06.06.01 РПУД Биохимия (новое окно)
реклама
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) НАЗВАНИЕ ШКОЛЫ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД) «Биохимия» 06.06.01 биологические науки название профиля «Биохимия» Образовательная программа «Аспирантура» Форма подготовки (очная) Школа биомедицины Кафедра Современных методов диагностики и медицинских технологий курс 2 семестр 4 лекции 18 час. / 0,5 з.е. практические занятия 18 час. / 0,5 з.е. лабораторные работы не предусмотрены всего часов аудиторной нагрузки 36 (час.) / 1 з.е. самостоятельная работа 72 (час.) / 2 з.е. контрольные работы (количество) курсовая работа / курсовой проект не предусмотрен зачет не предусмотрен экзамен 4 семестр Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего образования (уровень подготовки кадров высшей квалификации), утвержденного приказом министерства образования и науки РФ от 30 июля 2014 № 871 Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры современных методов диагностики и медицинских технологий, протокол № 5 от «20» января 2015 г. Заведующий (ая) кафедрой Серебряная Н.Б. Составитель (ли): к.м.н., Момот Т.В. Оборотная сторона титульного листа РПУД I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры: Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______ Заведующий кафедрой _______________________ __________________ (подпись) (И.О. Фамилия) II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры: Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______ Заведующий кафедрой _______________________ __________________ (подпись) (И.О. Фамилия) АННОТАЦИЯ Дисциплина «Биохимия» предназначена для аспирантов, обучающихся по образовательной программе 06.06.01 Биологические науки, профиль «Биохимия» и входит в вариативную часть учебного плана. При разработке рабочей программы учебной дисциплины использованы Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования (уровень подготовки кадров высшей квалификации) по направлению подготовки 06.06.01 Биологические науки, учебный план подготовки аспирантов по профилю «Биохимия». Цель формирование у аспирантов теоретических знаний и практических навыков по предмету «биологическая химия», умения самостоятельно формулировать и решать научные проблемы. Задачи: 1. изучение аспирантами и приобретение знаний о химической природе веществ, входящих в состав живых организмов, их превращениях, связи этих превращений с деятельностью органов и тканей, регуляции метаболических процессов и последствиях их нарушения; 2. формирование у аспирантов умений пользоваться лабораторным оборудованием и реактивами с соблюдением правил техники безопасности, анализировать полученные данные результатов биохимических исследований и использовать полученные знания для объяснения характера возникающих в организме человека изменений и диагностики заболевания; 3. формирование навыков аналитической работы с информацией (учебной, научной, источниками), с нормативно-справочной информационными литературой технологиями, и другими диагностическими методами исследованиями. Интерактивные формы обучения составляют 4 часа и включают в себя лекцию пресс-конференцию, круглый стол. Компетенции выпускника, формируемые в результате изучения дисциплины. Профессиональные компетенции: - Способность и готовность самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять свое научное мировоззрение; - Способность самостоятельно использовать основные теории, концепции и принципы биохимии; - Способность самостоятельно анализировать имеющуюся информацию, выявлять фундаментальные проблемы, ставить задачу и выполнять лабораторные биохимические исследования при решении конкретных задач с использованием современной аппаратуры и вычислительных средств, демонстрировать ответственность за качество работ и научную достоверность результатов; - Способность и готовность пользоваться измерительными приборами для определения биохимических показателей в биологических объектах; - Способность и готовность самостоятельно проводить и интерпретировать результаты лабораторных методов исследования. Требования к уровню усвоения содержания дисциплины. Аспиранты должны приобрести следующие знания и умения: Знать: - основные направления развития биологических наук, касающиеся направления подготовки; - представления о основных теориях, концепциях и принципах в избранной области касающиеся направления подготовки; - сформированные представления о основных методах биохимических исследований касающиеся направления подготовки; - представления о работе измерительных приборов для определения биохимических показателей, касающиеся профиля подготовки; принципы - биохимических и других лабораторных методах исследования с учетом специфики профиля подготовки. Уметь: - Использовать научные литературные источники с учетом специфики направления подготовки; - использовать основные теории, концепции и принципы в избранной области; - Самостоятельно выполнять научно-исследовательскую работу с учетом специфики направления подготовки; - Использовать измерительные приборы для определения биохимических показателей в избранной области с учетом специфики профиля подготовки; - Интерпретировать результаты биохимических и других лабораторных методов исследования с учетом специфики профиля подготовки. Владеть: - Информационно-коммуникационными технологиями с учетом специфики направленности подготовки; - системным подходом в решении поставленных задач с учетом специфики направленности подготовки; - методами лабораторных исследований, современной аппаратурой и вычислительной техникой с учетом специфики профиля подготовки; - методами исследования биохимических показателей для способности пользоваться измерительными приборами для определения биохимических показателей; - методиками проведения биохимических и других лабораторных методов исследований с учетом специфики профиля подготовки. I. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА МОДУЛЬ 1. ДИНАМИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ ( 12 час.) Раздел I. Обмен веществ ( 12 час.) Тема 1. Обмен белка ( 2 час.) – лекция пресс-конференция. Лекция: В начале занятия преподаватель называет тему лекции и просит студентов письменно задавать ему вопросы по данной теме. Каждый студент должен в течение 2-3 минут сформулировать наиболее интересующие его вопросы по теме лекции, написать их на листке бумаги и передать записку преподавателю. Преподаватель в течение 3-5 минут сортирует вопросы по их смысловому содержанию и начинает читать лекцию. Изложение материала преподносится в виде связного раскрытия темы, а не как ответ на каждый заданный вопрос, но в процессе лекции формулируются соответствующие ответы. В завершение лекции преподаватель проводит итоговую оценку вопросов, выявляя знания и интересы студентов. Одним из основных признаков живой материи является постоянный обмен веществ и энергии как в самом организме, так и с окружающей средой. Обмен веществ складывается из двух противоположных, но взаимосвязанных процессов: анаболизма и катаболизма. Живой организм постоянно обменивается веществом и энергией с окружающей средой, поэтому он относится к открытой гетерогенной системе. В качестве источника энергии гетеротрофные организмы, к которым относятся животные и человек, используют пищу (углеводы, белки, липиды). Составные компоненты пищи (преимущественно биополимеры) в организме подвергаются постепенному, поэтапному превращению, которое называют “универсализацией” пищи. Биологический смысл универсализации пищи сводится к образованию в организме общих метаболитов (жирных кислот), которые затем используются как субстраты, подвергающиеся дальнейшему окислению в митохондриях (биологическому окислению). Переваривание белков в пищеварительном тракте Пищевые белки подвергаются гидролитическому расщеплению под действием протеолитических ферментов (класс – гидролазы, подкласс пептидазы). Большинство этих ферментов вырабатывается в неактивной форме, т.е. в форме проферментов, а затем активируются путём частичного протеолиза. Это предохраняет стенки пищеварительного тракта от самопереваривания. Проферменты вырабатываются в клетках слизистой оболочки желудка или кишечника, клетках поджелудочной железы и поступают в полость желудка или кишечника, где происходит их активация. В ротовой полости белки не подвергаются каким-либо химическим превращениям, т.