Проректор по учебно-методической работе

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Биологический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-методической работе
______________________Е.Г. Елина
"_____" __________________2012 г.
Рабочая программа дисциплины
Биоэнергетика
Специальность
020501 - Биоинженерия и биоинформатика
Квалификация выпускника
Специалист
Форма обучения
очная
Саратов,
2012
1.Цели освоения дисциплины.
Целью освоения дисциплины «Биоэнергетика» является формирование у студентов
целостной системы знаний об основных путях, механизмах регуляции и взаимосвязи
энергетических процессов в живых организмах.
2.Место дисциплины в структуре ООП специалитета.
Цикл С.2, вариативная часть. Дисциплина изучается в 6 семестре.
Изучение дисциплины «Биоэнергетика» предполагает наличие у студентов знаний
микробиологии, биохимии, физиологии человека и животных, клеточной биологии,
биофизике. Кроме того, для успешного освоения курса необходимы знания
неорганической, органической химии, физики. Освоение данной дисциплины как
предшествующей желательно для таких дисциплин, как биоинженерия, биоинформатика.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины.
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ПК-16, 20, 21.
- способностью проводить экспериментальные работы с клетками и культурами
клеток и владением методами исследования и анализа живых систем, а также
математическими методами обработки результатов биологических исследований (ПК-16);
- способностью проводить наблюдения, описания, идентификации, классификации,
культивирования биологических объектов, выделять и исследовать субмикроскопические
структуры, использовать методические приемы для целенаправленного изменения
природных генов и геномов (ПК-20);
- способностью владеть приемами экспериментальной работы с клетками и
культурами клеток, физико-химическими методами исследования макромолекул,
методами исследования и анализа живых систем, математическими методами обработки
результатов биологических исследований, опытом лабораторных работ, основами
биоинженерии, необходимыми для создания биоинженерных объектов (ПК-21);
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:
-основные понятия и термины биоэнергетики;
-разнообразие путей превращения энергии в живых организмах;
-механизмы и закономерности преобразования энергии в биологических системах;
- методы экспериментальной работы с биообъектами;
- принципы термодинамической организация биосистем.
- основные этапы эволюции энергетических систем и процессов.
Уметь:
- спланировать и провести физиологические эксперименты;
- применять методы качественного и количественного анализа для выяснения
функционального назначения процессов энергообеспечения в биосистемах;
- описывать и объяснять результаты экспериментов;
- использовать знания, полученные при изучении дисциплины в профессиональной
деятельности.
Владеть:
- методами физиологических исследований;
-методами статистической обработки полученных данных;
- навыками использования в профессиональной деятельности базовых знаний по
энергетике биосистем.
4. Структура и содержание дисциплины.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов.
1
1
2
3
4
5
2
Введение
Единство процессов энергетического и пластического
обмена живых организмов.
Преобразование энергии в
живой клетке.
Особенности преобразовании энергии в растительных
организмах. Фотосинтетическая способность растений.
Особенности дыхания
фотосинтезирующей клетки
3
6
6
6
6
6
Основные пути
использование энергии в
живых организмах.
6
Интеграция и регуляция
энергетического обмена.
6
8
Эволюция энергетических
систем.
9
6
7
4
1
9
5
2
1
9
2
2
3
10
4
2
3
4
5
11-12
5
6
13-14
2
4
2
6
7
Самостоятельная
работа
Практические
Семинары
Виды учебной работы, включая
самостоятельную работу студентов
и трудоемкость (в часах)
Лекции
Раздел дисциплины
Неделя
семестра
№
п/п
Семестр
4.1. Структура дисциплины.
8
4
2
10
2
10
4
10
8
2,
2
10
8
6
15
2
10
7,
15
4
6
8
2
6
Основные перспективы и
проблемы современной
энергетики биосистем.
6
8
16
2
10
Промежуточная аттестация
ИТОГО
6
6
2
10
2
4
32
32
36
116
Формы текущего
контроля
успеваемости (по
неделям семестра)
Формы
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
9
устный
контроль,
реферат
устный и
письменный
контроль
устный и
письменный
контроль,
реферат
устный и
письменный
контроль,
реферат
устный и
письменный
контроль,
реферат
устный и
письменный
контроль,
реферат
устный и
письменный
контроль
письменный
контроль,
реферат
устный и
письменный
контроль,
контрольная
работа
Экзамен
144 ч.
