РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
И. о. проректора-начальник
управления по научной работе
_______________________
__________ _____________ 2011 г.
ОСНОВЫ ЭНЗИМОЛОГИИ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности (03.01.04 Биохимия)
очной и заочной форм обучения
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы _____________________________//
«______»___________2011 г.
Рассмотрено на заседании кафедры анатомии и физиологии человека и животных «24»мая 2011 г. Протокол № 11.
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 10 стр.
Зав. кафедрой ______________________________//
«26» мая 2011 г.
Рассмотрено на заседании УМК Биологического департамента ИМЕНИТ
«30»мая 2011 г. Протокол №2
Соответствует ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура)
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК ________________________/
«30»мая 2011 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Нач. отдела аспирантуры
и докторантуры_____________
«______»_____________2011 г.
2011
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
кафедра анатомии и физиологии человека и животных
ОСНОВЫ ЭНЗИМОЛОГИИ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 03.01.04 Биохимия
Тюменский государственный университет
2011
Кыров энзимологии Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 03.01.04 Биохимия. Тюмень, 2011, 10 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура).
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Основы энзимологии [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. *****., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой анатомии и физиологии человека и животных. Утверждено и. о. проректора-начальника управления по научной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: , д. м.н., профессор, заведующий кафедрой анатомии и физиологии человека и животных
© Тюменский государственный университет, 2011.
© , 2011.
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа включает следующие разделы:
1. Пояснительная записка:
1.1. Цели и задачи дисциплины
Цель: Изучение основы исследования ферментативной реакции, ее характеристик и свойств ферментов.
Задачи: Изучить основные понятия, связанные с современной энзимологией, обсудить пути регуляции метаболизма на уровне ферментов, изучить методы определения структуры ферментов и методов оценки кинетических параметров
1.2. Место дисциплины в структуре ООП.
Цикл «факультативные дисциплины»
Содержание дисциплины: структура ферментов и методы ее определения, методы практической энзимологии, кинетика ферментативных реакций, механизмы действия ферментов и их регуляторов.
Содержание данной дисциплины необходимо для освоения следующих дисциплин -
Биохимия, Подготовка диссертации.
В качестве предпосылочных знаний для освоения данной дисциплины необходимы: Физиология человека, Биохимия и молекулярная биология.
1.3. Требования к результатам освоения дисциплины:
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:
Базовые представления о строении, механизмах действия и регуляции активности ферментов
основные понятия ферментативной кинетики
Уметь:
Проводить анализ научной литературы, демонстрировать базовые представления по энзимологии, применять их на практике, критически анализировать полученную информацию и представлять результаты исследований
Владеть:
Методами, используемыми для определения активности ферментов, выделения ферментов. Навыками научной дискуссии.
2. Трудоемкость дисциплины.
Семестр 4. Форма промежуточной аттестации – зачет. Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единиц, 108 часов.
3. Тематический план.
Таблица 1
Тематический план
№ | Тема | Всего часов | виды учебной работы и самостоятельная работа, в час. | 4. из них в интерактивной форме | Формы контроля | ||
лекции | семинарские (практические) занятия | самостоятельная работа | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
1 | Методика работы с ферментами | 12 | 2 | 2 | 8 | 6 | |
2 | Выделение ферментов | 10 | 2 | 2 | 6 | 6 | |
3 | Кинетика действия ферментов | 12 | 2 | 2 | 8 | 6 | |
4 | Классификация ферментов | 8 | 2 | 6 | 4 | Контрольная работа | |
5 | Специфичность действия ферментов | 10 | 2 | 2 | 6 | 4 | |
6 | Механизм действия ферментов | 12 | 2 | 2 | 8 | 6 | |
7 | Ингибирование и активация ферментов | 12 | 2 | 2 | 8 | 6 | Контрольная работа |
8 | Кофакторы ферментов | 8 | 2 | 6 | 4 | ||
9 | Структура ферментов | 8 | 2 | 6 | 4 | ||
10 | Биосинтез ферментов | 8 | 2 | 6 | 6 | Контрольная работа | |
11 | Биология ферментов | 8 | 2 | 6 | 6 | ||
Итого: | 108 | 22 | 12 | 74 | зачет | ||
из них часов в интерактивной форме | 10 | 48 | 58 |
Таблица 2
Планирование самостоятельной работы аспирантов
№ | Темы | Виды СРС | Объем часов | |
обязательные | дополнительные | |||
1 | Методика работы с ферментами | подготовка к семинару Знакомство с содержанием электронных источников (по теме). | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной и дополнительной литературы | 8 |
2 | Выделение ферментов | подготовка к семинару Знакомство с содержанием электронных источников (по теме). | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной и дополнительной литературы | 6 |