к. здесь отсутствуют ферменты, действующие на белки. Здесь происходит лишь механическая переработка пищи. В желудке начинается химическое превращение белков. Здесь действуют два основных фермента: пепсин и гастриксин. ПЕПСИН вырабатывается главными клетками слизистой оболочки желудка в неактивной форме - ПЕПСИНОГЕН, который под действием соляной кислоты активируется и превращается в активный ПЕПСИН. Под влиянием соляной кислоты ПЕПСИНОГЕН активируется медленно. Более быстро активация происходит под влиянием ПЕПСИНА, т.е. процесс активации является аутокаталитическим. Механизм активации пепсиногена – частичный протеолиз. От пептидной цепи неактивного пепсиногена со стороны N-конца отрывается один пептид, содержащий 42 аминокислоты. Затем из остатка цепи формируется новая трёхмерная структура фермента - пепсина и новый активный центр фермента. Соляная кислота вырабатывается обкладочными клетками слизистой желудка и играет очень важную роль в переваривании белков: 1. активирует пепсиноген, превращая его в пепсин; 2. создаёт оптимум рН для действия пепсина (1,5 - 2); 3. обладает бактерицидным действием; 4. денатурирует белки; способствует продвижению желудочного содержимого далее в 5. кишечник. Пепсин - это фермент, который является эндопептидазой, т.е. действует на внутренние пептидные связи, в образовании которых участвуют аминогруппы ароматических аминокислот (ФЕН, ТИР, ТРИ). ГАСТРИКСИН по действию аналогичен пепсину. Это тоже эндопептидаза. Его оптимум рН = 3 - 3,5. Действует на пептидные связи, в образовании которых участвуют дикарбоновые аминокислоты (ГЛУ, АСП) своими карбоксильными группами. В желудке под действием пепсина и гастриксина сложные белковые молекулы распадаются на высокомолекулярные полипептиды. Ими являются так называемые альбумозы, пептоны, которые поступают в тонкий кишечник. В тонком кишечнике эти полипептиды подвергаются действию целого ряда протеолитических вырабатываются в ферментов поджелудочной неактивной форме: железы, которые ТРИПСИНОГЕН, ХИМОТРИПСИНОГЕН, ПРОЭЛАСТАЗА, ПРОКАРБОКСИПЕПТИДАЗА. Механизм активации всех этих ферментов - частичный протеолиз по каскадному механизму. ТРИПСИН разрушает внутренние пептидные связи, в образовании которых принимают участие лиз и арг. ХИМОТРИПСИН разрушает внутренние связи, в образовании которых принимают участие ароматические аминокислоты (тир, три, фен). ЭЛАСТАЗА разрушает внутренние пептидные связи, в образовании которых принимают участие ала, гли, про. КАРБОКСИПЕПТИДАЗА разрушает наружные пептидные связи, отщепляя аминокислоты с С-конца полипептидной цепи. АМИНОПЕПТИДАЗА (образуется в слизистой оболочке тонкого кишечника) действует на крайние пептидные связи со стороны N-конца, отщепляя отдельные аминокислоты. ДИПЕПТИДЫ подвергаются действию дипептидаз, продуцирующихся слизистой кишечника сразу в активной форме. Таким образом, в результате действия всей этой группы ферментов в ЖКТ белки пищи расщепляются до аминокислот. Образующиеся аминокислоты всасываются в кровь и поступают во все органы и ткани. Аминокислоты, которые не подверглись всасыванию, поступают в толстую кишку, где с ними происходят определенные реакции (гниение аминокислот). Тема 2. Обмен нуклеиновых кислот ( 2 часа). Лекция: Носителем генетической информации в клетках большинства живых организмов является ДНК. Исключение составляют отдельные вирусы, у которых носителем информации выступает РНК. Перенос генетической информации может осуществляться путем: репликации, транскрипции, трансляции. Репликация (самоудвоение), при которой генетическая информация передается в пределах одного класса нуклеиновых кислот, происходит во время деления клетки. При этом копируется вся молекула ДНК или РНК. Транскрипция (переписывание) – это перенос генетической информации в пределах разных классов нуклеиновых кислот. В ходе транскрипции образуются разные виды РНК (мРНК, тРНК, рРНК и др.). Транскрипция может быть прямой (ДНК → РНК) и обратной (РНК → ДНК). Трансляция (перевод) – это перенос генетической информации в пределах разных классов макромолекул (мРНК → белок). Трансляция может быть только прямой. Репликация и транскрипция осуществляются в ядре, а трансляция – в цитоплазме на рибосомах. Перенос генетической информации осуществляется с помощью различных специфических ферментов и требует определенных условий. Механизм передачи наследственной информации у прокариот и эукариот имеет очень много общего, однако у эукариот он протекает более сложно. Под влиянием различных физических, химических и других факторов процесс передачи наследственной информации может нарушаться на различных его этапах. В этой связи большое значение приобретает такая защитная функция организма как репарация (восстановление) поврежденной ДНК. В клетке существует система репарационных ферментов, которые способны устранить повреждения в генетическом материале. Биосинтез белка, который протекает на рибосомах, является результатом «считывания» информации с ДНК, где она «записана» в виде определенной последовательности мононуклеотидов. Процесс «считывания» информации состоит в расшифровке генетического кода. Каждая протеиногенная аминокислота имеет свой код в виде триплета (кодона) - трех подряд расположенных мононуклеотидов, ответственных за присоединение определенной аминокислоты. В биосинтезе белка выделяют несколько этапов. Собственно биосинтезу белка, который складывается из инициации (начало синтеза полипептидной цепи), элонгации (рост цепи за счет образования пептидных связей) и терминации (окончание синтеза), предшествует рекогниция (процесс «узнавания» и связывания АРС-азами аминокислоты и тРНК), включающая образование аминоациладенилатов с последующим присоединением их к соответствующим тРНК. Учитывая способность организма к регуляции биосинтеза белка в зависимости от изменяющихся условий, в медицинской практике нашли практическое применение как стимуляторы биосинтеза (анаболические средства и другие), так и его ингибиторы (различные антибиотики и др.), которые оказывают свое влияние на различных этапах процессов транскрипции и трансляции. Воздействие некоторых факторов внешней и внутренней среды приводят к изменениям в ДНК (мутациям), которые могут быть молчащими, нейтральными, полезными, патологическими. Изменения в генетическом материале, закрепленные в наследственном аппарате, могут привести к развитию молекулярных болезней. В большинстве случаев это генетически обусловленное нарушение функций белков (протеинопатии), особенно белков-ферментов (ферментопатии или энзимопатии). Достижения в области изучения хранения и передачи наследственной информации явились основой для развития нового направления в науке – генной инженерии. Генная инженерия – это техника рекомбинантных ДНК, позволяющая получить живые организмы с заранее известными наследственными признаками, с определенным обменом веществ. Методы генной инженерии получили широкое применение в биотехнологических процессах производства целого ряда лекарственных препаратов в фармацевтической промышленности. Тема 3. Обмен углеводов ( 2 часа). Лекция: Было установлено, что гликоген может синтезироваться практически во всех органах и тканях. Однако наибольшая его концентрация обнаружена в печени (2-6%) и мышцах (0,5-2%). Поскольку мышечная масса организма человека велика, то большая часть гликогена организма содержится в мышцах. Глюкоза из крови легко проникает в клетки органов и тканей, проходя через биологические мембраны клеток. Как только глюкоза поступает в клетку, она метаболизируется в ней в результате первой химической реакции. Фосфорилирование глюкозы происходит в присутствии АТФ и фермента - гексокиназы. Глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат . Этот эфир глюкозы теперь будет использоваться в анаболических и катаболических реакциях. Глюкоза из клетки может выйти только после реакции гидролиза при участии глюкозо-6-фосфатазы. Этот фермент есть в печени, почках, эпителии кишечника. В других органах, тканях его нет. Гликогенсинтаза – является трансферазой, которая переносит остатки глюкозы, входящие в УДФ- глюкозу, на гликозидную связь остаточного в клетке гликогена, при этом образуется альфа(1,4)-гликозидные связи. Образование альфа(1,6)-гликозидных связей в точках ветвления гликогена катализирует специальный гликоген-ветвящий фермент. Образовавшийся в последней реакции УДФ, превращается в УТФ, при этом при биосинтезе гликогена поглощается еще 1 молекула АТФ. Таким образом, на каждую молекулу глюкозы, включающуюся в структуру гликогена, расходуется 2 молекулы АТФ. Гликоген в клетках накапливается во время пищеварения и рассматривается как резервная форма глюкозы, которая используется клетками в промежутках между приёмами пищи. РАСПАД ГЛИКОГЕНА Существуют 2 пути распада гликогена в тканях: 1. фосфоролитический путь (основной путь) Протекает в печени, почках, эпителии кишечника. Схематически его можно записать в виде 3 реакций: 2. амилолитический путь (неосновной). Протекает в печени при участии 3 ферментов: альфа -амилазы, амило1,6-гликозидазы, гамма - амилазы. Альфа – амилаза расщепляет в структуре крахмала альфа-1,4гликозидные связи, амило-1,6-гликозидаза-гликозидные связи в точках ветвления, гамма-амилаза гидролизует концевые гликозидные связи в боковых ветвях гликогена. ГЛИКОГЕНОЗЫ - болезни, связанные с нарушением процессов распада гликогена, при этом в клетках печени, почек, мышц гликоген накапливается в большом количестве. Клинически эти заболевания проявляются увеличением печени, мышечной слабостью, гипоглюкоземией натощак. Больные умирают в раннем детском возрасте. Наиболее часто встречаются следующие заболевания: 1.