4.2. Содержание дисциплины
Раздел 1. Введение.
Предмет и задачи. Краткий исторический обзор работ по биоэнергетике. Вклад
отечественных ученых в развитие биоэнергетики.
Раздел 2. Единство процессов энергетического и пластического обмена живых
организмов.
Обмен веществом и энергией как фундаментальное свойство жизни. Энергия как
количественная характеристика движения материи. Термодинамическая организация
биосистем. Понятия энтальпии, энтропии, свободной энергии. Принцип устойчивого
неравновесия как всеобщий закон существования биологических систем.
Раздел 3. Преобразование энергии в живой клетке.
Основные метаболические пути, связанные с накоплением и использованием
высокоэнергетических продуктов. Конвертируемые энергетические «валюты» клетки. Общая
характеристика макроэргических соединений, их классификация и роль клеточном метаболизме. Внутриклеточная локализация энергетического обмена. Субстратное фосфорилирование. Химизм и баланс энергии при субстратном фосфорилировании. Энергетическая
значимость пентозофосфатного пути окисления субстратов. Пути аэробного окисления
органических веществ. Энергообразующие функции цикла трикарбоновых кислот. Энергетический баланс цикла Кребса. Современные представления об энергопреобразующих
структурах клетки. Преобразование энергии на сопрягающих мембранах клетки. Строение
и функции сопрягающих мембран. Фотосинтетическая и дыхательная электронтранспортные цепи (ЭТЦ). Компоненты ЭТЦ. Особенности организации ЭТЦ
митохондрий,
хлоропластов,
бактерий.
Окислительное
фосфорилирование.
Альтернативные пути транспорта электронов (лизосомы, пероксисомы, микросомы).
Раздел 4. Особенности преобразовании энергии в растительных организмах.
Фотосинтетическая способность растений.
Солнечная радиация – как источник энергии. Структурная и биохимическая
организация фотосинтетического аппарата растений. Пигментные системы растений, их
значение в поглощении и преобразовании энергии. Энергетические взаимодействия
пигментов в антенных комплексах и реакционных центрах фотосистем. Циклическое и
нециклическое фотофосфорилирование. Пути использования энергии света, мобилизуемой фотосинтетическими пигментами. Термодинамические аспекты фотосинтеза.
Механизмы регуляции фотосинтетических процессов. Особенности фотосинтетического
процесса у различных форм растений. Пути повышения эффективности фотосинтеза.
Раздел 5. Особенности дыхания фотосинтезирующей клетки.
История развития учения о дыхании растений, как ведущем окислительновосстановительном процессе. Диссимиляция веществ как источник энергии для разнообразных процессов клеточного метаболизма. Химизм и взаимосвязь процессов брожения и
дыхания. Дыхательные субстраты. Биохимические пути окисления дыхательных субстратов в
растительной клетке, особенности и термодинамическая эффективность каждого. Особенности организации митохондрий растений. ЭТЦ митохондрий растений. Альтернативные
механизмы и пути терминального окисления. Природа метаболитов, образующихся при
преобразовании дыхательных субстратов, пути их дальнейшего использования в метаболизме клетки. Особенности дыхания растений различных экологических групп растений.
Раздел 6. Основные пути использование энергии в живых организмах.
Альтернативные функции клеточного дыхания. Диссипация энергии при
терморегуляции. Мембранный транспорт. Энергетическое обеспечение транспортных
процессов через биомембраны. Биохимические и энергетические аспекты синтеза
аминокислот и белков. Энергозависимые этапы синтеза нуклеиновых кислот, липидов,
углеводов. Термодинамические принципы энергетические процессов при напряжённой
мышечной деятельности. Преобразование химической энергии в механическую в
системах механической подвижности. Осмотическая работа в клетке.
Раздел 7. Интеграция и регуляция энергетического обмена.
Генезис механизма управления, его системоорганизующая роль, философский
статус. Информационные процессы и целенаправленное управление в биосистемах.