3 | Кинетика действия ферментов | Самостоятельное изучение темы с использованием основной лит-ры. подготовка к семинару. Знакомство с содержанием электронных источников (по теме) | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы | 8 |
4 | Классификация ферментов | Самостоятельное изучение темы с использованием основной лит-ры. Контрольная работа | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы | 6 |
5 | Специфичность действия ферментов | подготовка к семинару по теме. Знакомство с содержанием электронных источников (по теме) | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы. Подготовка доклада и презентации по теме | 6 |
6 | Механизм действия ферментов | подготовка к семинару по теме. Знакомство с содержанием электронных источников (по теме) | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы | 8 |
7 | Ингибирование и активация ферментов | Самостоятельное изучение темы с использованием основной лит-ры. подготовка к семинару по теме, подготовка к научной дискуссии. Контрольная работа | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы Составление презентации (по выбору) | 8 |
8 | Кофакторы ферментов | Знакомство с содержанием электронных источников (по теме). | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной и дополнительной литературы | 6 |
9 | Структура ферментов | Знакомство с содержанием электронных источников (по теме). | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной и дополнительной литературы | 6 |
10 | Биосинтез ферментов | Самостоятельное изучение темы с использованием основной лит-ры. Знакомство с содержанием электронных источников (по теме). Контрольная работа | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы | 6 |
11 | Биология ферментов | Самостоятельное изучение темы с использованием основной лит-ры. | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы | 6 |
ИТОГО: | 74 |
5. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин | Темы дисциплины необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | ||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | ||
1. | Биохимия | + | + | + | + | + | + | |||||
2. | Подготовка диссертации по дисциплине | + | + | + | + | + | + | + | ||||
6. Содержание дисциплины.
Методика работы с ферментами. Измерение скорости ферментативных реакций. Типы методов, используемых при изучении ферментативных реакций. Общие правила работы с ферментами Исследование фермента Удельная и молекулярная активности. Сродство фермента к реагирующим веществам Методы количественного изучения ферментативных реакций. Спектрофотометрические методы. Флуоресцентные методы. Манометрические методы. Электродные методы. Поляриметрические методы. Методы с отбором проб.
Выделение ферментов. Значение очистки ферментов. Методы очистки. Методы определения ферментативной активности. Общие приемы. Источник фермента. Экстракция. Методы фракционирования. Фракционное осаждение при изменении рH. Фракционная денатурация нагреванием. Фракционное осаждение органическими растворителями. Фракционирование солями. Фракционная адсорбция. Колоночная хроматография. Электрофорез. Кристаллизация. Чередование методов фракционирования. Концентрирование. Критерий чистоты ферментов. Затруднения, встречающиеся при работе с чистыми ферментами.
Кинетика действия ферментов. Значение исследования кинетики действия ферментов. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций. Влияние концентрации фермента. Вогнутые кривые V — [Е]. Выпуклые кривые V — [Е]. Влияние концентрации субстрата. Ферментативная кинетика односубстратных реакций. Теория Михаэлиса. Теория стационарного состояния. Кинетические уравнения для ферментов, действующих на два и большее число субстратов. Реакции с участием двух субстратов. Установление кинетического механизма. Реакции с участием трех и большего числа субстратов. Исследование связывания субстрата. Ингибирование высокими концентрациями субстрата. Субстрат, действующий одновременно как активатор фермента. Влияние рН. рН-функции Михаэлиса. Влияние рН на V. Влияние рН на Км. Влияние температуры. Теплота инактивации ферментов. Влияние температуры на собственно ферментативную реакцию. Влияние температуры на состояние ионизации фермента. Влияние давления. Предстационарная фаза ферментативных реакций. Методы исследования быстрых реакций. Анализ результатов исследований быстрых реакций. Релаксационные методы.
Классификация ферментов. Схема нумерации ферментов. Правила классификации и номенклатура. Общие указания и правила. Указания и правила, касающиеся отдельных классов ферментов. Ферментативные реакции. Оксидоредуктазы. Трансферазы. Гидролазы. Лиазы. Изомеразы. Лигазы.
Специфичность действия ферментов. Изучение специфичности действия ферментов. Общие замечания о специфичности. Стереоспецифичность фермента. Гипотеза индуцированного соответствия. Примеры, иллюстрирующие специфичность ферментов. Дегидрогеназы. Глюкозооксидаза. Флавопротеиды. Метилтрансферазы. Транскетолаза и трансальдолаза. Гликозилтрансферазы. Фосфотрансферазы. Эстеразы. Фосфатазы. Нуклеазы. Гликозидазы. Пептидазы. Лиазы. Изомеразы. Ферменты, действующие на субстраты, содержащие углеводородные цепи.