Болезнь Герса (генетический дефект фермента - фосфорилазы печени ). 2. Болезнь Мак-Ардля (генетический дефект фермента - фосфорилазы мышц). 3. Болезнь Помпе (генетический дефект фермента - амило- 1,4гликозидазы ). 4. Болезнь Кори (генетический дефект фермента - амило-1.6- гликозидазы ). 5. Болезнь Гирке (генетический дефект фермента - глюкозо-6фосфатазы). АГЛИКОГЕНОЗЫ- болезни связанные с нарушением процессов синтеза гликогена в тканях. Характерными проявлениями нарушения синтеза гликогена являются: резкая гипогликемия натощак, рвоты, судороги, потеря сознания. Углеводное голодание клеток мозга приводит к нарушению психофизического развития у детей. Смерть наступает в раннем детском возрасте. Наиболее часто встречаются: 1. Болезнь Льюиса (генетический дефект фермента – гликогенсинтазы ). 2. Болезнь Андерсена (генетический дефект фермента - гликогенветвящего ). Анаэробный гликолиз В зависимости от функционального состояния организма, клетки органов и тканей могут находиться как в условиях достаточного снабжения кислородом, так и испытывать его недостаток, то есть находится в условиях гипоксии. Если катаболизму подвергается глюкоза, то процесс называется ГЛИКОЛИЗОМ, если распадается глюкозный остаток гликогена – ГЛИКОГЕНОЛИЗОМ. В связи с этим катаболизм углеводов может рассматриваться с двух позиций: 1.В АНАЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ 2.В АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ. АНАЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ (ГЛИКОГЕНОЛИЗ) протекает в цитоплазме клеток. Окисление глюкозы или глюкозного остатка гликогена всегда завершается образованием конечного продукта этого процессамолочной кислоты. Окисление глюкозы и глюкозного остатка гликогена в тканях отличается только в начальных стадиях превращения, до образования глюкозо-6фосфата. Дальнейшее окисление углеводов в тканях, как в ана-, так и в аэробных условиях полностью совпадает до стадии образования пирувата. Процесс анаэробного гликолиза сложный и многоступенчатый. Условно его можно разделить на 2 стадии: -первая стадия заканчивается образованием из гексозы двух триоз: диоксиацетонфосфата и глицеральдегид-3-фосфата. -Вторая стадия называется стадией гликолитической оксидоредукции. Эта стадия катаболизма наиболее важная, поскольку она сопряжена с образованием АТФ, за счёт реакций субстратного фосфорилирования, окислением глицральдегид -3-фосфата, восстановлением пирувата до лактата. В процессе окисления глюкозы было израсходовано 2 молекулы АТФ (гексокиназная и фосфофруктокиназная реакции). С этапа образования триоз идёт одновременное их окисление. В результате этих реакций образуется энергия в виде АТФ за счёт реакций субстратного фосфорилирования (глицераткиназная и пируваткиназная реакции). На этапе гликолитической оксидоредукции идёт окисление глицеральдегид-3-фосфата в присутствии НЗРО4 и НАД- зависимой дегидрогеназы, которая при этом восстанавливается до НАДН2. Митохондрии в анаэробных условиях блокированы, поэтому выделенные в результате окисления молекулы НАДН2 находится в среде до тех пор, пока не образуется субстрат, способный принять их. Пируват, принимая НАДН2, восстанавливается до лактата, завершая тем самым внутренний- окислительно-восстановительный этап гликолиза. НАД- окисленный выделяется и может вновь участвовать в окислительном процессе, выполняя роль переносчиков водорода. 3 реакции гликолиза являются необратимыми: 1.гексокиназная. 2.фосфофруктокиназная. 3.пируваткиназная. Энергетический эффект окисления 1 молеклы глюкозы составляет 2 АТФ, глюкозного остатка гликогена-3 АТФ. Биологическая роль анаэробного гликолиза - энергетическая. Анаэробный гликолиз является единственным процессом, продуцирующим энергию в форме АТФ в клетке в бескислородных условиях. В эритроцитах гликолиз является единственным процессом, продуцирующим АТФ и поддерживающим биоэнергетику, для сохранения их функции и целостности. Аэробный гликолиз (гексозодифосфатный путь) ГЕКСОЗОДИФОСФАТНЫЙ ПУТЬ. Это классический путь аэробного катаболизма углеводов в тканях протекает в цитоплазме до стадии образования пирувата и завершается в митохондриях с образование конечных продуктов СО2 и Н2О Когда в клетки начинает поступать кислород- происходит подавление анаэробного гликолиза. При блокируется образование этом снижается лактата. Эффект потребление глюкозы, торможения анаэробного гликолиза дыханием получил название эффекта Пастера. Окисление углеводов до стадии образования пирувата происходит в цитоплазме клеток. Затем пируват поступает в митохондрии, где в матриксе подвергается дальнейшему окислению. В результате реакции окислительного декарбоксилирования образуется ацетил-КоА который, в дальнейшем окисляется с участием ферментов цикла Кребса и сопряженных с ним ферментов дыхательной цепи митохондрий (ЦПЭ). Происходит образование конечных продуктов (СО2 иН2О), выделяется энергия в форме АТФ. Н2О образуется на этапе превращения: 1. ГЛИЦЕРАЛЬДЕГИД-3-ФОСФАТА 2. 2-ФОСФОГЛИЦЕРИНОВОЙ КИСЛОТЫ 3. ПИРУВАТА 4. Альфа- КЕТОГЛУТАРОВОЙ КИСЛОТЫ 5. СУКЦИНАТА 4. ИЗОЦИТРАТА 7. МАЛАТА СО2 образуется на этапе превращения: 1. ПИРУВATА 2. ОКСАЛОСУКЦИНАТА 3. Альфа - КЕТОГЛУТАРОВОЙ КИСЛОТЫ. АТФ образуется: А. За счёт реакций СУБСТРАТНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ на этапе превращения: 1. 1,3-ДИФОСФОГЛИЦЕРИНОВОЙ К-ТЫ 2. 2-ФОСФОЕНОЛПИРУВАТА 3. СУКЦИНИЛА-КОА В. За счёт реакций ОКИСЛИТЕЛЬНОГОФОСФОРИЛИРОВАНИЯ на этапе превращения: 1. ГЛИЦЕРАЛЬДЕГИД-3-ФОСФАТА 2. ПИРУВАТА 3. ИЗОЦИТРАТА 4. альфа – КЕТОГЛУТАРОВОЙ КИСЛОТЫ 5. СУКЦИНАТА 6. МАЛАТА. Энергетический эффект окисления глюкозы в аэробных условиях составляет 38 АТФ, глюкозного остатка гликогена 39 АТФ. Гексозомонофосфатный путь Окисление глюкозы по этому пути протекает в цитоплазме клеток и представлено двумя последовательными ветвями: окислительной и неокислительной. Особенно активно этот путь протекает в тех органах и тканях, в которых активно синтезируются липиды (печень, почки, жировая и эмбриональная ткань, молочные железы). Биологическая роль этого пути окисления глюкозы связывается прежде всего с производством двух веществ: 1.НАДФ*Н2, который в отличие от НАДН2 , не окисляется в дыхательной цепи митохондрий, а используется в клетках в реакциях синтеза и восстановления и гидроксилирования веществ. 2.РИБОЗО-5-ФОСФАТ и его производные, которые используются в клетке для синтеза важнейших биологических молекул: нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), нуклеозидтрифосфатов(НТФ) коферментов (, НАД, ФАД, Н5КОА). Биологическая роль:1 .АНАБОЛИЧЕСКАЯ. 2.ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ. При низком энергетическом статусе клетки излишки пентоз путём обратных реакций неокислительного пути превращаются в глицеральдегид-3фосфат и фруктозо-6-фосфат которая затем включаются в анаэробный гликолиз, поддерживая биоэнергетику клеток в кризисных ситуациях. Гексозомонофосфатный путь катаболизма глюкозы ещё обозначают как пентозный путь. Окислительная стадия гексозомонофосфатного пути катаболизма глюкозы отличается от классического - гексозодифосфатного пути с этапа превращения глюкозо-6-фосфата: Неокислительная стадия гексозомонофосфатного пути катаболизма глюкозы представлена двумя ТРАНСКЕТОЛАЗНЫМИ реакциями и одной ТРАНСАЛЬДОЛАЗНОЙ. Баланс окислительной и неокислительной стадий гексозомонофосфатного пути превращения глюкозы можно записать в виде суммарного уравнения реакции. ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ Основными источниками глюкозы для организма человека являются: 1. углеводы пищи; 2. гликоген тканей; 3. глюконеогенез. ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ - это биосинтез глюкозы из неуглеводных предшественников, главными из которых являются ПИРУВАТ, ЛАКТАТ, ГЛИЦЕРИН, МЕТАБОЛИТЫ ЦТК КРЕБСА, АМИНОКИСЛОТЫ. ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ возможен не во всех тканях. Главным местом синтеза глюкозы является печень, в меньшей степени процесс идёт в почках и слизистой кишечника. Биологическая роль глюконеогенеза заключается не только в синтезе глюкозы, но и в возвращении лактата, образованного в реакциях анаэробного гликолиза, в клеточный фонд углеводов. За счет этого процесса поддерживается уровень глюкозы в тканях в кризисных ситуациях (при углеводном голодании, сахарном диабете, тканевой гипоксии). Большинство реакций глюконеогенеза представляют собой обратные реакции гликолиза, за исключением трёх термодинамически необратимых: ПИРУВАТКИНАЗНОЙ, ГЕКСОКИНАЗНОЙ. Эти ФОСФОФРУКТОКИНАЗНОЙ, реакции при ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗЕ имеют обходные пути и связаны с образованием 2-фосфоенолпирувата, фруктозо-6фосфата и глюкозы. Тема 4. Обмен липидов ( 2 часа). Лекция: Переваривание липидов. Поступающие с пищей ЛИПИДЫ в ротовой полости подвергаются только механической переработке. ЛИПОЛИТИЧЕСКИЕ ферменты в ротовой полости не образуются. Переваривание жиров у взрослого человека будет происходить в кишечнике, где для этого имеются все условия: 1. Наличие желчных кислот. 2. Наличие ферментов. 3. Оптимальная рН среды. У детей до 1 года в кишечнике выделяется ЛИПАЗА, рН оптимум находится в слабо кислой среде (рН = 5,0-5,5). Под влиянием этого фермента расщепляются только эмульгированные жиры молока. У взрослого человека желудочная липаза не активна, т.к. рН желудочного содержимого в норме лежит в резко- кислой среде (рН =1,5 - 2,5). Поэтому, переваривание жиров в желудке у взрослых людей не происходит. Основным местом переваривания липидов пищи в желудочно- кишечном тракте у взрослого человека служит тонкий отдел кишечника. В переваривании принимают участие желчные кислоты, образованные в печени, ЛИПОЛИТИЧЕСКИЕ ферменты, образованные в поджелудочной железе и слизистой оболочке кишечника. При поступлении пищи из желудка в двенадцатиперстную кишку в слизистой оболочке начинают выделяться регуляторы: СЕКРЕТИН, ХОЛЕЦИСТОКИНИН, ХИМОДЕНИН, ЭНТЕРОКРИНИН, которые обеспечивают: -образование желчи в печени, -сокращение желчного пузыря, -выделение панкреатического сока, -секрецию желез тонкого отдела кишечника. Важную роль в переваривании липидов в пищи играют желчные кислоты. Все они образуются в печени и являются конечным продуктом окисления холестерина в организме. В основе их строения лежит структура циклопентанпергидрофенантрена. Холевая кислота является источником образования желчных кислот. Производными холевой кислоты являются: -ХЕНОДЕЗОКСИХОЛЕВАЯ КИСЛОТА, у которой оксигруппы имеются в 3 и 7 положениях. -ДЕЗОКСИХОЛЕВАЯ КИСЛОТА,у которой оксигруппы имеются в 3 и 12 положениях. -ЛИТОХОЛЕВАЯ КИСЛОТА, у кторой оксигруппа находится в 3 положении. Как правило, все желчные кислоты в печени конъюгируются с глицином или таурином. Тема 5. Биологическое окисление ( 2 часа). Лекция: Одним из основных признаков живой материи является постоянный обмен веществ и энергии как в самом организме, так и с окружающей средой. противоположных, но Обмен веществ взаимосвязанных складывается процессов: из двух анаболизма и катаболизма. Живой организм постоянно обменивается веществом и энергией с окружающей средой, поэтому он относится к открытой гетерогенной системе. В качестве источника энергии гетеротрофные организмы, к которым относятся животные и человек, используют пищу (углеводы, белки, липиды). Составные компоненты пищи (преимущественно биополимеры) в организме подвергаются постепенному, поэтапному превращению, которое называют “универсализацией” пищи. Биологический смысл универсализации пищи сводится к образованию в организме общих метаболитов (жирных кислот), которые затем используются как субстраты, подвергающиеся дальнейшему окислению в митохондриях (биологическому окислению). Биологическое окисление или тканевое дыхание начинается с дегидрирования жирных кислот, которое обеспечивается ферментами дегидрогеназами, и заканчивается переносом электронов на кислород. Обеспечивается тканевое дыхание ферментами, которые локализованы во внутренней мембране митохондрий. Эти ферменты представлены тремя классами окислительно-восстановительных ферментов и получили название ферментов дыхательной цепи или просто дыхательная цепь. К ним относятся: 1. пиридинзависимые дегидрогеназы; 2. флавинзависимые дегидрогеназы; 3. цитохромы. Пиридинзависимые дегидрогеназы обычно являются первичными акцепторами водорода и передают его на флавинзависимые дегидрогеназы. С флавинзависимых дегидрогеназ через убихинон (кофермент Q), на котором происходит разделение водорода на протоны и электроны, далее на систему цитохромов передаются только электроны. Последним звеном дыхательной цепи выступает цитохромоксидаза (комплекс цитохрома а и а3, в его состав входят ионы меди, которые также участвуют в переносе электронов), которая передает электроны непосредственно на кислород, активируя его. Образовавшийся активный ионизированный кислород взаимодействует с двумя протонами водорода из матрикса с образованием воды. О2- + 2Н+ Н2О + Q Перенос водорода от субстрата к кислороду с участием ферментов дыхательной цепи сопровождается выделением энергии, которая аккумулируется в фосфатных связях АТФ. Таким образом, универсальным источником энергии для митохондрий является водород. Лекция 6. Обмен воды и минеральных веществ ( 2 часа). Лекция: Вода является важной составной частью любой клетки, жидкой основы крови и лимфы. У человека содержание воды в разных тканях неодинаково. Так, в жировой ткани ее около 10 %, в костях — 20, в почках — 83, головном мозге — 85, в крови —90%, что в среднем составляет 70 % массы тела. Вода в организме выполняет ряд важных функций. В ней растворено много химических веществ, она активно участвует в процессах обмена, с ней выделяются продукты обмена из организма. Вода обладает большой теплоемкостью и теплопроводностью, что способствует процессам терморегуляции. Основная масса воды содержится внутри клеток, в плазме крови и межклеточном пространстве. Взрослый человек в обычных условиях употребляет около 2,5 л воды в сутки. Кроме того, в организме образуется около 300 мл метаболической воды, как одного из конечных продуктов энергообмена. В соответствии с потребностями человек в течение суток теряет около 1,5 л воды в виде мочи, 0,9 л путем испарения через легкие и кожу (без потоотделения) и приблизительно 0,1 л с калом. Таким образом обмен воды в обычных условиях не превышает 5 % массы тела в сутки. Повышение температуры тела и высококалорийная пища способствуют выделению воды через кожу и легкие, увеличивают ее потребление. Регуляция водного обмена в основном контролируется гормонами гипоталамуса, гипофиза и надпочечников. Минеральные вещества поступают в организм с продуктами питания и водой. Потребность организма в минеральных солях различная. В основную группу входит семь элементов: кальций, фосфор, натрий, сера, калий, хлор и магний. Это так называемые макроэлементы. Они необходимы для формирования скелета (кальций, фосфор) и для осмотического давления биологических жидкостей (натрий). Эти ионы влияют на физико-химическое состояние белков, нормальное функционирование возбудительных структур (К+, Na+, Ca2+, Mg2+, Сl-), мышечное сокращение (Са2+, Mg2+ ), аккумулирование энергии (Р5+). Однако организму необходимо еще 15 элементов, общее количество которых составляет менее 0,01 % массы тела. Они называются микроэлементами. Среди них следует выделить железо (составная часть гемоглобина и тканевых цитохромов); кобальт (компонент цианокобаламина); медь (компонент цитохромоксидазы); цинк (фактор потенцирующего действия инсулина на проницаемость мембраны клетки для глюкозы); молибден (компонент ксантиноксидазы); марганец (активатор некоторых ферментных систем); кремний (регулятор синтеза коллагена костной ткани); фтор (участвует в синтезе костных структур и прочности зубной эмали); йод (составная часть тиреоидных гормонов), а также никель, ванадий, олово, мышьяк, селен и др. В большинстве случаев — это составная часть ферментов, гормонов, витаминов или катализаторы их действия на ферментные процессы. Специфическая роль ряда неорганических ионов в жизнедеятельности организма в первую очередь зависит от их свойств: заряда, размера, способности образовывать химические связи, реактивности в отношении к воде. МОДУЛЬ 