МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт биологии
кафедра анатомии и физиологии человека и животных
,
СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ ФЕРМЕНТОВ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов по направлению подготовки
06.03.01 Биология (уровень бакалавриата), профиль подготовки «Биохимия», форма обучения очная
Тюменский государственный университет
2015
, Кыров и функции ферментов. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов по направлению подготовки 06.03.01 Биология (уровень бакалавриата), профиль подготовки «Биохимия», форма обучения очная. Тюмень, 2015, 11 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО с учетом рекомендаций и ПрОП ВО по направлению и профилю подготовки.
Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Структура и функции ферментов [электронный ресурс]/ Режим доступа: http://www. umk3plus. utmn. ru, раздел «Образовательная деятельность», свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой анатомии и физиологии человека и животных. Утверждено директором Института биологии.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: , доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой анатомии и физиологии человека и животных
© Тюменский государственный университет, 2015.
© , , 2015.
1. Пояснительная записка
1.1 Цели и задачи дисциплины (модуля)
Цель: Изучение основы ферментативного катализа, его характеристики 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 образовательной программы
Дисциплина относиться к Блоку 1, Вариативная часть, дисциплины по выбору. Она логически и содержательно-методически взаимосвязана с дисциплинами этого блока: практикум по профилю, биоэнергетика и биомембраны, биохимия и химия белков, функциональная биохимия клеточных структур. Для успешного освоения дисциплины необходимы базовые знания по физиологии человека и животных, биохимии и молекулярной биологии.
Таблица 1
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин | Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | |||||||
1.1 | 1.2 | 1.3 | 2.1 | 2.2 | 2.3 | 3.1 | 3.2 | ||
1. | Преддипломная практика | + | + | + | + | ||||
2. | Выпускная квалификационная работа | + | + | + | + | + | + | + | + |
1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения данной образовательной программы.
В результате освоения ОП выпускник должен обладать следующей компетенцией:
способностью применять знание принципов клеточной организации биологических объектов, биофизических и биохимических основ, мембранных процессов и молекулярных механизмов жизнедеятельности (ОПК-5);
1.4. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю):
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 определения активности ферментов и выделения ферментов. Навыками научной дискуссии.
2. Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр 8. Форма промежуточной аттестации – экзамен. Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 академических часа, из них 35,25 часа, выделенных на контактную работу с преподавателем, 36,75 часа, выделены на самостоятельную работу.
3. Тематический план
Таблица 3
№ | Тема | Недели сем. | Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час. | Итого часов по теме | из них в интерактивной форме, в часах | Итого количество баллов | ||
Лекции | Практич. занятия | Самост. работа* | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
Модуль 1 | ||||||||
1.1 | Методика работы с ферментами. Выделение ферментов | 1 | 1 | 3 | 5 | 9 | 0-10 | |
1.2 | Кинетика действия ферментов | 2 | 1 | 3 | 5 | 9 | 1 | 0-10 |
1.3 | Классификация ферментов | 3 | 1 | 3 | 5 | 9 | 0-10 | |
Всего | 3 | 9 | 15 | 27 | 1 | 0-30 | ||
Модуль 2 | ||||||||
2.1 | Специфичность действия ферментов | 4 | 1 | 3 | 5 | 9 | 0-10 | |
2.2 | Механизм действия ферментов | 5 | 1 | 3 | 5 | 9 | 0-10 | |
2.3 | Ингибирование и активация ферментов | 6 | 1 | 3 | 5 | 9 | 1 | 0-10 |
Всего | 3 | 9 | 15 | 27 | 1 | 0-30 | ||
Модуль 3 | ||||||||
3.1 | Кофакторы и структура ферментов | 7 | 2 | 3 | 5 | 10 | 0-30 | |
3.2 | Биосинтез и биология ферментов | 8 | 3 | 5 | 8 | 0-10 | ||
Всего | 2 | 6 | 10 | 18 | 0-40 | |||
Итого (часов, баллов) | 8 | 24 | 40 | 72 | 0-100 | |||
Из них в интерактивной форме | 2 |
* - Самостоятельная работа включает часы на иные виды контактной работы
4. Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
Таблица 4
№ Темы | Устный опрос | Письменные работы | Технические формы контроля | Информации-онные системы и технологии | Итого количество баллов | ||||||||
собеседование | ответ на семинаре | тест | реферат | эссе | программы компьютерного тестирования | комплексные ситуационные задания | электронные практикумы | другие формы | |||||
Модуль 1 | |||||||||||||
1.1 | 0-10 | 0-10 | |||||||||||
1.2 | 0-10 | 0-10 | |||||||||||
1.3 | 0-10 | 0-10 | |||||||||||
Всего | 0-30 | 0-30 | |||||||||||
Модуль 2 | |||||||||||||
2.1 | 0-10 | 0-10 | |||||||||||
2.2 | 0-10 | 0-10 | |||||||||||
2.3 | 0-10 | 0-10 | |||||||||||
Всего | 0-30 | 0-30 | |||||||||||
Модуль 3 | |||||||||||||
3.1 | 0-10 | 0-20 | 0-30 | ||||||||||
3.2 | 0-10 | 0-10 | |||||||||||
Всего | 0-20 | 0-20 | 0-40 | ||||||||||
Итого | 0-80 | 0-20 | 0-100 |
5. Содержание дисциплины.