Механизм действия ферментов. Активный центр. Исследование механизма действия. Оксидоредуктазы. Механизм восстановления NAD (Р)+. Трансферазы. Идентификация связи, расщепляемой в ходе реакции. Одно - или двухстадийный перенос. Гидролазы. Эстеразы и протеиназы, в функционировании которых участвуют активные остатки серина и цистеина. Другие протеиназы. Лизоцим. Рибонуклеаза и нуклеаза микрококков. Фосфатазы. Лиазы. Изомеразы. Лигазы (синтетазы).
Ингибирование и активация ферментов. Ингибиторы. Типы обратимого ингибирования. Сводка, иллюстрирующая различные типы влияния ингибиторов. Определение ингибиторных констант. Определение ингибиторных констант для систем с частичным ингибированием. Ингибирование в ферментных системах с несколькими субстратами. Наличие ингибитора в препарате субстрата. Другие типы ингибирования. Нелинейная кинетика ингибирования. Неспецифические эффекты ингибирования. Ингибиторы с очень высоким сродством. Влияние рН на ингибирование. Необратимое ингибирование. Активаторы. Влияние на скорость реакции. Равновесные эффекты. Неспецифическое влияние ионов. Липофильные ионы. Аллостерические и кооперативные эффекты. Способы представления данных по кооперативности. Выбор модели кооперативности. Скорости реакций в кооперативных системах. Артефакты.
Кофакторы ферментов. Механизм действия. Кофакторы, действующие как переносчики. Окислительно-восстановительные переносчики. Переносчики фосфата. Переносчики СО2. Переносчики аминогрупп (аминокислот). Переносчики гликозильных групп. Переносчики ацильных групп. Переносчики одноуглеродных групп. Переносчики сульфата. Переносчики альдегидных групп.
Структура ферментов. Первичная структура. Вторичная структура. Третичная структура. Четвертичная структура.
Биосинтез ферментов. Явления, важные для биосинтеза белка. Репликация ДНК. ДНК-полимераза. РНК-полимераза. Присоединение аминокислот к тРНК. Аминоацил-тРНК—синтетазы. Генетический код. Структура рибосом. Функционирование рибосом и кофакторы. Инициация. Элонгация. Терминация. Контроль биосинтеза ферментов. Контроль в бактериальной системе. Контроль метаболитами. Контроль биосинтеза белка в животных клетках. Нерибосомный синтез полипептидов.
Биология ферментов. Ферменты как основа жизни. Ферменты и структурные компоненты клетки. Внутриклеточные структуры. Локализация ферментов в клетке. Локализация ферментов и физиология клетки. Сравнительная биохимия ферментов. Сравнение тканей. Сравнительная энзимология развития. Сравнение ферментов. Изоферменты. Деградация ферментов. Биологическая регуляция активности ферментов. Происхождение ферментов.
.
7. Планы семинарских занятий.
Методика работы с ферментами
1. Освоение практических навыков в подготовке реактивов и оборудования к работе с ферментами.
2. Освоение методов оценки ферментативной активности на примере гидролаз.
Выделение ферментов
1. Методика подготовке биологических объектов к оценке ферментативной активности.
2. Упаковка эритроцитов из цельной крови.
3. Гомогенизация нервной ткани
4. Получение мембранных препаратов эритроцитов
Кинетика действия ферментов
1. Определение активности холинэстераз.
2. Определение активности АТФ-гидролаз.
Специфичность действия ферментов
1. Оценка зависимости активности фермента от субстрата.
2. Специфичная и неспецифичная холинэстераза.
Механизм действия ферментов
1. Оценка зависимости активности фермента от регуляторов.
2. Регуляторы ферментативного цикла.
Ингибирование и активация ферментов
1. Обратимые и необратимые ингибиторы холинэстераз.
2. Регуляторы АТФ-гидролаз.
8. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы аспирантов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Таблица 3
Осуществляемые студентами виды самостоятельных работ при изучении дисциплины и контроль за их выполнением
№ п/п | Вид самостоятельной работы | Деятельность студентов в ходе выполнения данного вида самостоятельной работы | Способ оценки |
1 | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы | Предполагается, что по мере освоения материала студенты дополнительно самостоятельно прорабатывают конспекты лекций, а также рекомендованные разделы основной и дополнительной литературы. | ответ на семинаре |
2 | Подготовка к семинару по теме | По мере освоения лекционного материала проводится контроль теоретических знаний студентов по определенным темам дисциплины представленным в разделе тематическое планирование. Студенты самостоятельно готовятся к семинару с использованием материалов лекций, основной и дополнительной литературы. | ответ на семинаре |
3 | Знакомство с содержанием электронных источников (по теме) | Студенты самостоятельно готовятся к семинару с использованием материалов электронных источников. | ответ на семинаре |
4 | Подготовка презентаций | Студенты самостоятельно в ходе подготовки к семинару готовят при помощи соответствующего программного обеспечения слайды для более полного освещения вопросов семинара. | ответ на семинаре |
5 | Подготовка к контрольной работе | Самостоятельная подготовка студентов к контрольной работе, затрагивающей различные аспекты предмета. | Контрольная работа |
6 | Подготовка к научной дискуссии «Регуляция активности ферментов» | В рамках темы проводиться дискуссия об основных путях регуляции активности ферментов. | ответ на семинаре |
Примерные темы контрольных работ:
1. Общая характеристика и свойства ферментов класса гидролаз.
