РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по учебной работе
_________________________Волосникова Л.М.
__________ _____________ 2013г.
БИОХИМИЯ МЕМБРАН С ОСНОВАМИ БИОТЕХНОЛОГИЙ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов 020200.62 направление Биология; Специализация: «Биохимия», форма
обучения – очная
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы _____________________ /Кыров Д.Н./
«______»___________2013 г.
Рассмотрено на заседании кафедры анатомии и физиологии человека и животных
(«__» _______ 2013 протокол № _) Соответствует требованиям к содержанию,
структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 12 стр.
Зав. кафедрой ________________/Соловьев В.С./
«__» __________ 2013 г.
Рассмотрено на заседании УМК Института биологии от «31» октября 2013 протокол
№2
Соответствует ГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК ______________________/Мелентьева А.А./
«__» ___________ 2013 г.
«СОГЛАСОВАНО»
Заведующий библиотекой биологической литературы
Института биологии
_________________/Киприна Н.И.
«__» ___________ 2013 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ_____________/Фарафонова И.Ю./
«______»_____________2013 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт биологии
Кафедра анатомии и физиологии человека и животных
Кыров Д.Н.
БИОХИМИЯ МЕМБРАН С ОСНОВАМИ БИОТЕХНОЛОГИЙ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов 020200.62 направления «Биология», Специализация:
Биохимия, форма обучения – очная
Тюменский государственный университет
2013
Кыров Д.Н. Биохимия мембран с основами биотехнологий. Учебнометодический комплекс. Рабочая программа для студентов 020200.62
направления «Биология», специализация: Биохимия, форма обучения - очная.
Тюмень, 2013, 12 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ГОС
ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю
подготовки.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
Биохимия мембран с основами биотехнологий [электронный ресурс]/ Режим
доступа: http://www.umk.utmn.ru, свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой анатомии и физиологии человека и
животных. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского
государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: Соловьев Владимир Сергеевич, д.м.н.,
профессор, заведующий кафедрой анатомии и физиологии человека и
животных
© Тюменский государственный университет, 2013.
© Кыров Д. Н. 2013.
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа включает следующие разделы:
1. Пояснительная записка:
1.1. Цели и задачи дисциплины
Цель: Формирование у студентов представления о строении и функциях биологических
мембран и методах, применяемых в биотехнологии.
Задачи: изучить строение и свойства мембран и их компонентов, биохимию мембранных
процессов, обсудить и освоить методы биотехнологии мембран.
1.2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Цикл ДС, дисциплина специализации.
Содержание дисциплины: введение в историю биомембранологии, характеристика
мембранных компонентов, методы исследования белков и липидов мембраны,
мембранный транспорт и преобразователи энергии.
Содержание данной дисциплины необходимо для освоения следующих дисциплин –
выпускная квалификационная работа.
В качестве предпосылочных знаний для освоения данной дисциплины необходимы:
структура и функции ферментов, биохимия углеводов и липидов, функциональная
биохимия клеточных структур, биохимия белков.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
 Знать:
базовые представления об основах биохимии мембран, о строении и химическом
составе биологических мембран различных тканей и организмов
общие аспекты мембранного транспорта и организации мембранного преобразования
энергии;
 Уметь:
Проводить анализ научной литературы, демонстрировать базовые представления по
биотехнологии, применять их на практике, критически анализировать полученную
информацию и представлять результаты исследований
 Владеть:
Методами, используемыми в современной биомембранологии, методами определения
качественного и количественного состава биологических мембран различных тканей,
навыками научной дискуссии
2.
Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр 8. Форма промежуточной аттестации - зачет. Общая трудоемкость
дисциплины составляет 58 часа
Тематический план.
3.
Таблица 1
Самост.
работа
Итого
количество
баллов
Итого часов по
теме
из них в
интерактивной
форме, в часах
Виды учебной работы
и самостоятельная
работа, в час.
Лекции
Семинарск.
(практич)
занятия
Тема
№
Недели сем.
Тематический план
1
2
6
7
2
4
6
3-4
4
4
8
3
0-10
5-6
4
2
6
2
0-10
10
10
20
5
0-30
7-8
2
4
6
9-10
4
4
8
2
0-10
11-12
4
2
6
3
0-10
10
10
20
5
0-30
13-14
4
6
10
3
0-10
15-16
4
4
8
3
0-30
8
10
18
6
0-40
Итого (часов, баллов)
28
30
58
Из них в интерактивной форме
6
10
Модуль 1
Введение
в
биомембранологию.
1.1
Характеристика мембранных
компонентов.
1.2
Использование липосом для
изучения
биологических
мембран.
1.3
3
4
1-2
Всего
Модуль 2
Методы
модификации
мембран.
2.1
Физические
методы
исследования
мембран
и
мембранных белков.
2.2
Мембранные процессы.
2.3
Всего
Модуль 3
Ионные каналы.
3.1
Мембранные
механизмы
регуляции метаболизма.
3.2
Всего
5
8
9
0-10
0-10
0-100
16
Таблица 2
Модуль 1
1.1
0-8
0-2
0-10
1.2
0-8
0-2
0-10
1.3
0-8
0-2
0-10
Всего
Модуль 2
0-24
0-6
0-30
2.1
0-8
0-2
0-10
2.2
0-8
0-2
0-10
2.3
0-8
0-2
0-10
Всего
Модуль 3
0-24
0-6
0-30
3.1
0-3
0-2
0-10
3.2
Всего
Итого
0-3
0-6
0-54
0-2
0-4
0-16
Реферат
Тест
Письменные работы
Ответ на
лекции
№ темы
Устный опрос
Итого
количество
баллов
Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
0-30
0-30
0-30
0-30
0-40
0-100
Таблица 3
Планирование самостоятельной работы студентов
Модуль 1
Введение
в
биомембранологию.
1.1
1.2
Характеристика
мембранных
компонентов.
1.3
Использование
липосом для изучения
биологических
мембран.
Всего по модулю 1
Модуль 2
Обязательные
Дополнительные
Кол-во баллов
Модули и темы
Объем часов
№
Неделя сем.
Виды СРС
Подготовка к
промежуточному
тестированию по теме.
Углубление и
систематизация
полученных знаний с
использованием
основной литературы
1-2
4
0-10
Углубление и
систематизация
полученных знаний с
использованием
основной литературы
3-4
4
0-10
Углубление и
систематизация
полученных знаний с
использованием
основной литературы,
Составление
презентации (по выбору)
5-6
2
0-10
10
0-30
Подготовка к
промежуточному
тестированию по теме
Знакомство с содержанием
электронных источников
(по теме)
Подготовка к
промежуточному
тестированию по теме,
подготовка к лекции по
теме
Знакомство с содержанием
электронных источников
(по теме)
Методы модификации
мембран.
2.1
2.2
Физические методы
исследования
мембран
и
мембранных белков.
Мембранные
процессы.
2.3
проверочный тест по
предыдущему модулю
подготовка к лекции по
теме
Подготовка к
промежуточному
тестированию по теме,
подготовка к лекции по
теме
Самостоятельное изучение
темы с использованием
основной лит-ры,
Углубление и
систематизация
полученных знаний с
использованием
основной литературы
Составление
презентации (по выбору)
Углубление и
систематизация
полученных знаний с
использованием
основной литературы,
Составление
презентации (по выбору)
Подготовка доклада и
презентации по теме
7-8
4
0-10
9-10
4
0-10
11-12
2
0-10
10
0-30
Всего по модулю 2
Модуль 3
Ионные каналы.
Углубление и
систематизация
полученных знаний с
использованием
основной литературы,
Составление
презентации (по выбору)
13-14
6
0-10
Углубление и
систематизация
полученных знаний с
использованием
основной литературы
15-16
4
0-30
Всего по модулю 3
10
0-40
ИТОГО
30
0-100
3.1
Мембранные
механизмы регуляции
метаболизма.
3.2
Проверочный тест по
предыдущему модулю
подготовка к лекции по
теме
Знакомство с содержанием
электронных источников
(по теме)
Подготовка к
промежуточному
тестированию по теме,
подготовка к лекции по
теме, подготовка реферат
по теме
Научная дискуссия «Роль
gpcr-рецепторов в
биотехнологии и
медицине»
4.
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
1
Наименование
обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
Выпускная
квалификационная работа
Темы дисциплины необходимые для изучения
обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8
+
+
+
+
+
+
+
+
5.
Содержание дисциплины.
Тема 1. Введение в биомембранологию. Клеточная теория строения тканей и
история исследования мембран. Состав биологических мембран, их белковые, липидные и
углеводные компоненты. Биологическое значение клеточных мембран.
Тема 2. Характеристика мембранных компонентов. Физико-химические
свойства и классификация мембранных липидов. Природа сил, формирующих бислой.
Свойства бислоя. Мембранные белки. Модификация бислоя белком. Белок-липидные
взаимодействия. Мембрана как кооперативная система.
Тема 3. Использование липосом для изучения биологических мембран.
Основные приемы выделения, очистки и реконструкции мембранных компонентов.
Получение природных липидов для целей медицины и биотехнологии. Приготовление и
использование липосом для целей медицины и научных исследований. Характеристика
липосом в растворе. Оптические свойства суспензии липосом. Встраивание белков в
липосомы и бислойные липидные мембраны – БЛМ. Протеолипосомы.
Тема 4. Методы модификации мембран. Характеристика природных и
искусственных мембран. Детергенты, их классификация и способы применения.
Природные
модификаторы
мембран:
перекисное
окисление,
фосфолипазы,
липидпереносящие белки, холестерин. Модификация мембран клетки при патологиях.
Тема 5. Физические методы исследования мембран и мембранных белков.
Спектроскопические, флуоресцентные, рентгеновские методы исследования. ЭПР и ЯМР.
Хроматография, гель-фильтрация. Ультрацентрифугирование. Особенности работы с
мембранными
ферментами.
Выделение
мембранных
ферментов.
Аффинная
хроматография. Использование мобилизованных ферментов для целей биотехнологии.
Тема 6. Мембранные процессы. Классификация процессов, протекающих на
клеточных мембранах. Особенности реакций, протекающих в гидрофобной среде.
Транспортные процессы, их классификация, биологическое значение. Молекулярный
механизм переноса метаболитов и ионов через мембрану. Активный и пассивный
транспорт,
диффузия.
Ионофоры.
Использование
ионофоров
в
мембранных
исследованиях и медицине. Пути получения ионофоров и антибиотиков методами
генетической инженерии и биотехнологии.
Тема 7. Мембранные преобразователи энергии. Ионные насосы, молекулярные
свойства. Na+ ,K+ - АТФаза и Na+ - насос. АТР как регулятор активного транспорта ионов
Na+ и К+. Характеристика субстратного центра. Механизм сопряжения гидролиза АТР и
активного транспорта Са2+ при работе Са2+-насоса. Олигомерная структура ионных
насосов. Липидный контроль за межсубъединичными взаимодействиями в олигомерных
ансамблях транспортных АТФаз. Биологическая роль ионных градиентов.
Тема 8. Ионные каналы. Выделение, очистка и реконструкция белковых
компонентов. Рецепторы. Ацетилхолиновый рецептор. Роль рецепторов и каналов во
взаимодействии клеток со средой.
Тема 9. Мембранные механизмы регуляции метаболизма. Регуляторные белки,
способы их влияния на метаболизм. Кальмодулин. Циклические нуклеотиды. Гормоны.
Протеинкиназы. Антиметаболиты – лечебный и профилактический эффект. Агонисты и
антагонисты Са2+.
6.
Темы для самостоятельной подготовки к лекциям
Тема 1. Введение в биомембранологию.
1. Определение состава биологической мембраны.
2. Качественные реакции на компоненты биологической мембраны.
Тема 2. Характеристика мембранных компонентов.
1. Исследование белкового состава.
2. Исследование липидного состава.
Тема 3. Использование липосом для изучения биологических мембран.
1. Встраивание белков в липосомы и бислойные липидные мембраны
2. Создание кубической фазы.
Тема 4. Методы модификации мембран.
1. Перекисное окисление липидов.
2. Определение условий фазового перехода.
Тема 5. Физические методы исследования мембран и мембранных белков.
1. Ультрацентрифугирование.
2. Кристаллография.
3. Использование мобилизованных ферментов для целей биотехнологии.
Тема 6. Мембранные процессы.
1. Транспортные процессы.
2. Использование ионофоров в мембранных исследованиях и медицине.
3. Пути получения ионофоров и антибиотиков методами генетической инженерии и
биотехнологии.
Тема 7. Мембранные преобразователи энергии.
1. Na+ ,K+ - АТФаза и Na+ - насос.
2. Активный транспорт Са2+ при работе Са2+-насоса.
3 Биологическая роль ионных градиентов.
Тема 8. Ионные каналы.
1. GPCR- Рецепторы.
2. Ацетилхолиновый рецептор.
Тема 9. Мембранные механизмы регуляции метаболизма.
1. Исследование совмещенных с G-белком систем
2. Аденилатциклазная система.
7.
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
Таблица 4
Осуществляемые студентами виды самостоятельных работ при изучении дисциплины и
контроль за их выполнением
Вид самостоятельной
работы
Деятельность студентов в ходе
выполнения данного вида
самостоятельной работы
Способ оценки
1
Подготовка к
промежуточному
тестированию по теме.
тест
0-2
2
Углубление и
систематизация
полученных знаний с
использованием основной
литературы
Тест, ответ на
лекции
0-10
5
Подготовка к лекции по
теме
ответ на
лекции
0-8
5
Знакомство с
содержанием
электронных источников
(по теме)
По основным темам дисциплины
предполагается проводить
промежуточное тестирование, к
которому студенты готовятся
самостоятельно с использованием
основной и дополнительной
литературы, а также конспектов лекций.
Примеры тестовых заданий приведены
далее в рабочей программе
Предполагается, что по мере освоения
материала студенты дополнительно
самостоятельно прорабатывают
конспекты лекций, а также
рекомендованные разделы основной и
дополнительной литературы.
По мере освоения лекционного
материала проводится контроль
теоретических знаний студентов по
определенным темам дисциплины
представленным в разделе тематическое
планирование. Студенты
самостоятельно готовятся к лекции с
использованием конспектов лекций,
основной и дополнительной
литературы.
Студенты самостоятельно готовятся к
семинару с использованием материалов
электронных источников.
Тест, ответ на
лекции
0-10
6
Подготовка презентаций
ответ на
лекции
0-4
Студенты самостоятельно в ходе
подготовки к семинару готовят при
помощи соответствующего
программного обеспечения слайды для
более полного освещения вопросов
семинара.
Кол-во
баллов по СРС
№
п/п
7
Подготовка реферата по
теме
Тема 2 модуля 3 (см. раздел
тематическое планирование) тема
включает самостоятельную подготовку
студентами рефератов, затрагивающих
различные аспекты биомембранологии,
перекликающиеся с темами выпускных
квалификационных работ.
Реферат
0-30
Дидактические материалы для проведения текущего контроля и промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины:
Примеры тестовых заданий
1. Непосредственно через бислой липидов могут проникать:
А. гидрофильные молекулы
Б. гидрофобные молекулы небольшого размера
В. все простые молекулы - вода, аминокислоты, сахара
Г. ионы металлов
2. Выберите строку, где ВСЕ вещества могут пересекать мембраны путем простой
диффузии через бислой липидов
А. аминокислоты, сахара, Са2+
Б. белки, углеводы, нуклеиновые кислоты
В. вода, Na+, K+
Г. вода, О2, СО2, стероидные гормоны
3. Вещества, способные проникать через бислой липидов, делают это
А. по градиенту концентрации (от большей к меньшей)
Б. против градиента концентрации (от меньшей к большей)
В. гидрофобные - по градиенту, гидрофильные - против
Г. по-разному, зависит от типа клетки и запасов АТФ в ней
4. Энергия АТФ затрачивается при транспорте
А. через бислой липидов (диффузия)
Б. через белки-каналы (облегченная диффузия)
В. через белки-насосы (активный транспорт)
Г. во всех перечисленных случаях
5. В натрий-калиевом насосе ионы К+
А. проникают в клетку по градиенту концентрации
Б. накачиваются в клетку против градиента концентрации
В. выходят из клетки по градиенту концентрации
Г. откачиваются из клетки против градиента концентрации
6. Мембранные транспортные белки необходимы для
А. всех видов транспорта
Б. простой и облегченной диффузии
В. облегченной диффузии и активного транспорта
Г. только для активного транспорта
Примерные темы рефератов
1. Ферменты биологических мембран.
2. Механизмы образования биологических мембран.
3. Ионные каналы.
4. Белки мембран, участвующие в рецепции и адгезии молекул.
5. Механизмы возникновения нарушения проницаемости мембран.
6. Передача нервного импульса по мембране.
7. Передача сигнала между нейронами.
8. Са-АТФаза.
9. Mg-АТФаза.
10. Транспортер глюкозы.
12. GPCR-рецепторы.
Контрольные вопросы к зачету
1.
Модели биологических мембран.
2.
Компоненты биологических мембран.
3.
Функции клеточных мембран, их биологическое значение.
4.
Классификация и свойства мембранных липидов.
5.
Мембранные белки, классификация, функции.
6.
Взаимодействия мембранных компонентов.
7.
Характеристика и физико-химические свойства бислоя (подвижность белков и
липидов, фазовый переход).
8.
Искусственные мембраны, приготовление и использование липосом.
9.
Приемы модификации мембран.
10.
Детергенты, их классификация и способы применения.
11.
Природные модификаторы мембран.
12.
Физические методы исследования мембран и мембранных белков.
13.
Классификация и краткая характеристика мембранных процессов.
14.
Транспортные процессы, их классификация, биологическое значение.
15.
Пассивный транспорт.
16.
Характеристика активного транспорта.
17.
Молекулярный механизм переноса метаболитов и ионов через мембрану.
18.
Характеристика ионных насосов.
19.
Транспортные АТФазы (Na,K-АТФаза, Са-АТФаза), механизм действия.
20.
Ионофоры. Использование ионофоров в мембранных исследованиях и медицине.
21.
Ионные градиенты, биологическая роль.
22.
Роль рецепторов и мембранных каналов во взаимодействии клеток со средой.
23.
Мембранные механизмы регуляции метаболизма.
24.
Механизмы действия гормонов. Роль циклических нуклеотидов.
25.
Мембранные токсины, молекулярные основы патологического действия.
8.
Образовательные технологии.
При реализации различных видов учебной работы в ходе освоения дисциплины
используются следующие виды образовательных технологий:
- мультимедийные средства обучения;
- специализированные программы;
- модульно-рейтинговые технологии организации учебного процесса.
- интерактивные технологии:
дискуссия на семинаре
Научная дискуссия «Роль gpcr-рецепторов в биотехнологии и медицине»
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
9.1. Основная литература:
1.Биологическая химия: учеб. пособие для студентов вузов, обуч. по спец. 032400 "Биология"/
ред. Н. И. Ковалевская . - 3-е изд., испр.. - Москва: Академия, 2009. - 256 с. Гриф УМО
2.Нейрохимия: учеб. пособие для студ. вузов/ авт.-сост. А. А. Болдырев [и др.] ; науч. ред. Ю.
А. Владимиров. - Москва: Дрофа, 2010. - 400 с. Гриф
3.Клунова, С. М. Биотехнология. М.: «Академия», 2010. – 256 с. Гриф УМО
9.2. Дополнительная литература:
1.Камкин, А. Г. Физиология и молекулярная биология мембран клеток: учеб. пособие для
студентов мед. вузов/ А. Г. Камкин, И. С. Киселева. - Москва: Академия, 2008. - 592 с. Гриф
УМО
2.Введение в биомембранологию: учеб. пособие для биол. спец. ун-тов/ ред. А. А. Болдырев. Москва: Изд-во МГУ, 1990. - 207 с.
3.Клетки = Cells: [учеб. для студентов вузов] : пер. с англ./ ред. Б. Льюин [и др.]. - Москва:
БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. - 951 с.
4.Нельсон, Д. Основы биохимии Ленинджера = Pinciples of Biochemistry: [учеб. пособие] : в 3
т. : пер. с англ./ Дэвид Нельсон; Д. Нельсон, М. Кокс. - Москва: БИНОМ. Лаборатория
знаний. - Т. 1: Основы биохимии, строение и катализ/- 2011. - 694 с.
5.Геннис, Р. Б. Биомембраны: Молекулярная структура и функции/ Р. Б. Геннис. - Москва:
Мир, 1997. - 624 с.
6.Кагава, Я. Биомембраны: пер. с яп./ Ясуо Кагава. - Москва: Высшая школа, 1985. - 303 с.
9.
9.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
1. www.pubmed.gov
2. www.medline.ru
3. www.elibrary.ru
10.
Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.
Дисциплина обеспечена компьютерными презентациями, составленными автором,
видеофильмами. В институте имеется 4 мультимедийные аудитории для проведения
занятий. Биохимическая лаборатория оснащена необходимым оборудованием для
проведения работ по биомембранологии.