1.1 Методика работы с ферментами. Выделение ферментов 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. 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.
1.2 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.
1.3 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.
2.1 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.
2.2 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).
2.3 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.
3.1 Кофакторы и структура 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. Первичная структура. Вторичная структура. Третичная структура. Четвертичная структура.
3.2 Биосинтез и биология 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. 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.
5. Планы семинарских занятий.
1. Методика работы с ферментами. Выделение ферментов
1. Освоение практических навыков в подготовке реактивов и оборудования к работе с ферментами.
2. Освоение методов оценки ферментативной активности на примере гидролаз.
3. Методика подготовке биологических объектов к оценке ферментативной активности.
4 Упаковка эритроцитов из цельной крови.
5. Гомогенизация нервной ткани
6. Получение мембранных препаратов эритроцитов
2. Кинетика действия ферментов
1. Определение активности холинэстераз.
2. Определение активности АТФ-гидролаз.
3. Классификация ферментов.
1. Правила классификации и номенклатура.
2. Общие указания и правила классификации.
3.Указания и правила, касающиеся отдельных классов ферментов.
4. Специфичность действия ферментов
1. Оценка зависимости активности фермента от субстрата.
2. Специфичная и неспецифичная холинэстераза.
5. Механизм действия ферментов
1. Оценка зависимости активности фермента от регуляторов.
2. Регуляторы ферментативного цикла.
6. Ингибирование и активация ферментов
1. Обратимые и необратимые ингибиторы холинэстераз.
2. Регуляторы АТФ-гидролаз.
7. Кофакторы и структура ферментов.
1. Окислительно-восстановительные переносчики.
2. Переносчики ацильных групп.
3. Третичная структура фермента.
8. Биосинтез и биология ферментов.
1. Контроль биосинтеза ферментов.
2. Ферменты и структурные компоненты клетки.
3. Сравнительная биохимия ферментов.
7. Учебно-методическое обеспечение и планирование самостоятельной работы студентов.
Таблица 5
№ | Модули и темы | Виды СРС | Неделя семестра | Объем часов | Кол-во баллов | |
обязательные | дополнительные | |||||
Модуль 1 | ||||||
1.1 | Методика работы с ферментами. Выделение ферментов | Знакомство с содержанием электронных источников (по теме) | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы | 1 | 5 | 0-10 |
1.2 | Кинетика действия ферментов | Изучение отдельных тем (ответ на семинаре). | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы | 2 | 5 | 0-10 |
1.3 | Классификация ферментов | подготовка к семинару по теме | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы | 3 | 5 | 0-10 |
Всего | 15 | 0-30 | ||||
Модуль 2 | ||||||
2.1 | Специфичность действия ферментов | подготовка к семинару по теме | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы | 4 | 5 | 0-10 |
2.2 | Механизм действия ферментов | подготовка к семинару по теме | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы | 5 | 5 | 0-10 |
2.3 | Ингибирование и активация ферментов | подготовка к семинару по теме | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием дополнительной литературы | 6 | 5 | 0-10 |
Всего | 15 | 0-30 | ||||
Модуль 3 | ||||||
3.1 | Кофакторы и структура ферментов | Подготовка к контрольной работе подготовка к семинару по теме | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием дополнительной литературы | 7 | 5 | 0-30 |
3.2 | Биосинтез и биология ферментов | подготовка к семинару по теме | Углубление и систематизация полученных знаний с использованием дополнительной литературы | 8 | 1,75 | 0-10 |
Всего | 6,75 | 0-40 | ||||
Итого | 36,75 | 0-100 |
8.Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
Вопросы к экзамену
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.Детергенты.