2. БИОХИМИЯ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ ( 6 часов). Раздел I. Биохимия крови ( 2 часа) Тема 1. Общая характеристика крови как ткани, функции ( 2 часа). Каждой ткани и органу, помимо общих для любой живой системы биохимических процессов, присущи и специализированные функции, выполняемые ими в целом организме. Кровь – наиболее специализированная жидкая ткань, которая циркулирует в сосудистой системе и вместе с лимфой и межклеточным пространством составляет внутреннюю среду организма. Кровь объединяет биохимические процессы различных анатомических структур организма в целостную систему и поддерживает постоянство ее состава. Функции крови: 1) транспорт газов; 2) транспорт питательных веществ ко всем клеткам организма; 3) регуляторная (гормоноидная) функция; 4) терморегуляторная функция; 5) осмотическая функция; 6) фагоцитарная функция; 7) детоксикационная функция; 8) коагуляционная функция; 9) буферная функция и др. Особенности ткани: - в эритроцитах, лишенных митохондрий, интенсивно протекают гликолиз и пентозофосфатный цикл; - в лейкоцитах сосредоточен весь гликоген крови, который служит источником энергии в очагах воспаления; - в тромбоцитах образуются простагландины и тромбоксаны, которые способствуют агрегации тромбоцитов и сужению сосудов. Раздел II. Биохимия печени ( 2 часа). Тема 1. Функция печени в организме ( 2 часа). Каждой ткани и органу, помимо общих для любой живой системы биохимических процессов, присущи и специализированные функции, выполняемые ими в целом организме. Печень занимает центральное место в обмене веществ за счет анатомического размещения и большого набора ферментов. Функции печени: 1) желчебразовательная и желчевыделительная; 2) является основным органом распределения питательных веществ в организме, в частности, глюкозы, триацилглицеринов и кетоновых тел; 3) белоксинтезирующая функция; 4) синтез липопротеинов плазмы крови, креатина, 25-оксихолекальциферола (вит. D3), гема, холестерина, желчных кислот; 5) детоксикационная функция (ФАФС, УДФГК, глицин, цит.Р450 и др.); 6) экскреторная функция (желчные кислоты, желчные пигменты, холестериды); 7) депонирующая функция (гликоген, Fe3+, вит. А, D, Е, В12, В9); 8) компенсаторная функция. В гепатоцитах печени усиленно происходит: глюконеогенез, гликогеногенез, липогенез, микросомальное окисление, синтез нуклеотидов и нуклеиновых кислот и др. Особенности органа: - обезвреживание тяжелых металлов (Cd2+, Cu2+, Hg2+, Zn2+) осуществляется с помощью белка металлотионеина; - трансформация этанола осуществляется алкогольдегидрогеназой и альдегиддегидрогеназой. Из-за высокого уровня НАДН•Н+ и ацетил-КоА, вызванных приемом этанола, в печени тормозится цитратный цикл и кетогенез, нарушается биосинтез нейтральных жиров и холестерина, наблюдается жировая дистрофия. Раздел III. Биохимия почек и мочи ( 2 часа). Тема 1. Почки ( 2 часа). Почки являются основным органом выделения. С их участием происходит выделение из организма конечных продуктов обмена. Прекращение функции почек несовместимо с жизнью – человек умирает на 4-6 день после их остановки. Функции почек: 1) мочеобразовательная; 2) экскреторная функция; 3) регулируют водно-солевой баланс; 4) регулируют кислотно-щелочное равновесие; 5) регулируют осмотическое давление; 6) регулируют артериальное давление; 7) стимулируют эритропоэз. На протяжении суток через почки фильтруется 180 л крови. В почках интенсивно происходит гликолиз, кетолиз, аэробное окисление, фосфорилирование, глюконеогенез, трансаминирование и дезаминирование, образование и экскреция аммиака. Показателем, который характеризует скорость клубочковой фильтрации в почках, является почечный клиренс. Почечный клиренс (почечное очищение) – скорость почечной экскреции отдельных веществ из крови. Он определяется как объем плазмы крови, который в единицу времени может быть очищен от конкретного вещества. Четкое снижение клубочковой фильтрации при воспалительных заболеваниях почек (нефриты) сопровождается уменьшением выделения из организма конечных продуктов обмена веществ, в частности мочевины, мочевой кислоты, креатинина и др., что приводит к так называемой азотэмии. II. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА Практические занятия ( 18 час.) Занятие 1. Введение в обмен веществ. Внешний обмен белка ( 2 часов). Вопросы для самоподготовки: 1. Основные требования к рациональному питанию. 2. Значение белков, жиров, углеводов, витаминов и других веществ в питании человека. Химический состав пищи человека. Органические и минеральные компоненты пищи. 3. Положительные и отрицательные значения избытка или недостатка углеводов, жиров, белков в питании человека. 4. Понятие о метаболизме, катаболизме и анаболизме. 5. Понятие об энергетическом обмене клетки. 6. АТФ – универсальный макроэрг. Что это значит? Синтез АТФ путем окислительного и субстратного фосфорилирования. Приведите примеры других макроэргов. 7. Общие механизмы метаболизма (катаболизма и анаболизма) белков, жиров, углеводов. Понятие об универсальном метаболите. 8. Цикл трикарбоновых кислот как классический пример общего пути метаболизма белков, жиров, углеводов. 9. Описать реакции цикла трикарбоновых кислот (ферменты, коферменты, особенности этих реакций). 10. Реакции дегидрирования и декарбоксилирования в цикле трикарбоновых кислот: особенности их протекания, судьба конечных продуктов. 11. Регуляция скорости и баланс энергии цикла трикарбоновых кислот. 12. Биологическое значение цикла. Анаболические функции ЦТК. Занятие 2. Промежуточный обмен белка ( 2 часа). Лабораторная работа. Количественное определение активности аминотрансфераз (АлАТ, АсАт). Количественное определение продуктов азотистого баланса ( 3 часа). Указания к оформлению лабораторной работы В тетради для лабораторных работ запишите ход работы, полученные результаты (активность фермента, моль/ч*л) и сделайте выводы о возможных причинах отклонения полученных результатов от нормальных величин. Занятие 3. Углеводы и обмен углеводов ( 2 часа). 1. Укажите структуру основных представителей моно-, ди-, полисахаридов (рибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза, мальтоза, лактоза, сахароза, крахмал, гликоген, целлюлоза), их биологическую роль, а также сходство и отличие в структуре крахмала, гликогена и целлюлозы. 2. Охарактеризуйте (мукополисахаридов): структуру гликозаминогликанов гиалуроновой, хондроитинсерной, нейраминовой, сиаловой кислот, гепарина. Назовите их биологическую роль. 3. Назовите углеводы, поступающие в организм человека с пищей, а также суточную потребность в углеводах. 4. Назовите ферменты пищеварительных соков, участвующие в переваривании углеводов. Пути всасывания моносахаридов из кишечника в кровь. 5. Назовите причины неперевариваемости целлюлозы в желудочнокишечном тракте человека. Роль целлюлозы в рационе питания человека. 6. Назовите пути проникновения углеводов в клетки тканей (роль переносчиков – ГЛЮТ) и пути их внутриклеточного превращения. 7. Назовите значение реакций фосфорилирования глюкозы в клетке, локализацию глюкокиназы и гексокиназы в тканях организма. 8. Охарактеризуйте синтез гликогена и регуляцию процесса депонирования. 9. Какой процесс называется мобилизацией гликогена? Назовите регуляцию процесса. 10.Укажите физиологическое значение и соотношение процессов обмена гликогена в зависимости от ритма питания и режима работы мышц. 11.Назовите особенности обмена гликогена в печени и мышцах. 12.Охарактеризуйте аденилатциклазный механизм регуляции активности ферментов обмена гликогена. Роль цАМФ и влияние адреналина, глюкагона и инсулина на концентрацию цАМФ в клетке. Занятие 4. Липиды и обмен липидов ( 2 часа). 1. Определить кислотное число растительного масла 2. Определить число омыления растительного масла 3. Провести качественные реакции на открытие в растворе желчных кислот Вопросы для самоподготовки: 1. Какой класс органических веществ называется липидами? Назовите их биологическую роль. 2. Назовите классификацию липидов. Охарактеризуйте основные группы липидов (химическая структура, физико-химические свойства, биологическая роль). 3. Назовите жирные кислоты, их строение, классификацию, физикохимические свойства, источники жирных кислот в организме. 4. Назовите незаменимые факторы питания липидной природы, предшественники синтеза эйкозаноидов. 5. Назовите важнейшие липиды животного и растительного происхождения, их суточную потребность. 6. Охарактеризуйте внешний обмен липидов, роль ферментов и желчных кислот, химическоестроение таурохолевой и гликохолевой кислот. Занятие 5. Биологические мембраны ( 2 часа). Вопросы для самоподготовки: 1. Биологические мембраны, их состав и значение. 