Организм как система целесообразного регулирования. Возможность управляющего
воздействия на организм - как открытую самоорганизующуюся систему. Взаимосвязь
различных типов энергетического обмена. Эффект Пастера. Регуляция потоков восстановительных эквивалентов между цитозолем и митохондриями. Краткая характеристика регуляторных ферментов. Представления об автоколебаниях и автономной регуляции энергетических
обменных процессах. Активные формы кислорода и оксидативная модификация макромолекул. Нефосфорилирующее дыхание как механизм, предотвращающий образование
активных форм кислорода. Состояние и регуляция энергетического обмена при паталогии.
Раздел 8. Эволюция энергетических систем.
Сопряженная эволюция среды обитания типов питания и фотосинтеза растений.
Гетеротрофный тип питания. Автотрофное питание. Генетическое родство хлоропластов и
митохондрий. Эволюция механизмов фосфорилирования. Основные этапы эволюции
энергетических систем и процессов. Эволюция Н+-помпы и связанных с ней транспортных
и энергетических систем. Эволюция отдельных элементов энергопреобразующих систем.
Раздел 9. Основные перспективы и проблемы современной биоэнергетики биосистем.
Использование принципов биоэнергетики для решения современных проблем
физиологии растений, физиологии человека и животных, биотехнологии, медицины, спорта.
5. Образовательные технологии
В ходе реализации программы по курсу используются следующие образовательные
технологии:
1. Интерактивное обучение - диалоговое обучение, в ходе которого осуществляется
взаимодействие преподавателя и обучаемого; вовлечение в процесс познания
максимального количества учащихся, в атмосфере доброжелательности и взаимной
поддержки. Для этого на лекциях предполагается использовать систему презентации с
демонстрацией отдельных задач виртуального практикума;
2. На лекциях и практических занятиях используются образовательные технологии:
«Мозговая атака», «Ролевая игра», Тестирование, «Мини-лекция», мастер-классы с
привлечением специалистов по реализации инструментальных методов исследования;
разработка «Проекта (схемы) исследования»; приобретение навыков работы на приборах;
приготовление препаратов растительных тканей.
3. Подготовка рефератов, докладов, рецензий на семинарах;
4. Привлечение студентов к научной работе на кафедре.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
Организация и контроль выполнения самостоятельной работы студентами
осуществляется через систему аналитических таблиц, выполняемых в рабочих тетрадях, а
также через представление устных докладов, подготовленных во время семестра. Доклады
завершаются дискуссией по основным вопросам, затронутым в устных сообщениях.
Для самостоятельной проработки различных тем и выполнения заданий
обучающиеся используют учебную и учебно-методическую литературу.
Предполагаются следующие виды самостоятельной работы – написание рефератов,
составление словариков терминов, используемых в данной дисциплине, списка
персоналий с указанием наиболее важных открытий названных ученых в области
биоэнергетики, составление таблиц, схем различных процессов.
6.1. Вопросы для текущего контроля
Занятие 1. История развития учения о биологическом окислении. Единство
процессов энергетического и пластического обмена живых организмов
1. Предмет и задачи биотехнологии.
2. Роль российских ученых в развитие учения о биологическом окислении.
3. Обмен веществом и энергией как фундаментальное свойство жизни.
Энергия как количественная характеристика движения материи.
Понятие энтропии и свободной энергии.
Термодинамическая организация слабонеравновесных и сильнонеравновесных систем.
Принцип устойчивого неравновесия как всеобщий закон существования
биологических систем. Работы И. Пригожина.
Занятие 2. Преобразование энергии в живой клетке.
1. Классификация макроэргических соединений, их и роль клеточном метаболизме.
2. Особенности обмена и функции нуклеотидтриофосфатов.
3. Представления об энергетическом заряде Аткинсона для аденилнуклеотидов.
Высокоэнергетические и низкоэнергетические фосфаты.
4. Особенности строения сопрягающих мембран.
5. Преобразование энергии на сопрягающих мембранах клетки.
6. Реакции переноса электронов и особенности организации ЭТЦ митохондрий.
7. Переносчики электронов, общие для всех всех типов электрон-транспортных цепей
(флавопротеиды, цитохромы, железосерные белки, хиноны)
8. Молекулярные механизмы аккумуляции энергии в реакциях субстратного фосфорилирования.
9. Химизм и энергообразующие функции цикла трикарбоновых кислот.
10. Химизм и энергетический баланс цикла Кребса.
Занятие 3. Фотосинтетическая способность растений. Структурная и
биохимическая организация фотосинтетического аппарата растений.
1. Солнечная радиация – как источник энергии.