2. Общая характеристика и свойства ферментов класса оксидоредуктаз.
3. Общая характеристика и свойства ферментов класса лиаз.
4. Общая характеристика и свойства ферментов класса лигаз.
5. Общая характеристика и свойства ферментов класса трансфераз.
6. Общая характеристика и свойства ферментов класса изомераз.
7. Виды ингибирования ферментов.
8. Необратимое ингибирование ферментов.
9. Кинетика ингибирования.
10. Виды активации ферментов.
11. Кинетика активации.
12. Биосинтез белковой части фермента.
13. Простетическая группа.
14. Коферменты и кофакторы.
Вопросы к зачету:
1.Измерение скорости ферментативных реакций.
2. Удельная и молекулярная активности.
3. Методы очистки ферментов.
4. Кинетика действия ферментов.
5. Ферментативная кинетика односубстратных реакций. Теория Михаэлиса.
6. Реакции с участием двух субстратов.
7. Влияние рН. рН-функции Михаэлиса.
8. Влияние температуры. Теплота инактивации ферментов.
9. Влияние давления.
10. Классификация ферментов.
11. Стереоспецифичность фермента. Гипотеза индуцированного соответствия.
12. Механизм действия ферментов. Активный центр.
13. Ингибиторы. Типы обратимого ингибирования.
14. Необратимое ингибирование.
15. Активаторы.
16. Кофакторы ферментов, действующие как переносчики.
17. Структура ферментов.
18. Биосинтез ферментов.
19. Ферменты и структурные компоненты клетки.
20. Деградация ферментов.
9. Образовательные технологии.
При реализации различных видов учебной работы в ходе освоения дисциплины используются следующие виды образовательных технологий:
- мультимедийные средства обучения:
- В лекционном курсе студентам демонстрируются анимированные слайды, видео ролики для более полного освещения материала. В ходе самостоятельной подготовки к семинарским занятиям студенты разрабатывают с помощью ПО - "PowerPoint" слайды для более полного освещения излагаемого материала.
- специализированные программы и оборудование:
- При подготовке и чтении лекционного курса используется программы пакета Microsoft Office ("МО PowerPoint, Windows Media Player, Internet Explorer"), указанное ПО также используют студенты в ходе самостоятельной работы.
- интерактивные технологии:
- Дискуссии в рамках семинарских занятий
- Научная дискуссия на тему «Регуляция активности ферментов»
10. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).
10.1. Основная литература:
1. Плакунов энзимологии. М.: Логос, 20с.
2. Публикации журнала «Биологические мембраны» 2005-н. в.
3. Публикации журнала «Биохимия» 2005 – н. в.
4. Варфоломеев энзимология,. М: Академия, 20с.
5. , Шведова . М: Дрофа. 20с.
6. Биохимия человека 2т. М: Мир. 20с.
7. , Киселева и молекулярная биология мембран клеток Издательство: Академия, 2008 г. 592 стр.
10.2. Дополнительная литература:
1. Структура и функция ферментов. М.: Мир, 19с.
2. Регуляция ферментативной активности. М.: Мир, 19с.
3. Корниш- Основы ферментативной кинетики. М.: Мир, 19с.
4. Курганов ферменты. М. Наука, 19с.
5. Изоферменты. М.: Мир, 19с.
6. Розанов процессы и их коррекция при экстремальных состояниях. Киев: Здоровья, 19с.
7. Химическая энзимология. / Под ред. , К. Мартинека. М.: Изд-во МГУ, 19с.
8. , Кесслер . Ростов-на-Дону: Изд-во Рост. ун-та, 1986. 91с.
10.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
1. www.
2. www. *****
3. www. *****
11. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.
Дисциплина обеспечена компьютерными презентациями, составленными автором. На факультете имеется 4 мультимедийные аудитории для проведения лекционных занятий. Лабораторный кабинет оснащен оборудованием и реактивами для проведения практических биохимических исследований.