2. Мембранные липиды. 3. Интегральные и периферические белки мембран, основные свойства и функции биомембран. 4. Трансмембранные перенос крупных молекул, эндоцитоз, экзоцитоз, их значение. 5. Липосомы, их структура и перспективы использования в фармации и медицинской практике. Занятие 6. Биологическое окисление ( 2 часа). Лабораторная работа . Открытие наличия пероксидазы в картофеле, хрене, каталазы в крови, дегидрогеназы в мышечной ткани. Определение каталазной активность крови. 1. Основные механизмы окисления веществ в тканях (оксидазный, оксигеназный, пероксидазный и перекисное окисление липидов). 2. Современные представления о биологическом окислении, особенности биологического окисления. 3. Объясните схему организации главной дыхательной цепи (ферменты, коферменты). Укороченные варианты цепи биологического окисления. 4. Редокс-потенциалы и локализация компонентов дыхательной цепи. 5. Опишите формулы окисленных и восстановленных форм пиридинзависимых коферментов (НАД и НАДФ). Какая часть структуры НАД и НАДФ является акцептором (донором) в переносе электронов и протонов? 6. Опишите механизм действия пиридинзависимых дегидрогеназ (механизм действия НАД в окислительно-восстановительных реакциях). 7. Опишите формулы окисленных и восстановленных форм флавиновых коферментов (ФМН, ФАД). Какая часть структуры ФМН и ФАД является акцептором (донором) в переносе электронов и протонов (формулы)? 8. Опишите механизм действия флавинзависимых дегидрогеназ (механизм действия ФАД и ФМН в окислительно-восстановительных реакциях) . 9. Опишите формулу коэнзима Q (убихинон) и механизм его действия в окислительно-восстановительных реакциях. 10. Цитохромная система (типы цитохромов) Химический состав и строение цитохромов. Цитохромоксидаза. Функции цитохромов в дыхательной цепи. 11. Как происходит синтез эндогенной воды? Сколько ее образуется в сутки? 12. Сопряжение окисления и фосфорилирования. Точки сопряжения. 13. Объясните (хемиосмотическая механизм гипотеза) и окислительного фосфорилирования формирование электрохимического потенциала при переносе электронов по дыхательной цепи. 14. Коэффициент фосфорилирования Р/О в норме и при патологии. Отношение АТФ/АДФ как регулятор окислительного фосфорилирования: дыхательный контроль. 15. Разобщение окисления и фосфорилирования (свободное окисление). 16. Гормоны и лекарственные вещества, как разобщители (механизм их действия). Занятие 7. Обмен воды и минеральных веществ ( 2 часа). 1. Роль воды в жизнедеятельности. Внутриклеточная вода, вода внеклеточных жидкостей, вода, связанная коллоидами. 2. Важнейшие минеральные компоненты тканей человека. 3. Важнейшие внутри- и внеклеточные ионы. 4. Ионные насосы плазматической мембраны клетки, активный транспорт ионов и возникновение электрохимических потенциалов на клеточных мембранах. 5. Обмен натрия и калия. 6. Физиологическая роль ионов Na+ и K+. (Na+,K+)-АТФаза, возникновение потенциалов покоя и действия, поддержание осмотического давления и объема клеток и внеклеточных жидкостей, почечные механизмы регуляции КОС, роль градиента Na+ в активном транспорте глюкозы и аминокислот). 7. Регуляция обмена Na+, K+ и воды антидиуретическим гормоном, альдостероном, АКТГ, ренин-ангиотензиновой системой и инсулином. 8. Нарушения обмена воды - гипо- и гепергидратации. 9. Обмен кальция и фосфатов. Минеральный состав костной ткани. 10. Роль Са2+ в свертывании крови, возникновении потенциала действия и мышечном сокращении, минерализации скелета. 11. Ионы Са2+ - вторичный посредник в действии на клетки биологически активных веществ. 12. Са2+-АТФазы саркоплазматического ретикулума и плазматической мембраны клетки. 13. Роль ионов Са2+ в активации фосфолипаз и ПОЛ. 14. Регуляция обмена кальция и фосфатов кальцитонином, паратгормоном и витамином D3. Занятие 8. Биохимия крови ( 2 часа). 1 Общая характеристика крови как ткани, функции. 2 Особенности метаболизма клеток крови, его значение для специализированных функций. 3 Составные компоненты плазмы крови. 4 Белки и ферменты плазмы крови. 5 Альбумины, глобулины, их характеристика и функции. 6 Гемоглобин, строение, производные, типы. 7 Гемоглобинопатии. 8 Синтез гема и гемоглобина, регуляция. 9 Распад гемоглобина. 10 Биохимические показатели крови, их использование в практике. 11 Кровь как источник лекарственных веществ. Занятие 9. Биохимия печени, почек ( 2 часа). 1. Функция печени в организме. 2. Роль печени в обмене углеводов, липидов, белков и аминокислот, витаминов, минеральных веществ. 3. Обезвреживающая функция печени. 4. Роль микросомального окисления в обезвреживании ксенобиотиков. 5. Цитохром Р-450-гидроксилазный цикл. 6. Обмен билирубина. 7. Типы желтух. Образование и выделение желчи как способ выведения конечных 8. продуктов метаболизма. Кишечно-печеночная 9. циркуляция желчных кислот, роль в переваривании липидов и всасывании. Биохимические 10. механизмы развития печеночно-клеточной недостаточности и печеночной комы, лабораторная диагностика. Почки: 1. Характеристика нормальной мочи. Физико-химические свойства нормальной мочи ( объем, цвет, прозрачность, удельный вес, рН). Органические и минеральные вещества мочи, качественный состав и количественная характеристика ( суточное выведение). Зависимость состава и реакции мочи от характера питания. 2. Патологические вещества мочи. Протеинурия, причины появления белка в моче. Гематурия и гемоглобинурия, причины их возникновения. Различные виды глюкозурий, механизм их развития. Ацетоновые тела в моче, их происхождение. Желчные пигменты в моче, причины появления. Мочевые осадки и камни. III. КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА Фонд оценочных средств прилагается. 1. Предмет и задачи биологической химии. Биохимия в системе биологических дисциплин. Связь биологической химии с сопредельными дисциплинами — биофизикой, биоорганической химией, цитологией, микробиологией, генетикой, физиологией. 2. Основные этапы развития биохимии. Молекулярная биология и генетика и их связь с биохимией. Практические приложения биохимии; биохимия как фундаментальная основа биотехнологии. Направления и перспективы развития биохимии. 3. Жизнь как особая форма движения материи. Проблема возникновения жизни и предбиологической эволюции. 4. Роль структурной организации клетки в явлениях жизни. Компартментация веществ и процессов в клетке. Значение обмена веществ (катаболизм и анаболизм) в явлениях жизни. 5. Принципы регуляции процессов обмена веществ в клетке. Генетическая информация и ее значение. Эволюционная биохимия. 6. Академики А.Н. Бах, А.И. Опарин, В.С. Гулевич, А.В. Палладин, А.Н. Белозерский, В.А. Энгельгардт, А.Е. Браунштейн, С.Е. Северин и их роль в создании отечественной школы биохимиков. 7. Развитие биохимии, и ее связи с практикой: агрономией, микробиологией, биотехнологией, медициной и ветеринарией. Важнейшие журналы, справочные и обзорные издания по биохимии. Понятие о биоинформатике. Базы данных о белковых структурах, ДНК-последовательностях, ферментах. 8. Общая характеристика веществ, входящих в состав организмов, их роль и значение. Роль минеральных элементов, белков, липидов, углеводов, витаминов в обмене веществ и в питании человека и животных. Калорийность и усвояемость пищевых продуктов. Незаменимые факторы питания. 9. Физико-химическая характеристика воды как универсального растворителя в биологических системах. Вода и ее роль в живых организмах. Основные понятия электрохимии водных растворов. 10. Закон действующих масс, константы диссоциации кислот и оснований, водородный показатель (рН), буферные растворы. 11. Основные физико-химические методы, применяемые в биохимии: спектрофотометрия, флуорометрия, ЭПР- и ЯМР- спектроскопия, хроматография, калориметрия, электрофорез, вискозиметрия, рентгено- структурный анализ. 12. Основы химической кинетики: молекулярность и порядок реакции; константы скоростей химических реакций и факторы, влияющие на скорости и равновесия реакций. Гомогенный и гетерогенный катализ. 13. Природные аминокислоты. Различные способы классификации аминокислот. Общие и специфические реакции функциональных групп аминокислот. Ионизация аминокислот. Методы разделения аминокислот и пептидов. Природные олигопептиды. Глютатион и его значение в обмене веществ. 14. Аминокислоты как составные части белков. Физические и химические свойства протеиногенных аминокислот. Селеноцистеин. Непротеиногенные кислоты. Незаменимые аминокислоты. Полипептиды. 