2. Природа основных реакций и физико-химические основы фотосинтеза.
3. Лист как специализированный орган поглощения и преобразования солнечной энергии.
4. Пигментные системы растений. Физико-химические свойства. Значение в поглощении
и преобразовании энергии.
5. Содержание отдельных групп пигментов в листьях растений различных
экологических типов.
Занятие 4. Фотосинтетическая способность растений. Зависимость фотосинтеза от
внешних условий и физиологического состояния растительного организма.
1. Структурно-функциональная организация фотосистем.
2. Энергетические взаимодействия пигментов в антенных комплексах и реакционных центрах.
3. ЭТЦ хлоропластов. Компоненты ЭТЦ, их природа и свойства.
4. Фотосинтетическое фосфорилирование. Основные типы и физиологическое значение.
5. Структурно-функциональная организация АТФ-синтазного комплекса.
6. Фотосинтез - как основа продуктивности растений.
7. Влияние на фотосинтез процесс интенсивности и спектрального состава света.
8. Влияние на фотосинтетический процесс температуры и водоснабжения.
9. Влияние на фотосинтетический процесс концентрации кислого газа.
10. Различные типы метаболизма углерода при фотосинтезе.
Занятие 5. Особенности дыхания фотосинтезирующей клетки. Биохимические
пути окисления дыхательных субстратов в растительной клетке.
1. Взаимосвязь процессов брожения и дыхания.
2. Особенности и термодинамическая эффективность биохимических путей окисления
дыхательных субстратов в растительной клетке.
3. Особенности организации митохондрий.
4. Особенности организации ЭТЦ митохондрий растений. Скорость транспорта
электронов по ЭТЦ.
Занятие 6. Особенности дыхания фотосинтезирующей клетки.
1. Понятия интенсивности дыхания, дыхательного коэффициента.
2. Разнообразие дыхательных субстратов.
3. Природа метаболитов, образующихся при преобразовании дыхательных субстратов,
пути их дальнейшего использования в метаболизме клетки.
4.
5.
6.
7.
Зависимость дыхания от факторов окружающей среды.
Зависимость дыхания от возраста, условий развития растений, характера
дыхательного материала.
6. Особенности дыхания растений различных экологических групп растений.
Занятие 7. Основные пути использование энергии в
живых организмах.
Интеграция и регуляция энергетического обмена.
1. Рассеивание энергии при терморегуляции.
2. Типы переноса веществ через мембраны. Энергетическое обеспечение транспортных процессов.
3. Энергозависимые этапы синтеза белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов.
4. Основные принципы преобразования химической энергии в механическую.
Термодинамические принципы энергетических процессов при напряжённой
мышечной деятельности.
5. Источники энергии при мышечной работе, их превращения в энергетическом обмене.
6. Особенности регуляции биоэнергетических процессов при мышечной деятельности.
7. Организм как система целесообразного регулирования. Возможность управляющего
воздействия на организм – как открытую самоорганизующуюся систему.
8. Автоколебания и автономная регуляция энергетических обменных процессов.
9. Молекулярные механизмы, лежащие в основе эффекта Пастера.
10. Нефосфорилирующее дыхание – механизм, предотвращающий образование активных
форм кислорода.
11. Изменения и регуляция энергетического обмена при паталогических процессах.
Занятие 8. Основные перспективы и проблемы современной биоэнергетики биосистем.
1. Использование принципов биоэнергетики для решения современных проблем
физиологии растений и физиологии человека и животных.
2. Биоэнергетика и актуальные проблемы современной медицины.
3. Энергетические и энтропийные механизмы развития и старения.
4. Использование принципов биоэнергетики в биотехнологии.
5. Биоэнергетика спорта.
4.
5.
1.
2.
3.
1.
2.
3.
1.
2.
3.
6.2. Контрольная работа
Вариант №1
Почему дыхание называют центральным звеном обмена веществ в растении?
Влияние на фотосинтез концентрации кислорода. Эффект Варбурга.
Существует мнение, что вредно оставлять на ночь цветы в комнате, так как они
поглощают кислород, необходимый для дыхания человека. Насколько обоснованны
эти опасения? Для ответа на этот вопрос подсчитайте, до какой величины (%)
снизится содержание кислорода против обычного – (21% по объему) в комнате
объемом в 45 куб. м в течение 10 часов за счет дыхания растений, общим весом 2 кг.
Интенсивность дыхания 12 мл кислорода на 1 г веса в сутки.
Вариант №2
Почему дыхание представляет собой не прямое окисление субстрата, а многоэтапный процесс?
Какие признаки, характерные для суккулентов, осуществляющих фотосинтез по С–4
пути, способствуют лучшему перенесению засушливых условий?
Измерение фотосинтеза методом листовых пластинок проводилось с 8 до12 часов.
Взвешивание высушенных проб листьев дало следующие результаты: а) освещенные
листья: 8 ч.-0,2203 г, 12 ч.-0,2603 г; б) затемненные листья: 8 ч.-0,2350 г, 12 ч.-0,2050 г.
Площадь всех проб была одинаковой и составляла 100 см2. Вычислить интенсивность
фотосинтеза.
Вариант №3
Каково влияние рН на фотосинтез, в чем конкретно оно может проявляться?
Охарактеризуйте основные энергетические «валюты» клетки.
Интенсивность фотосинтеза составляет 20 мг/дм2 час. Поверхность листьев равна 2,5
м2. Сколько органического вещества выработает растение за 30 минут.
1.
2.
3.
1.
2.
3.
1.
2.
3.
1.
2.
3.
1.
2.
3.
1.
2.
3.
1.
2.
3.
Вариант №4
Растения одного вида освещали сначала красным, а затем синим светом такой же
интенсивности. В каких лучах будет интенсивнее поглощаться углекислота и почему?
Отличия энергообеспечения гетеротрофных и автотрофных организмов.
20 г почек выделили за 30 минут 4 мг углекислого газа. Определить интенсивность
дыхания на 1 г сухого веса в 1 час, если влажность почек составляет 55 % к сырому весу.
Вариант №5
Почему пигмент реакционного центра должен иметь наиболее длинноволновый
максимум поглощения?
Значение формирования высокоорганизованных внутренних структур митохондрий и
хлоропластов.
Сколько углекислого газа выделит 2 кг семян за сутки? Известно, что интенсивность
дыхания этих семян составляет 0, 09 мг углекислого газа в 1 час на 1 г сухого веса.
Содержание воды в семенах 35%.
Вариант №6
Какую роль в процессе фотосинтеза играют свет и вода?
Баланс энергии при субстратном фосфорилировании.
22 г. проростков выделили за 30 минут 6 мг углекислого газа. Определить
интенсивность дыхания на 1 г сухого веса в 1 час, если влажность проростков
составляет 58 % к сырому весу.
Вариант №7
Какие продукты дыхания могут служить исходным веществом для синтеза жиров?
Почему при снижении уровня оводненности тканей растений наблюдается угнетение
фотосинтеза?
Измерение фотосинтеза методом листовых пластинок проводилось с 8 до12 часов.
Взвешивание высушенных проб листьев дало следующие результаты: а) освещенные
листья: 8 ч – 0,2203 г, 12 ч – 0,2603 г; б)затемненные листья: 8 ч – 0,2350 г, 12 ч –
0,2050 г. Площадь всех проб была одинаковой и составляла 100 см2. Вычислить
интенсивность фотосинтеза (г/сут.м2).
Вариант №8
Какие особенности строения молекулы хлорофиллов обеспечивают оптические
свойства этих пигментов?
Альтернативные функции клеточного дыхания.
Сколько органического вещества выработает растение за 15 минут, если известно, что
интенсивность фотосинтеза составляет 20 мг/дм2· час, а поверхность листьев равна 2,5 м2?
Вариант №9
Как значение дыхательного коэффициента зависит от природы дыхательного субстрата?
Биологический смысл фотодыхания.
Существует мнение, что вредно оставлять на ночь цветы в комнате, так как они
поглощают кислород, необходимый для дыхания человека. Насколько обоснованны
эти опасения? Для ответа на этот вопрос подсчитайте, до какой величины (%)
снизится содержание кислорода против обычного – (21% по объему) в комнате
объемом в 30 куб. м в течение 10 часов за счет дыхания растений, общим весом 3 кг.
Интенсивность дыхания 12 мл кислорода на 1 г веса в сутки. (1 л = 1 куб. дм; 1 куб. м
= 1 000 куб. дм)
Вариант №10
Сущность работы реакционного центра фотосистем.
