для самостоятельной проработки студентами: . Химический состав организмов характеристика основных классов химических соединений входящих в состав живой материи. . Витамины. Вытамины – органические кофакторы ферментов. . Общие понятия об обмене веществ и энергии в организме. Энергетика обмена веществ. Макроэргические соединения и макроэргические связи. Промежуточный обмен. Общие принципы организации структур, ответственных за трансформацию энергии. . Биологическое окисление. Характеристика важнейших оксидоредуктаз. Ансамолиоксидоредуктаз. Оксигеназы и оксидоредуктазы. Гипотезы о механизме сопряжения окисления с фосфорилированием. Пероксисомы и их функции. . Водный и минеральный обмен. Содержание и распределение воды в организме и клетке. Участие и минеральных веществ в формировании третичной и четвертичной структуры биополимеров. Участие минеральных соединений в обмене углеводов и липидов. Обмен минеральных веществ. Тяжелые металлы в пищевых целях. . Гормоны и их роль в обмене веществ. История развития учения о гормонах. Номенклатура и классификация гормонов. Применение гормонов в сельском хозяйстве и медицине. . Взаимосвязь и регуляция обмена веществ. Взаимосвязь обмена нуклеиновых кислот, углеводов липидов и белков. Уровни регуляции жизненных процессов в природе. . Пероксисомы и системы микросомального дыхатетельная цепь и ее особенности. окисления. Микросомальная 3.4.Требования к знаниям и умениям студентов 1. Знания, умения и навыки по биохимии. Студенты должны знать все основные классы веществ, входящих в состав живого организма, и пути их превращений: - строение и механизм действия ферментов, витаминов и гормонов; - строение белков и нуклеиновых кислот, их биосинтез и механизм передачи наследственных признаков; - превращение энергии и активный транспорт веществ в живых организмах; - роль достижений теоретической биохимии в практике и ее значение для решения проблем здравоохранения, питания, защиты окружающей среды и пр; 2. Практические умения и навыки. практическими умениями и навыками: Студент должен овладеть следующими - уметь пользоваться современными приборами и оборудованием лаборатории биохимии; - уметь выполнять хроматографический биохимический анализ; - уметь поставить демонстрационные опыты по выделению органических веществ (белков, ферментов, нуклеиновых кислот) из живых организмов и опыты по доказательству их строения и состава; - уметь использовать качественные реакции на основные классы биологически активных веществ аминокислоты, белки, ферменты, витамины; - уметь применять общие физико-химические закономерности не живой природы и живым системам с учетом специфичности биологической формы движения материи. 20 3.5 Формы контроля (3, 5 семестр) а) текущий контроль Формы рубежного (текущего) контроля по дисциплинам: тесты, контрольные работы, письменные работы (рефераты, исследовательские работы (проекты) и т.п.) и др. Перечень рефератов 1. Биологически активные пептиды. 2. Иммуноглобулины и их биологическая роль. 3. Ядовитые белки и пептиды. 4. Эволюция структуры и функции ферментов. 5. Ферменты метаболизма и детоксикации ксенобиотиков. 6. Протеолитические ферменты и регуляторные функции. 7. Ингибиторы ферментов. 8. Повреждение первичной структуры ДНК и их причины. 9. Структура хроматина. 10. Мир РНК. 11. Рестриктазы, их структура и механизм действия. 12. Особенности репликации ДНК у эукариот. 13. Регуляция транскрипции 14. Обратные транскриптазы и их биологическая роль. 15. Регуляция метаболизма углеводов в клетке. 16. Структура и функции сложных липидов. 17. Синтез высших жирных кислот. 18. Структура и функции протонной АТФазы. 19. Фолдинг полипептидов и белки-шапероны. 20. Механизм действия пептидно-белковых гормонов. 21. Оперонный уровень регуляции обмена веществ. 22. Обмен веществ-признак живого. 23. Валеологические аспекты на примере некоторых тем. Тестовые задания представлены в учебном пособие: Биохимия в вопросах и задачах: Учебное пособие/ Н.И. Жукова, Е.И. Потенко. – Уссурийск: Издательство УГПИ, 2004. – 108с. Вопросы для самоконтроля по некоторым темам Аминокислоты, пептиды строение и свойства белков Билет № 1 1. Написать пептид: илей-асп-тир-мет. Дать название полученному пептиду. 