15. Природные углеводы и их производные. Классификация углеводов. Стереохимия углеводов. Наиболее широко распространенные в природе гексозы и пентозы и их свойства. 16. Конформация моносахаридов. Взаимопревращения моносахаридов. Гликозиды, амино-, фосфо- и сульфосахариды. Дезоксисахара. Методы разделения и идентификация углеводов. 17. Липофильные соединения и классификация липидов. Жирные кислоты. Изомерия и структура ненасыщенных жирных кислот. 18. Полиненасыщенные жирные кислоты. Нейтральные жиры и их свойства. 19. Фосфолипиды. Гликолипиды и сульфолипиды. Стерины, холестерин, желчные кислоты. Диольные липиды. Полярность молекулы фосфатидов. Участие фосфатидов и других липидов в построении биологических мембран. 20. Воска и стероиды. Изопреноиды. Терпеноиды и каротиноиды. 21. Пуриновые и пиримидиновые основания. Нуклеозиды и нуклеотиды. Циклические нуклеотиды. Минорные пуриновые и пиримидиновые основания. Комплексообразующие свойства нуклеотидов. 22. Витамины, коферменты и другие биологически активные соединения. 23. Роль витаминов в питании животных и человека. Витамины как компоненты ферментов. Жирорастворимые витамины. Витамин А. Каротиноиды и их значение как провитаминов А. 24. Витамин Д и его образование. 25. Витамин Е. 26. Витамин К. 27. Нафтохиноны и убихинон. 28. Водорастворимые витамины. 29. Витамин B1. 30. Каталитические функции тиаминпирофосфата. 31. Витамины B2 и PP. Участие витаминов В2 и РР в построении коферментов аэробных и анаэробных дегидрогеназ. 32. Витамин B6 и его каталитические функции. 33. Пантотеновая кислота. 34. Липоевая кислота. 35. Витамин B12. 36. Фолиевая кислота и дигидроптеридин. 37. Другие витамины и витаминоподобные вещества комплекса В. 38. Витамин С. Ферментативное окисление аскорбиновой кислоты. 39. Биофлавоноиды, рутин. 40. Витамины – антиоксиданты. 41. Витамины – прокоферменты. 42. Витамины – прогормоны. 43. Прочие известные в настоящее время витамины. Антивитамины. 44. Динуклеотидные коферменты. Нуклеотиды как коферменты. 45. Простагландины как производные полиненасыщенных жирных кислот. 46. Биогенные амины. 47. Ацетилхолин. 48. Железопорфирины. 49. Хлорофилл и другие растительные пигменты. 50. Минеральный состав клеток. Микроэлементы. Методы аналитической бионеорганической химии. 60. Специфическая роль белковых веществ в явлениях жизни. Принципы выделения, очистки и количественного определения белков. Пептидная связь, ее свойства и влияние на конформацию полипептидов. Теория строения белковой молекулы. Ковалентные и нековалентные связи в белках. 61. Работы А.Я. Данилевского, Э. Фишера, Ф. Сенгера, Л. Полинга. Уровни структурной организации белков. Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура белков. Метода определения первичной структуры белка. 62. Упорядоченные и неупорядоченные вторичные структуры. Супервторичные структуры. Примеры. 63. Принципы и методы изучения структуры белков. Соотношение между первичной структурой и структурами более высокого порядка в белковой молекуле. 64. Значение третичной структуры белковой молекулы для проявления ее биологической активности. Амфипатия полипептидных цепей. 65. Динамичность структуры белка. Величина и форма белковых молекул. Глобулярные и фибриллярные белки. Структура фибриллярных белков. 66. Изоэлектрическая точка белков. Физические и химические свойства белков. Методы изучения белков. Конформационная динамика белковой молекулы. Денатурация белков и полипептидов. 67. Фолдинг и рефолдинг. Шапероны. Прионы. 68. Комплексы белков с низкомолекулярными соединениями, белок-лигандные взаимоотношения. Сольватация белков. Кристаллические белки. 69. Методы определения пространственного расположения полипептидных цепей. Олигомерные комплексы белков. 70. Классификация белков. Простые и сложные белки. Альбумины, глобулины, гистоны, протамины, проламины, глютелины. Фосфопротеины, липопротеины, гликопротеины, нуклеопротеины, хромопротеины (гемопротеины), металлопротеины. 71. Гомологичные белки и гомологичные последовательности аминокислот в полипептидах. Предсказание пространственной организации белка на основании первичной структуры. 72. Семейства и суперсемейства белков. Протеомика. 73. Специфические методы очистки белков (хроматография, электрофорез белков, иммунопреципитация, выявление и картирование эпитопов с помощью моноклональных антител, ультрафильтрация, избирательное осаждение, обратимая денатурация). 74. Реакционная способность боковых цепей аминокислотных остатков в молекулах нативных и денатурированных белков. Взаимодействие белков и малых лигандов. Структура миоглобина, гемоглобина и связывание ими кислорода. 75. Олиго- и полисахариды. 76. Дисахариды и трисахариды. 77. Крахмал и гликоген, клетчатка и гемицеллюлозы, их структура и свойства. 78. Гетерополисахариды, гликозаминогликаны. 79. Протеогликаны. 80. Методы изучения первичной, вторичной и более высоких уровней структурной организации полисахаридов, гликопротеинов и протеогликанов. 81. Полиморфизм амфифильных соединений в водных растворах (мицеллы, эмульсии, ламеллы, бислойные структуры). 82. Модели строения биологических мембран. 83. Липосомы; методы их получения и изучения. Фазовые переходы в агрегатах амфифильных соединений. Проницаемость биологических мембран. Электрохимия осмотических явлений. 84. Методы изучения биологических мембран (репортерные метки, микрокалориметрия, флуоресцентное зондирование, светорассеяние). 85. Типы нуклеиновых кислот. 86. Роль нуклеиновых кислот в живом организме. 87. Полинуклеотиды. Структура ДНК. Принцип комплементарности азотистых оснований. 88. Минорные основания. А-, В-, С-, Т- и Z- формы ДНК. 89. Суперспирализация ДНК. Структура и функционирование хроматина. ДНК хлоропластов и митохондрий. 90. ДНК вирусов и бактерий. Плазмиды. Особенности дезоксирибонуклеиновой кислоты. 91. Роль ДНК как носителя наследственной информации в клетке. строения 92. Структура рибонуклеиновых кислот. Типы РНК: ядерная, рибосомная, транспортная, м- РНК. 93. Взаимодействие белков и нуклеиновых кислот. 94. Методы изучения структуры нуклеиновых кислот. 95. Клонирование ДНК. Банки данных генов. Генная инженерия. Генотерапия. Понятие о геномике. 96. Биологические объекты как стационарные системы. Сопряжение биохимических реакций. Метаболические цепи, сети и циклы. Обратимость биохимических процессов. 97. Катаболические и анаболические процессы. Единство основных метаболических путей во всех живых системах. 98. Ферментативный катализ, белки-ферменты. 99. История развития энзимологии. Понятие о ферментах как о белковых веществах, обладающих каталитическими функциями. 100. Методы выделения и очистки ферментов. 101. Основные положения теории ферментативного катализа. Энергия активации ферментативных реакций. Образование промежуточного комплекса «ферментсубстрат», доказательства его образования. 102. Понятие об активном центре фермента и методы его изучения. Теория индуцированного активного центра. Кинетика ферментативного катализа. 103. Обратимость действия ферментов. Стационарное приближение при рассмотрении ферментативных реакций. 104. Начальная скорость ферментативной реакции и метод ее определения. Уравнение Михаэлиса-Бриггса-Холдейна. Константа Михаэлиса и методы ее нахождения. 105. Единицы активности ферментов. Стандартная единица, удельная и молекулярная активность. Активность и числа оборотов фермента. 106. Кофакторы в ферментативном катализе. Простетические группы и коферменты. Химическая природа коферментов. гетероциклического ряда. Коферменты алифатического, ароматического и 106. Витамины как предшественники коферментов. Значение металлов для действия ферментов. Негеминовые железопротеиды. 107. Влияние физических и химических факторов на активность ферментов. Действие температуры и концентрации водородных ионов. Специфические активаторы и ингибиторы ферментативных процессов. 108. Механизм ингибирования ферментов. Обратимое и необратимое, конкурентное и неконкурентное ингибирование. 109. Изостерические и аллостерические лиганды-регуляторы. Кооперативность в ферментативном катализе. 110. Фермент как молекулярная машина. Модели кооперативного функционирования ферментов. Локализация ферментов в клетке. 111. Специфичность ферментов. 112. Классификация ферментов и ее принципы. 113. Оксидоредуктазы, важнейшие представители. 114. Трансферазы, важнейшие представители. 115. Гидролазы, распространение в природе, важнейшие представители, значение их в пищевой технологии. 116. Лиазы, важнейшие представители. 117. Изомеразы, важнейшие представители. 118. Лигазы, важнейшие представители. 