Структурные аспекты и природа макроэргичности молекул АТФ.
Известно, что интенсивность дыхания проростков составляет 0, 1 мг углекислого газа
в 1 час на 1 г сухого веса. Содержание воды в проростках 60%. Сколько углекислого
газа выделит 1 кг проростков за сутки?
6.3. Темы рефератов
1. Вклад российских ученых в развитие учения о биологическом окислении.
2. Дыхание – как функция приспособления растений
к среде. Современные
энергетические процессы, как результат эволюции биосистем.
3. Фотодыхание. Возникновение фотодыхания в процессе эволюции биоэнергетических
процессов. Биологический смысл.
4. Принципы управления энергетическим обменом в биосистемах.
5. Взаимодействие информационного и энергетического аспектов в процессах
самоорганизации.
6. Энергетические и энтропийные механизмы развития и старения.
7. Энергетический обмен больного растения.
8. Регуляция транспорта электронов по электрон-транспортной цепи.
9. Физико-химические особенности каротиноидов и их значение в поглощении и
преобразовании энергии.
10. Сопряжение транспорта электронов с формированием трансмемебранного градиента
электрохимического потенциала.
11. Физиологическое значение фотосинтетического фосфорилирования.
12. Метаболизм углерода при фотосинтезе.
13. Клетка как система целесообразного саморегулирования.
14. Понятие обратных связей и их роль в регуляции метаболических процессов.
15. Механизмы внутриклеточной регуляции.
16. Циклическая светозависимая редокс-цепь фотосинтезирующих бактерий.
17. Нециклическая светозависимая редокс-цепь зеленых бактерий, хлоропластов и
цианобактерий.
18. Специфические методы мембранной биоэнергетики: измерение мембранного потенциала.
19. Устойчивое неравновесие – как всеобщий закон существования биосистем. Работы И.
Пригожина.
20. Основные механизмы использования бактериями энергии света. Типы фотосинтеза у
бактерий.
21. Основные доноры электронов, используемые бактериями при дыхании.
22. Особенности строения и функционирования дыхательной цепи бактерий.
23. Брожение как способ получения энергии. Причины низкой энергетической
эффективности брожений.
24. Количественные характеристики процессов энергообразования в организме человека
и животных: максимальная мощность, метаболическая ёмкость, эффективность.
Факторы, их определяющие.
25. Понятие о метаболических состояниях организма человека. Биоэнергетические
показатели метаболических состояний.
26. Биоэнергетические факторы, определяющие уровень развития скоростно-силовых
качеств спортсменов. Биоэнергетические основы средств и методов скоростносиловой подготовки в спорте.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
6.4. Вопросы для промежуточной аттестации
Предмет и задачи биоэнергетики.
Развитие биоэнергетики как науки. Вклад отечественных ученых в развитие
биоэнергетики.
Обмен веществом и энергией как фундаментальное свойство жизни. Упорядоченность
биосистем и обмен энергией с окружающей средой.
Энергия как количественная характеристика движения материи.
Термодинамическая организация биосистем. Принцип устойчивого неравновесия как
всеобщий закон существования биологических систем.
Общая характеристика макроэргических соединений, их классификация и роль
клеточном метаболизме.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
Основные понятия термодинамической организации системы: энтальпии, энтропии,
свободной энергии.
Немембранные биоэнергетические системы растительной клетки.
Особенности энергетических процессов в бактериальной, растительной, животной
клетках.
Сопряженная эволюция среды обитания типов питания и фотосинтеза растений.
Генетическое родство хлоропластов и митохондрий.
Основные метаболические пути, связанные с накоплением и использованием
высокоэнергетических продуктов.
Внутриклеточная локализация энергетического обмена.
Субстратное фосфорилирование. Химизм и баланс энергии при субстратном
фосфорилировании.
Пути аэробного окисления органических веществ. Энергетический баланс.
Преобразование энергии на сопрягающих мембранах клетки.
Фотосинтетическая и дыхательная электрон-транспортные цепи (ЭТЦ). Компоненты ЭТЦ.
Особенности организации ЭТЦ митохондрий, хлоропластов, бактерий.
Окислительное фосфорилирование.
Структурная и биохимическая организация фотосинтетического аппарата растений.