2. В какую сторону (к аноду или катоду) в электрическом поле будет двигаться данный пептид при рН=2,5? В какой области рН (кислой или щелочной) находится изоэлектрическая точка для данного пептида? 3. Дать определение вторичной структуры белка. Назвать белки с высокой 21 степенью спирализации. 4. Какие аминокислоты вызывают нарушения -спирали. 5. Схематично изобразить водородные связи в полипептидной цепи. Какие . структуры они поддерживают 6. Каким образом будет действовать пепсин на следующий пептид: ала-метсер- глу-гис-три. Один из образовавшихся фрагментов обрабатывается бромцианом. Написать уравнение реакций и дать название продуктам. Ферменты, коферменты, витамины Билет № 1 1. Напишите уравнения реакций и назовите ферменты, катализирующие данные реакции, по систематической номенклатуре: а) ацетил-SкоА + аспарагиновая кислота НS – КоА + N – ацетиласпарагиновая кислота; 2. Какие реакции будут катализировать ферменты: а) L –треонин – ацетальдегид – лиаза; б) L – малат: НАД –оксидоредуктаза. Напишите уравнения реакций и назовите продукты реакций. Биосинтез белка Билет № 1 Одна из цепочек молекулы ДНК имеет такое чередование нуклеотидов: 5 Т-А-Ц-Ц-А-А-Г-Т-А-Т-Г-А-А-Т-А-Г-Г-А-Ц-Т-Т-Г-Г-А-Ц-А-А-А-Т-А-Г-Т-А-ТТ-Т-А-Т-Ц 1. Сколько нуклеотидов аденина будет содержать и-РНК, синтезированная на данной ДНК? 2. Постройте полипептидную цепь на данной и-РНК. Сколько молекул аминокислоты пролина она содержит? 3. Выпишите все т-РНК, участвующие в процессе трансляции. Сколько разных типов т-РНК участвуют в данном процессе? 4. Каковы функции промотора на участке гена-регулятора в молекуле ДНК. 5. Полипептидная цепь лизоцима содержит 129 аминокислотных остатка. Сколько кодонов м-РНК кодирует синтез полипептидной цепи белка лизоцима? 22 Пуриновые и пиримидиновые основания, нуклеозиды, нуклеотиды Структура и свойства нуклеиновых кислот Билет № 1 1. Напишите химические формулы следующих соединений: гуанозин-2-3-циклофосфата, N6 - диметилдезоксиаденозина, 5-метилуридиновой кислоты. 2. Напишите формулу тринуклеотида, входящего в состав РНК, в котором в в качестве оснований были бы: аденин, урацил и гуанин. Укажите последовательность нуклеотидов в комплементарном ему фрагменте. Напишите его структурную формулу с указанием водородных связей. 3. Сравните длину гена с длиной кодируемой этим геном полипептидной цепи, содержащей 150 аминокислотных остатков и находящейся полностью в -спиральной конфигурации. Билет № 2 1. Дополните предложение Одна из цепей ДНК содержит 20% тимина и 32% гуанина из всех азотистых оснований. Суммарное содержание аденина и цитозина в комплементарной цепи составляет……… 2. Укажите номер правильного ответа Синтез нуклеиновых кислот идет из 1.Свободных азотистых оснований, пентоз, фосфорной кислоты. 2. Нуклеозидов и фосфорной кислоты. 3. Нуклеозидтрифосфатов. 4. Нуклеозиддифосфатов. 5. Нуклеозидмонофосфатов. Углеводы, строение и обмен Билет № 1 1. Какова судьба пировиноградной кислоты в организме в аэробных условиях? Ответ подтвердите соответствующими уравнениями реакций. 2. Осуществите превращение: Д манноза 2-фосфоенолпировиноградная кислота. Напишите уравнения реакции и укажите ферменты, ускоряющие эти реакции. 3. Охарактеризуйте этапы фотосинтеза. Каково значение этого процесса. 23 Липиды, строение и обмен Билет № 1 Охарактеризуйте функции липидов в организме: 1. Напишите уравнения реакций ступенчатого ферментативного распада масляной кислоты путем -окисления. Назовите метаболиты и ферменты, катализирующие реакции. 2. Напишите уравнения реакции гидролиза олеилхолестерида, назовите фермент. Взаимосвязь обмена веществ Билет № 1 1. Получить трипальмитин имея аланин и другие необходимые метаболиты. Написать уравнения реакций. б) итоговый контроль К экзамену допускаются студенты, прошедшие отчитавшиеся по промежуточному контролю. курс обучения и успешно Вопросы, выносимые на экзамен 1. Статическая, динамическая и функциональная биохимия. Общая биохимия ее предмет и задачи. 2. Характеристика основных классов химических соединений, входящих в состав живой материи. 3. Роль белков в построении живой материи и процессах жизнедеятельности. Элементарный состав белков. 4. Методы получения белков. 5. Молекулярная масса белков. 6. Форма белковых молекул. 7. Аминокислотный состав белков. 8. Способ связи аминокислот в белковой молекуле. Пептиды. 9. Первичная структура белков. 10. Первичная структура и видовая специфичность белков. Связь первичной структуры и функций пептидов и белков. 11. Вторичная структура белков. Понятие об и (-конформациях полипептидной цепи). 12. Третичная и четвертичная структура белков. 13. Денатурация и ренатурация белков. Понятие о нативном белке. 14. Номенклатура и классификация белков. Простые и сложные белки. 15. Ферменты. Черты сходства и различий в действии биокатализаторов и катализаторов иной природы. 16. Роль ферментов в явлениях жизнедеятельности. Биологический катализ как кооперативный процесс, запрограммированный во времени и пространстве. 17. Строение ферментов. Ферменты простые и сложные. Коферменты. 18. Понятие о субстратном активном и аллостерическом центрах в молекуле фермента. Динамическая модель фермента. 24 19. Множественные формы ферментов. Изозимы лактатдегидрогеназы. Значение исследования множественных форм ферментов для медицины, генетики и селекции. 20. Механизм действия ферментов. 21. Свойства ферментов: термолабильность, зависимость активности от значения рНсреды, специфичность. Активаторы и ингибиторы ферментов. Конкурентное и неконкурентное торможение действие ферментов. 22. Классификация ферментов: её принципы и современное состояние. Классы ферментов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, изомеразы, лигазы. 23. Локализация ферментов в клетке. Пространственная разобщенность реакций распада и синтеза в клетке. Промышленное получение и практическое использование ферментов. 24. Витамины. Витамины как вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности любого организма. 25. Химический состав нуклеиновых кислот. 26. Дезоксирибонуклеиновая кислота. Количественное содержание ДНК в организме и локализации её в клетке. 27. Вторичная структура ДНК. Принцип комплементарности пуриновых и пиримидиновых оснований и его реализация в структуре ДНК. 28. Структура хроматина ядра и хромосомы. Нуклеосомы и их строение. Современные представления о структуре гена. 29. Рибонуклеиновые кислоты, их классификация (тРНК, рРНК и РНК). Сравнительная характеристика видов рибонуклеиновых кислот по молекулярной массе, нуклеотидному составу, локализации и функции. 30. Обмен веществ и энергии – неотъемлемое свойство живого. Обмен веществ как закономерный, самосовершающий процесс материи в живых телах. 31. Пути распада нуклеиновых кислот до свободных нуклеотидов. 32. Обмен нуклеозидфосфатов. Пути их деструкции. Механизм реакций распада и пиримидиновых оснований. 33. Механизм биосинтеза ДНК. Ферменты, участвующие в процессе репликации ДНК и их функции на определённых этапах биосинтеза. 34. Биосинтез РНК. Строение, свойства и механизм действия РНК-полимеразы. Локализация биосинтеза РНК в клетке. 35. Пути распада белков. Гидролиз белков. Характеристика ферментов, обеспечивающих осуществление гидролиза белков до пептидов и аминокислот. Объём и скорость обновления белков различных тканей и организмов. 36. Метаболизм аминокислот. 37. Пути связывания аммиака в организме. 38. Пути новообразования аминокислот в природе и их соотношение у различных классов организмов. Первичные и вторичные аминокислоты. Заменимые, полузаменимые и незаменимые аминокислоты. 39. Пути и механизмы природного синтеза белков. 40. Код белкового синтеза: история его открытия современные представления. 41. Обмен углеводов. Пути распада полисахаридов и олигосахаридов. 42. Обмен глюкозо-6-фосфата (дихотомический и апотомический пути, их соотношение в организме). 43. Обмен пировиноградной кислоты. Гликолиз и гликогенолиз. 44. Цикл трикарбоновых и дикарбоновых кислдот. 45. Биосинтез углеводов. Механизм первичного биосинтеза углеводов в процессе фотосинтеза и хемосинтеза. 46. Особенности биосинтеза простых углеводов у гетеротрофов. 47. Общая характеристика классов липидов. Локализация липидов в клетке и их биологическое значение. 25 48. Жиры, их структура и разнообразие в природе по качественному составу и соотношению высших жирных кислот. 49. Обмен жиров. Гидролиз их при участии липазы. Регуляция активности липазы при участии цАМФ. Обмен глицерина, и –высших жирных кислот, их локализация в клетке и соотношение в живом и растительном царстве. 50. Механизм биосинтеза высших жирных кислот. Малонил-КоА как акцептор ацильных остатков. 51. Строение и механизм действия синтетазы высших жирных кислот. Локализация биосинтеза высших жирных кислот в клетке. 52. Механизм биосинтеза триглицеридов, роль ацилтрансфераз в этом процессе. 53. Стериды и стеролы. Их состав и строение, биологическая роль. 54. Фосфолипиды, структура их молекул и биологическая роль. 55. Взаимосвязь и регуляция обмена веществ. 26 3.6. Список литературы Основная литература: 1. Жукова, Н.И. Биохимия в вопросах, упражнениях и задачах: Учебное пособие / Н.И. Жукова, Е.И. Потенко. - Уссурийск: Издательство УГПИ, 2004. -108 с. 2. Филиппович, Ю.Б. Биологическая химия: учеб. пособие для вузов. Ю.Б. Филиппович, Н.И. Ковалевская, Г.А. Севастьянова и др.; под ред. Н.И. Ковалевской. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Академия, 2008. — 256 c. 3. Проскурина, И.К. Биохомия : Учеб. пособие для вузов по спец. 033100 "Физическая культура" / И.К. Проскурина .— М. : ВЛАДОС-пресс, 2003 .— 236с. Дополнительная литература: 4. Биологическая химия : учебное пособие для вузов по спец. 032400 "Биология" / под ред. Н.И. Ковалевской .— 3-е изд., испр. — М. : Академия, 2009 .— 256 c 5. Проскурина, И.К. Биохомия : учеб. пособие для вузов по спец. 033100 "Физическая культура" / И.К. Проскурина .— М. : ВЛАДОС-пресс, 2004 .— 236с. Электронные информационные образовательные ресурсы : 1. Биохимия филогенеза и онтогенеза: Уч. пос. / А.А.Чиркин, Е.О.Данченко, С.Б.Бокуть; Под общ. ред. А.А.Чиркина - М.: НИЦ Инфра-М; Мн.: Нов. знание, 2012. 288 с. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://znanium.com/bookread.php?book=318147 4. Карта обеспеченности литературой Методические указания для преподавателей и студентов Жукова, Н.И. Биохимия в вопросах, упражнениях и задачах: Учебное пособие / Н.И. Жукова, Е.И. Потенко. - Уссурийск: Издательство УГПИ, 2004. -108 с. Сведения об обеспеченности образовательного процесса учебной литературой или иными информационными ресурсам Наименование дисциплин, входящих в образовательную программу 1 Основная Основы биохимии Кол-во Автор, название, место издания, год экземпляров издания учебной литературы, вид и в характеристика иных информационных библиотеке ресурсов 2 3 25 Жукова, Н.И. Биохимия в вопросах, упражнениях и задачах: Учебное пособие / Н.И. Жукова, Е.И. Потенко. - Уссурийск: Издательство УГПИ, 2004. -108 с. 11 Филиппович, Ю.Б. Биологическая химия: учеб. пособие для вузов. Ю.Б. Филиппович, Н.И. Ковалевская, Г.А. Севастьянова и др.; под ред. Н.И. Ковалевской. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Академия, 2008. — 256 c. 27 50 Дополнительная 2 5 Проскурина, И.К. Биохомия : Учеб. пособие для вузов по спец. 033100 "Физическая культура" / И.К. Проскурина .— М. : ВЛАДОС-пресс, 2003 .— 236с. : ил. — (Учебное пособие для вузов) .— ISBN 5-30500020-3 : В пер.:94р.60к. Биологическая химия : учебное пособие для вузов по спец. 032400 "Биология" / под ред. Н.И. Ковалевской .— 3-е изд., испр. — М. : Академия, 2009 .— 256 c .— (Высшее профессиональное образование) .— ISBN 978-5-7695-5589-3 : В пер.: 331р. Проскурина, И.К. Биохомия : учеб. пособие для вузов по спец. 033100 "Физическая культура" / И.К. Проскурина .— М. : ВЛАДОС-пресс, 2004 .— 236с. : ил. — (Учебное пособие для вузов) .— ISBN 5-30500020-3 : В пер.:156р. I. Таблицы по всем темам. II. Приборы и оборудование: 1. Химическая посуда: химические стаканы: простые, комбинированные; пробирки: простые, комбинированные; колбы: плоскодонные, конические, круглодонные, мерные; воронки: химические, капельные, делительные; мензурки; фарфоровые чашки; фарфоровая ступка с пестиком; эксикатор. 2. Измерительные приборы: термометр, ареометр, рН – метр. 3. - Фильтры. 4. - Универсальная индикаторная бумага. 5. - Реактивы для опытов. 6. - Весы. 28