119. Регуляция активности и синтез ферментов. Аллостерические ферменты. 120. Теория индуцированного синтеза ферментов Жакоба и Моно. 121. Основные понятия биоэнергетики. АТФ – универсальный источник энергии в биологических системах. 122. Соединения с высоким потенциалом переноса групп - макроэргические соединения (нуклеозид ди- и трифосфаты, пирофосфат, гуанидинфосфаты, ацилтиоэфиры). Энергетическое сопряжение. Фосфорильный потенциал клетки. Нуклеозид ди- и трифосфаткиназы. Аденилаткиназная и креатинкиназная реакции. 123. Терминальное окисление. 124. Механизмы активации кислорода. Оксидазы. 125. Коферменты окислительно-восстановительных реакций (НАД+/НАДН, НАДФ+/НАДФН, ФМН/ФМН-Н2, ФАД/ФАД-Н2). 126. Локализация окислительных процессов в клетке. Митохондрии и их роль как биоэнергетических машин. Локализация электрон- трансфераз в биологических мембранах. 127. Структура дыхательной цепи. Химиосмотическая теория сопряжения окислительного фосфорилирования и тканевого дыхания. 128. Электрохимическое сопряжение в мембранах и окислительное фосфорилирование, синтез АТФ. 129. Механизмы окислительного и фотофосфорилирования. Разобщители и ионофоры. Механизмы разобщения окислительного фосфорилирования и тканевого дыхания. 130. АТФ-азы их строение и функция. Общность мембранных преобразователей митохондрий, хлоропластов и хроматофоров. 131. Альтернативные функции биологического окисления. Термогенез. 132. Дыхательные цепи микросом. Цитохром Р-450 и окислительная деструкция ксенобиотиков. Активные формы кислорода, их образование и обезвреживание. Значение активных форм кислорода для функционирования клетки. 133. Углеводы и их ферментативные превращения. 134. Фосфорные эфиры сахаров и роль фосфорной кислоты в процессах превращения углеводов в организме. 135. Ферменты, катализирующие взаимопревращения сахаров и образование фосфорных эфиров. 136. Продукты окисления и восстановления моносахаридов. 137. Роль многоатомных спиртов в углеводном обмене. 138. Амилазы. Распространение в природе и характеристика отдельных амилаз. Роль амилаз в промышленности и пищеварении. 139. Биосинтез крахмала и гликогена. 140. Гетерополисахариды, гликозаминогликаны, их синтез и участие в построении соединительной ткани. 141. Углеводы водорослей (агар, альгиновая кислота, каррагинан). 142. Общая характеристика процессов распада углеводов. 143. Гликолиз и гликогенолиз как метаболическая система. 144. Взаимосвязь процессов гликолиза, брожения и дыхания. 145. Спиртовое, молочнокислое, маслянокислое брожение. 146. Химизм анаэробного и аэробного распада углеводов. 147. Аэробный и анаэробный распад углеводов. 148. Механизм окисления пировиноградной кислоты. 149. Цикл дикарбоновых и трикарбоновых кислот. Энергетическая эффективность цикла. 150. Структура и механизм действия отдельных ферментов цикла ди- и трикарбоновых кислот. 151. Прямое окисление углеводов. 152. Пентозофосфатный путь. 153. Глюконеогенез. 154. Липолиз. Ферментативный гидролиз жиров. 155. Липазы, распространение в природе и характеристика. 156. Липоксигеназы, их свойства, механизм действия. 157. Окислительный распад жирных кислот. Энергетическая эффективность распада жирных кислот. Роль карнитина в метаболических преращениях жирных кислот. 158. Бета-, альфа- и омега-окисление жирных кислот. Коэнзим А и его роль в процессах обмена жирных кислот. 159. Биосинтез жирных кислот. Синтаза жирных кислот. 160. Биосинтез триглицеридов. 161. Строение и функции мембран в клетке. 162. Биосинтез холестерина и его регуляция. Значение холестерина в организме. 163. Синтез желчных кислот. 164. Стероиды как провитамины Д. 165. Пути включения углерода, азота, серы и др. неорганических соединений в органические вещества. 166. Кетокислоты как предшественники аминокислот. 167. Прямое аминирование. 168. Переаминирование и другие пути превращения аминокислот. 169. Аминотрансферазы. Другие пути биосинтеза аминокислот. 170. Биохимия распада аминокислот. Дезаминирование аминокислот. Типы дезаминирования. Роль аспарагина, глютамина и мочевины в обмене азота. 171. Орнитиновый цикл. Структура и механизм действия трансаминаз и отдельных ферментов цикла мочевинообразования. 172. Амины и алкалоиды, пути их образования и превращений. 173. Распад нуклеопротеинов. Нуклеазы. 174. Синтез и распад пуриновых нуклеотидов. Уреотелия, урикотелия и аммониотелия. 175. Синтез и распад пиримидиновых нуклеотидов. 176. Синтез гема. Распад гема и обезвреживание билирубина. 177. Молекулярные основы подвижности биологических систем. Структура поперечно-полосатой и гладкой мускулатуры. Сократительные белки. 178. Модели функционирования мышц. Подвижность жгутиков и ресничек у микроорганизмов. 179. Поддержание ионного гомеостаза клеток. Транспортные АТФазы и ионные каналы. 180. Биохимические основы передачи нервного импульса. 181. Ионные потоки при возбуждении нерва. 182. Синаптическая передача возбуждения. 183. Медиаторы центральной нервной системы. Ацетилхолин, ацетихолинэстераза, рецепция ацетилхолина. Рецептор ацетилхолина как пример лиганд-зависимого ионного канала. 184. Понятия ген и оперон. Клеточный цикл. Активный и неактивный хроматин. Структура хромосом. Роль нуклеиновых кислот в биосинтезе белков. 185. Биосинтез нуклеиновых кислот и ДНК-полимеразы. 186. Репликация ДНК. Циклическая ДНК и технология включения генов в плазмиды. 187. Мутации и направленный мутагенез. 188. Информационная РНК как посредник в передаче информации от ДНК к рибосоме. 189. Синтез мРНК, процесс транскрипции, информосомы. 190. Посттранскрипционный процессинг мРНК. 191. Биосинтез белка. Активирование аминокислот. Транспортные РНК и их роль в процессе биосинтеза белка. 192. Генетический код. Рибосомы: структура, состав и функции. Механизм считывания информации в рибосомах. Процесс трансляции. 193. Инициация трансляции, элонгация и терминация. Полисомы. Регуляция синтеза белка. Посттрансляционные изменения в молекуле белка, процессинг. 194. Транспорт белков, их встраивание в мембраны, и проницаемость биологических мембран для биополимеров. 195. Проблемы клонирования ДНК. Цепные полимеразные реакции нуклеиновых кислот и их применение в биологии и медицине. 196. Единство процессов обмена веществ. Связь процессов катаболизма и анаболизма, энергетических и конструктивных процессов. Энергетика обмена веществ. 197. Взаимосвязь между обменами белков, углеводов, жиров и липидов. Ключевые ферменты. 198. Способы регулирования метаболизма. 199. Регулирование экспрессии генов. Наследственные болезни. 200. Кровь, плазма, лимфа. 201. Транспорт кислорода эритроцитами. 202. Кривые диссоциации оксигенированного гемоглобина. Карбоксиангидраза. 203. Буферные системы крови. 204. Система свертывания крови. Белки плазмы крови и функциональная биохимия форменных элементов крови. 205. Биохимические основы иммунитета. Понятие о цитокинах и хемокинах. Рецепторы цитокинов и хемокинов. 206. Гормоны. Классификация гормонов. Рецепторы гормонов. Тканевая и видовая специфичность рецепторов гормонов. 207. Гормоны с трансмембранным механизмом действия. Мембранные рецепторы и вторичные посредники. 208. Аденилатциклаза и фосфодиэстераза. 209. Ц-АМФ как вторичный месседжер и ковалентная модификация белковферментов. 210. G-белки. Рецепторзависимые ионные каналы. Инозитол-трифосфат и Са2+ как вторичные посредники. 211. Гормонзависимая химическая модификация белков. 212. Протеинкиназы. Простагландины. IV. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Основная литература 1. Ю. К. Василенко. Биологическая химия учебное пособие для вузов / Москва МЕДпресс-информ 2011. Режим доступа: http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:704185&theme=FEFU 2. Е. А. Строев, В. Г. Макарова, И. В. Матвеева. Практикум по биологической химии учебное пособие по специальностям высшего профессионального образования группы Здравоохранение / Москва Медицинское информационное агентство 2012. Режим доступа: http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:697639&theme=FEFU Дополнительная литература 1. Д. Г. Кнорре, С. Д. Мызина. Биологическая химия учебник для вузов / Москва Высшая школа 2003. Режим доступа: http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:3328&theme=FEFU 2. А.А. Чиркин. Практикум по биохимии учеб. пособие для вузов / Минск Новое знание 2002. / Режим доступа: http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:358730&theme=FEFU 3. И. К. Проскурина. Биохимия учебное пособие для вузов / М. Владос-Пресс 2003. Режим http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:3341&theme=FEFU доступа:
