Другие биоактивные соединения (антивитамины, антибиотики, телергоны).
ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ ОБ ОБМЕНЕ ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В ОРГАНИЗМЕ
Общие представления об обмене веществ. Современные представления о сущности жизни.
Обмен веществ и энергии – неотъемлемое свойство живого. Обмен веществ как закономерный, самосовершающийся процесс превращения материи в живых телах.
Анаболизм и катаболизм. Масштабы обмена веществ на Земле. Биосфера и ее геохимическая роль. Работы . Промежуточный обмен веществ.
Энергетика обмена веществ. Понятие об уровне свободной энергии в органическом соединении и его изменении в процессе преобразования веществ. Макроэргические соединения и макроэргические связи. Различия в понятиях "энергия связи" и "макроэргическая связь". Важнейшие представители макроэргических соединений: глюкозо-1-фосфат, уридиндифосфоглюкоза, сахароза, ацетилкоэнзим А, креатинфосфат, аденозинтрифосфорная кислота, 1,3-дифосфоглицериновая кислота. Особая роль атомов Р и S в образовании макроэргических связей. Роль АТФ в энергетическом обмене. АТФ как аккумулятор, трансформатор и проводник энергии в процессе ее запасания и расходования в организме. Принципиальное отличие энергетики химических реакций в живой природе от таковой в неживой. Трансформация энергии в живых объектах. Общие принципы организации структур, ответственных за трансформацию энергии.
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
История открытия и изучения нуклеиновых кислот.
Выделение нуклеиновых кислот. Химический состав нуклеиновых кислот. Характеристика пуриновых и пиримидиновых оснований. Минорные (иногда встречающиеся) основания. Д-рибоза и Д-2-дезоксирибоза. Два типа НК: дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Различия между ДНК и РНК по составу главных и минорных оснований, характеру углевода, молекулярной массе, локализации в клетке и функциям. Строение структурных элементов НК: нуклеотиды, нуклеозиды. Соединение нуклеотидов в полинуклеотиды. Нуклеотидный состав ДНК и РНК. Правила Чаргаффа. Комплементарные пары. Водородные связи между ними, гидрофобное взаимодействие.
Дезоксирибонуклеиновая кислота. Количественное содержание ДНК в организме и локализация ее в клетке (ядро, митохондрии, хлоропласты, центриоли). Молекулярная масса, форма молекул. Кольцевая форма ДНК некоторых фагов, митохондрий и хлоропластов. Одно - и двухцепочечные молекулы ДНК. Первичная структура ДНК. Проблема определения полной первичной структуры генома человека. Примеры изученных первичных структур геномов и отдельных генов. Вторичная структура ДНК (модель Дж. Уотсона и Ф. Крика). Формы ДНК: А-, В-, С-, Т-формы, Z-форма, SBS-форма. Динамичность вторичной структуры ДНК.
Принцип комплементарности пуриновых и пиримидиновых оснований и его реализация в структуре ДНК (водородные связи и стэкинг-взаимодействие). Палиндромы. Свойства ДНК. Плавление молекул ДНК. Третичная структура ДНК. Структура хроматина ядра и хромосомы.
Рибонуклеиновые кислоты, их классификация (тРНК, рРНК, мРНК, вирусная РНК). тРНК. Минорные основания в тРНК и их значение. Первичная структура тРНК. Вторичная структура тРНК (модель "клеверный лист"), функциональное значение отдельных участков молекулы тРНК. Третичная структура тРНК, неканонические функции тРНК. рРНК, ее содержание и локализация в клетке. Виды рРНК (23-29s, 16-18s, 5s и 5,8s) и их функции. Первичная структура 5s РНК. Первичная структура высокополимерных рРНК. Вторичная и третичная структура их (работы ). Свойства мРНК высших организмов. мРНК как матрица для специфического биосинтеза белков.
ОБМЕН НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Пути распада нуклеиновых кислот. Фосфодиэстеразы и их участие в деструкции нуклеиновых кислот. Дезоксирибонуклеазы I и II, характер их каталитической активности. Рестриктазы. РНК-азы. Структура бычьей панкреатической рибонуклеазы и активного центра.
Обмен нуклеозидфосфатов. Пути их деструкции. Распад пиримидиновых и пуриновых оснований.
Механизм биосинтеза нуклеозидфосфатов. Механизм биосинтеза пиримидиновых оснований. Глутамин, глицин, формиат, СО2 и аспарагиновая кислота как исходные вещества для биосинтеза пуриновых нуклеотидов. Саморегуляция соотношения нуклеозид - и дезоксинуклеозидтрифосфатов в клетке.
Механизм биосинтеза ДНК. Комплементарный механизм обеспечения специфичности воспроизведения структуры при биосинтезе ДНК. Роль ДНК-затравки, ДНК-матрицы, ферменты ДНК-полимеразы и ДНК-лигаза, белковые факторы, обеспечивающие биосинтез ДНК. Репликативная вилка и ее работа. РНК-зависимая ДНК-полимераза (ревертаза). Этапы биосинтеза ДНК: инициация, элонгация, терминация. Биосинтез ДНК на РНК в качестве матрицы. Репликация кольцевых форм ДНК.
Регуляция биосинтеза ДНК в клетке. Природа спонтанного и искусственного мутагенеза. Роль ДНК в передаче наследственной информации.
Биосинтез РНК. Строение, свойства и механизм действия РНК-полимеразы. Процессинг. Локализация биосинтеза РНК в клетке.
ОБМЕН БЕЛКОВ
Обмен белков и нуклеиновых кислот как ядро клеточного метаболизма. Значение белкового обмена.
Распад белков и аминокислот. Гидролиз белков, характеристика ферментов, обеспечивающих осуществление гидролиза белков до пептидов и аминокислот. Селективный характер действия пептидпептидогидролаз (трипсина, химотрипсина, пепсина и др.). Объем и скорость обновления белков различных тканей и органов.
Метаболизм аминокислот. Преобразование аминокислот по аминогруппе, карбоксильной группе и радикалу: механизмы соответствующих реакций и характеристика ферментов в них участвующих. Обмен аминокислот как источник возникновения биологически активных соединений (биогенных аминов, коферментов, ростовых веществ, витаминов, гормонов и т. п.). Конечные продукты распада аминокислот. Пути связывания аммиака в организме. Роль аспарагина и глутамина в связывании аммиака. Пути новообразования аминокислот в природе и их соотношение у различных классов организмов. Первичные и вторичные аминокислоты. Заменимые, полузаменимые и незаменимые аминокислоты. Проблема искусственной (синтетической) пищи.
Матричная теория биосинтеза белков. Общая схема матричного биосинтеза белков (перенос вещества, энергии и информации). Активирование аминокислот. Аминоацил-тРНК, их структура, свойства и функции. Роль рибосом в биосинтезе белка. Два класса рибосом: 70s и 80s. Характеристика РНК и белков, входящих в состав субчастиц 50-б0s, 30-40s. Динамическая модель рибосомы и ее работа (). Аминоацильный и пептидильный центры рибосомы. Код белкового синтеза. Свойства генетического кода. Посттрансляционная модификация белков. Регуляция белкового синтеза.
Биосинтез белков и незаменимых аминокислот для практических целей.
ОБМЕН УГЛЕВОДОВ
Статическая часть биохимии углеводов рассматривается в курсе органической химии.
Обмен углеводов. Пути распада полисахаридов и олигосахаридов. Ферменты гидролиза полисахаридов: α-, β- и γ- амилазы, амило-1,6-глюкозидаза, целлюлаза. Гликозидазы. Фосфоролиз сложных углеводов. Метаболизм моносахаридов. Роль реакции фосфорилирования в активировании моносахаридов. Изомеразы фосфорных эфиров моносахаридов и нуклеозиддифосфатсахаров. Обмен глюкозо-6-фосфата (дихотомический и апотомический пути, их соотношение в организме). Обмен пировиноградной кислоты. Гликолиз и гликогенолиз. Химизм спиртового брожения. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Цикл Кребса.
Биосинтез углеводов. Механизм первичного биосинтеза углеводов в процессе фотосинтеза и хемосинтеза. Его энергетическое обеспечение. Роль никотинамидадениндинуклеотидфосфата восстановленного (НАДФ·Н2).
Рибулозо-1,5-дифосфат как акцептор углекислоты и источник 3‑фосфоглицериновой кислоты. Схема превращения 3-фосфоглицериновой кислоты во фруктозо-6-фосфат. Особенности биосинтеза простых углеводов у гетеротрофов.
Особая роль нуклеозиддифосфатсахаров в гликозилтрансферазных реакциях, обеспечение специфического биосинтеза олиго - и полисахаридов при их посредстве.
ЛИПИДЫ И ИХ ОБМЕН
Общая характеристика класса липидов. Классификация липидов: простые липиды – жиры, воски и стериды; сложные липиды – фосфолипиды и гликолипиды. Локализация липидов в клетке и их биологическое значение.
Жиры (триглицериды). Простые и смешанные триглицериды. Высшие жирные кислоты, входящие в состав триглицеридов (насыщенные – пальмитиновая, стеариновая; ненасыщенные – олеиновая, линолевая, линоленовая). Физические и химические свойства триглицеридов.
Обмен жиров. Гидролиз их при участии липазы и алилэстеразы. Обмен глицерина. Механизмы α- и β- окисления высших жирных кислот, их локализация в клетке и соотношение в животном и растительном царстве. Обмен ацетил-КоА. Глиоксилевый цикл. Механизм биосинтеза высших жирных кислот; малонил-КоА как акцептор ацильных остатков. Локализация биосинтеза высших жирных кислот в клетке. Механизм биосинтеза триглицеридов, роль ацилтрансфераз (моно - и диглицеридтрансацилаз) в этом процессе. Фосфатидные кислоты – промежуточные продукты в биосинтезе триглицеридов.
Воски. Их состав (перечень высших жирных кислот и высших спиртов) и строение. Биологическая роль восков. Представители: спермацет, пчелиный, карнаубский, монтанный воск. Распространение, локализация в организме и функция восков.
Стериды. Их состав и строение, физические и химические свойства. Стеролы, их структура, изомерия (конформации), представители (холестерол, эргостерол, стигмастерол, ситостерол, фукостерол). Характеристика высших жирных кислот, входящих в состав стеридов. Видовая специфичность стеролов и стеридов. Обмен стеридов. Образование стеридов (холевые кислоты, стероидные гормоны и др.).
Фосфолипиды: структура молекулы, характеристика высших жирных кислот, азотистых оснований и многоатомных спиртов, входящих в их состав. Фосфатиды, их физические и химические свойства. Распространение фосфолипидов в природе, их биологическая роль. Обмен холина.
Гликолипиды, их состав и строение. Функции гликолипидов в тканях и органах.
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ
Определение понятия "биологическое окисление". История развития представлений о механизме биологического окисления: теория активирования кислорода Шенбайна; перекисная теория Баха; концепция дыхательных хромогенов Палладина и Виланда; открытие явления окислительного фосфорилирования (, и ).
Современные представления о механизмах биологического окисления. Два типа оксидоредуктаз в клетке: а) обеспечивающих дегидрирование субстратов и передачу атомов водорода и электронов на кислород и другие акцепторы; б) катализирующих реакции непосредственного включения в субстрат кислорода (оксигеназы и гидроксилазы).
Характеристика важнейших оксидоредуктаз первого типа: медьсодержащих оксидаз (аскорбатоксидаза, уриказа, цитохромоксидаза); флавопротеинов (оксидаза L-аминокислот, липоилдегидрогеназа, гликолатоксидаза); НАД - и НАДФ - протеинов; железосодержащих переносчиков электронов (негеминовой природы – ферродоксины; геминовой природы – цитохромы). Ансамбли оксидоредуктаз.
Оксигеназы и гидроксилазы. Свойства оксигеназ и механизм их действия. Характеристика гидроксилаз; важнейшие представители фенолаза, фенилаланин-4-гидроксилаза, скваленциклогидроксилаза.
Сопряжение биологического окисления с фосфорилированием. Окислительное фосфорилирование на уровне субстрата и на уровне электронотранспортной цепи. Механизм окислительного фосфорилирования на том и другом уровне. Дыхательная цепь ферментов, осуществляющих сопряжение окисления с фосфорилированием. Хемиосмотическая гипотеза сопряжения окисления с фосфорилированием АДФ.
Локализация окислительного фосфорилирования в клетке. Митохондрии, их структура и функции; строение митохондриальной мембраны; структура элементарных частиц. Регуляция окислительного фосфорилирования в митохондриях. Разобщение окисления и фосфорилирования. Свободное окисление; переключение с окисления, сопряженного с фосфорилированием, на свободное окисление. Пероксисомы и системы микросомального окисления.
Энергетический эффект распада углеводов; сопоставление брожения, гликолиза и дыхания по этому показателю. Энергетический эффект окисления триглицеридов и других липидов.
ВОДНЫЙ И МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН
Содержание и распределение воды в организме и клетке. Состояние воды в тканях. Положительный и отрицательный эффект гидратации ионов на степень структурирования воды. Регуляция водного обмена
Минеральный обмен. Участие минеральных веществ в формировании третичной и четвертичной структуры биополимеров. Участие минеральных веществ в ферментативном катализе. Минеральные соединения и обмен нуклеиновых кислот. Роль минеральных элементов в обмене белков. Участие минеральных соединений в обмене липидов и углеводов. Обмен минеральных веществ. Значение минеральных веществ в сельском хозяйстве.
ГОРМОНЫ
История развития учения о гормонах. Определение понятия "гормоны". Номенклатура и классификация гормонов.
Стероидные гормоны: строение, свойства и функциональная активность кортикостерона, тестостерона, эстрадиола. Механизм действия стероидных гормонов.
Пептидные гормоны: структура и функции. Характеристика важнейших из них (окситоцин, вазопрессин, глюкагон, инсулин, адренокортикотропный гормон, тиреотропин, соматотропный гормон). Механизм действия пептидных гормонов.
Прочие гормоны: адреналин, тироксин, ауксины, гибберелины, простагландины. Их структура, механизм действия.
Применение гормонов в сельском хозяйстве и медицине.
ВЗАИМОСВЯЗЬ ОБМЕНА БЕЛКОВ, НУКЛЕИНОВЫХ
КИСЛОТ, УГЛЕВОДОВ И ЛИПИДОВ
Общие положения о взаимосвязи обмена веществ в организме. Соотношение первичного и вторичного биосинтеза у автотрофных организмов. Центральная роль 3-фосфоглицериновой кислоты. Взаимосвязь превращения веществ у гетеротрофных организмов.
Взаимосвязь обмена нуклеиновых кислот и белков. Конкретные формы взаимосвязи обмена белков и нуклеиновых кислот.
Взаимосвязь обмена нуклеиновых кислот и углеводов. Роль 5‑фосфорибулозо-1-пирофосфата в биосинтезе пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Сопряжение окисления углеводов и биосинтеза нуклеозидтрифосфатов. Нуклеозиддифосфатсахара как коферменты и субстраты в биосинтезе сложных углеводов.
Взаимосвязь обмена нуклеиновых кислот и липидов. Фосфорилирование АДФ сопряжено с окислением высших жирных кислот. Нуклеозиддифосфохолин как центральный метаболит при биосинтезе фосфатидов.
Взаимосвязь белкового и углеводного обмена. Роль пировиноградной кислоты в осуществлении перехода от углеводов к белкам и обратно. Иные формы связи белкового и углеводного обмена
Взаимосвязь обмена углеводов и липидов; роль ацетил-КоА в этом процессе.
Обмен веществ как единое целое.
РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
Уровни регуляции жизненных процессов в живой природе: метаболитный, оперонный, клеточный, организменный, популяционный.
Метаболитный уровень регуляции. Регуляция ферментативных процессов за счет изменения активности ферментов (неспецифической – температура, рН, ионная сила и т. п.; специфической – изостерической и аллостерической) и регуляции объема их синтеза (индукция и репрессия).
Оперонный уровень регуляции. Понятие об опероне. Регуляция биосинтеза информационных макромолекул (природа репрессоров и индукторов, роль гормонов). Принцип обратной связи в регуляции обмена веществ.
Клеточный уровень регуляции процессов жизнедеятельности. Проницаемость плазматической и клеточной мембран. Транспорт метаболитов в клетке. Ядерноцитоплазменные отношения в клетке. Пространственное разделение процессов синтеза и распада в клетке.
Организменный уровень регуляции.
Популяционный уровень регуляции. Биохимические основы спонтанной изменчивости в популяциях.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
Предмет и задачи молекулярной биологии. Связь с биохимией, биоорганической химией, цитологией и генетикой. Роль Дж. Уотсона и Ф. Крика в возникновении молекулярной биологии.
Молекулярная генетика как важная часть молекулярной биологии.
Принцип комплементарности пуриновых и пиримидиновых оснований как пример важнейшего принципа в строении биологических структур.
Молекулярный уровень мутаций. Влияние высокоэнергетического излучения на ДНК и репарация повреждений (тиминового димера, превращение цитозина в урацил). Повреждения, вызываемые химическими агентами и их исправления. Мутации: точечные, вставочные, делеционные, супрессорные. Связь между мутагенами и раком.
Генетические рекомбинации: трансформация, лизогения, трансдукция, конъюгация, генетическая рекомбинация у эукариотов. Подвижные генетические элементы. Перемещения и рекомбинации генов при синтезе антител. Искусственное соединение генов, использование ферментов рестриктаз и терминальных трансфераз. Векторы (плазмиды, фаг λ).
Выделение генов и получение кДНК (метод шотган, конструирование на мРНК – матрице кДНК). Конструирование вектора, несущего ген. Встраивание "нагруженных" плазмид в хромосому кишечной палочки. Использование клонированных кДНК для поиска соответствующих природных генов. Роль промоторов для экспрессии клонированных генов.
Практическое значение исследования рекомбинантных ДНК. Генетическая инженерия. Синтез методами генетической инженерии инсулина человека, соматотропина, интерферонов, иммуногенных препаратов и вакцин. Генная инженерия в клетках млекопитающих и в эмбрионах.
2.4.3. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Работа 1. Цветные реакции на аминокислоты и белки.
Работа 2. Свойства ферментов: специфичность, влияние температуры, влияние рН среды, активаторов и ингибиторов.
Работа 3. Строение и свойства углеводов. Качественные реакции углеводов. Свойства полисахаридов крахмала и гликогена.
Работа 4. Строение и свойства липидов.
Работа 5. Цветные реакции на углеводы.
Работа 6. Свойства ферментов: специфичность, влияние температуры, влияние рН среды, активаторов и ингибиторов.
Работа 7. Контрольная работа.
2.4.4. ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
1. Итоговое занятие по темам «Химия белков, ферментов, углеводов липидов» – 0,5 часа.
2.4.5. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УЧЕБНОЙ НАГРУЗКИ ПО ТЕМАМ И ЧАСАМ
№№ | Виды работ и тематика | Кол-во часов | Самостоятельная работа. Литература | Форма контроля |
III КУРС, заочное отделение, 7 семестр А. ЛЕКЦИИ | ||||
1. | Аминокислотный состав белков. Амфотерность и реакционная способность аминокислот. Изоэлектрическое состояние. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Пептидная связь. Структура и функции белков. | 2 | 1. С. 5-79 | |
2. | Ферменты. Строение. Мономерная и мультимерная структура. Свойства. Классификация. Понятие о витаминах. | 2 | 1. С. 95-177. | |
3. | Общие понятия об обмене веществ и энергии в организме. Энергетика обмена веществ. Роль АТФ в энергетическом обмене. | 2 | 1. С. 178-188 | |
4. | Нуклеиновые кислоты. Химический состав. Два типа НК. Транскрипция. Трансляция. | 2 | 1. С. 189-256 | |
Итого: | 8 | |||
Б. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ | ||||
1. | Цветные реакции на аминокислоты и белки. | 2 | 2. С. 61-66 | |
2. | Свойства ферментов: специфичность, влияние температуры, влияние рН среды, активаторов и ингибиторов. | 2 | 2. С. 131, 138, 141, 143, 145 | |
3. | Строение и свойства углеводов. Качественные реакции углеводов. Свойства полисахаридов крахмала и гликогена. | 2 | 2. С. 3-10 | |
4. | Строение и свойства липидов. | 2 | 2. С. 266-269 | |
Итого: | 8 |
№№ | Виды работ и тематика | Кол-во часов | Самостоятельная работа. Литература | Форма контроля |
III КУРС, заочное отделение, 8 семестр А. ЛЕКЦИИ | ||||
1. | Анаплеротические пути обмена. Гликолиз. β-Окисление липидов. Цикл Кребса. Цикл Кори. | 2 | 1. С. 5-38 | |
Итого: | 2 | |||
Б. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ | ||||
5. | Цветные реакции на углеводы. | 2 | 2. С. 61-66 | |
6. | Свойства ферментов: специфичность, влияние температуры, влияние рН среды, активаторов и ингибиторов. | 2 | 2. С. 131, 138, 141 | |
7. | Контрольная работа | 0,5 | ||
Итого: | 4,5 |
2.5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.5.1. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ:
1. Филиппович биохимии. – М.: Агар, 1999.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