Пигментные системы растений, их значение в поглощении и преобразовании энергии.
Фотосистемы. Энергетические взаимодействия пигментов в антенных комплексах и
реакционных центрах фотосистем.
Пути использования энергии света, мобилизуемой фотосинтетическими пигментами.
Циклическое и нециклическое фотофосфорилирование.
Механизмы
регуляции
фотосинтетических
процессов.
Пути
повышения
эффективности фотосинтеза.
Особенности фотосинтетического процесса у различных форм растений.
Химизм и взаимосвязь процессов брожения и дыхания.
Дыхательные субстраты.
Биохимические пути окисления дыхательных субстратов в растительной клетке,
особенности и термодинамическая эффективность каждого.
Природа метаболитов, образующихся при преобразовании дыхательных субстратов,
пути их дальнейшего использования в метаболизме клетки.
Особенности дыхания растений различных экологических групп растений.
Регуляция метаболических процессов в растительном организме. Генезис механизма
управления, его системоорганизующая роль.
Информационные процессы и целенаправленное управление в биосистемах.
Биологический организм как система целесообразного регулирования. Механизмы и
свойства биологической саморегуляции.
Возможность управляющего воздействия на растительный организм – как открытую
самоорганизующуюся систему.
Терморегуляция в биосистемах.
Энергетическое обеспечение транспортных процессов через биомембраны.
Термодинамические принципы процессов преобразования химической энергии в
механическую при мышечной деятельности.
Организм как система целесообразного регулирования.
Взаимосвязь различных типов энергетического обмена.
Представления об автоколебаниях и автономной регуляции энергетических обменных
процессах.
Активные формы кислорода и оксидативная модификация макромолекул.
Нефосфорилирующее дыхание как механизм, предотвращающий образование
активных форм кислорода.
Состояние и регуляция энергетического обмена при патологии.
1.
2.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1.
2.
3.
4.
5.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
а) основная литература:
Физиология растений: Учебник / Н.Д.Алехина и др.; под ред. И.П.Ермакова. – М.:
Академия, 2005.-634 с.
Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология: учебное пособие. –М.:
МАИК «Наука(интерпериодика)», 2002. – 444 с.
б) дополнительная литература:
Булер П. Термодинамика вещества живой материи. - Екатеринбург: Урал-ЭКО-Центр,
2007. - 190 с.
Волькенштейн М. В. Биофизика. СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2008. – 594 с.
Комиссаров Г. Г. Фотосинтез: физико-химический подход. - М. : Едиториал УРСС,
2003. - 223 с.
Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия : учеб. для вузов.- М.: Дрофа, 2004. - 638 с.
Нарушения биоэнергетики в патологии и пути их восстановления: сб. материалов
симпозиума. - М. , 1993. - 217 с.
Рубин, Андрей Борисович. Биофизика. Т. 2:Биофизика клеточных процессов. - М.: Кн.
дом "Университет", 2000. – 467 с.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
Библиотека биолога: http://lib.e-science.ru/book/?c=4
Скулачев В.П. Биохимия мембран. Книга 6. Биоэнергетика: Мембранные
преобразователи энергии: http://freebooks4study.com/referat3683-down.html
Природа: http://ras.ru/publishing/nature.aspx
Успехи современной биологии: http://elibrary.ru/issues.asp?id=7753
Элементы. Сайт новостей фундаментальной науки: http://elementy.ru/news
Материально-техническое обеспечение дисциплины.
Таблицы. Слайды, фотографии. Лабораторное оборудование: лабораторная посуда,
химические реактивы, приборы (весы, ФЭК, спектрофотометр, рН-метры). Лабораторные
растения, семена растений. Учебно-методическая литература.
Компьютеры для обработки экспериментальных данных, мультимедийные
презентации, мультимедийная установка
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО № 66 от
17.03.2011 г. с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по специальности 020501
Биоинженерия и биоинформатика.
Автор:
доцент кафедры микробиологии
и физиологии растений, к.б.н.
____________________ В.В. Коробко
Программа одобрена на заседании кафедры микробиологии и физиологии растений
от «____» ___________ 2012 г., протокол №____.
Подписи:
Зав. кафедрой микробиологии
и физиологии растений, д.б.н.
Декан биологического факультета
д.б.н., профессор
____________________ С.А. Степанов
_______________________ Г.В. Шляхтин