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. Аллостерические ферменты.
19. Ферменты и структурные компоненты клетки.
20. Деградация ферментов.
8.1 Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе освоения образовательной программы (выдержка из матрицы компетенций):
ОПК-5 | способностью применять знание принципов клеточной организации биологических объектов, биофизических и биохимических основ, мембранных процессов и молекулярных механизмов жизнедеятельности |
4 сем | Биохимия и молекулярная биология |
7 сем | Биофизика |
4 сем | Биохимия человека |
4 сем | Биохимия и химия белков |
7 сем | Функциональная биохимия клеточных структур |
8 сем | Биохимия и химия липидов и углеводов |
7 сем | Биохимия и химия витаминов |
8 сем | Биоэнергетика и биомембраны |
8 сем | Основные пути метаболизма |
7 сем | Молекулярная биология вирусов и других внутриклеточных организмов |
8 сем | Структура и функции ферментов |
7 сем | Биомолекулярные механизмы слухового и зрительного восприятия |
7 сем | Биохимия мембран с основами биотехнологии |
8 сем | Общая и частная токсикология |
7 сем | Молекулярная эндокринология |
8.2 Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах их формирования, описание шкал оценивания:
Таблица 6.
Карта критериев оценивания компетенций
Код компетенции | Результаты обучения в целом | Критерии в соответствии с уровнем освоения ОП | Виды занятий (лекции, семинар-ские, практичес-кие) | Оценочные средства (тесты, творческие работы, проекты и др.) | ||
минимальный (удовл.) 61-75 баллов | базовый (хор.) 76-90 баллов | повышенный (отл.) 91-100 баллов | ||||
ОПК-5 | Знает: основы ферментативного катализа и принципы структурной организации ферментов Умеет: использовать методы исследования свойств ферментов Владеет: навыками решения практических задач по энзимологии | Знает: базовые принципы структурной организации ферментов и катализа Умеет: использовать методы исследования свойств ферментов на базовом уровне Владеет: навыками решения практических задач по энзимологии на минимальном уровне | Знает: принципы структурной организации ферментов и катализа Умеет: использовать методы исследования свойств ферментов на хорошем уровне Владеет: навыками решения практических задач по энзимологии на хорошем уровне | Знает: принципы структурной организации ферментов и катализа Умеет: использовать методы исследования свойств ферментов на уровне лаборанта-исследователя Владеет: навыками решения практических задач по энзимологии для задач НИР | Лекции, семинарские | контрольная работа |
8.3 Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующей этапы формирования компетенций в процессе освоения образовательной программы.
Вопросы контрольной работы:
1.Общая характеристика и свойства ферментов
2.Роль боковых радикалов аминокислот в формировании белковой глобулы и активных центров ферментов, а также процессов молекулярного фермент-субстратного узнавания.
3.Кинетика ферментативных реакций. Определение V мах и Км.
4. Виды ингибирования ферментов. Кинетика ингибирования.
5. Аллостерические ферменты.
6. Детергенты. Роль в выявлении активности и функционировании ферментов.
7. Роль нековалентных взаимодействий в образовании и функционировании фермент-субстратного комплекса.
8. Факторы, влияющие на активность ферментов.
9. Коферменты и кофакторы.
8.4 Методические материалы, определяющие процедуры оценивания знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности характеризующих этапы формирования компетенций.
В процессе освоения образовательной программы студенты выполняют контрольную работу, необходимую для оценки знаний, умений, навыков, характеризующих этапы формирования компетенций. Студенты, набравшие в процессе обучения за выполненные задания 35 балл, получают допуск к экзамену. По дисциплине предусмотрен экзамен, который проводится в сроки, установленные учебной частью Института биологии. Экзамен предусматривает ответ на вопросы, изложенный в билете. Вопросы к экзамену приведены в п.8.
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.
- интерактивные технологии: дискуссии в рамках семинарских занятий
10. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
10.1 Основная литература:
1. Плакунов, энзимологии / . - 2-е изд. - Москва : Логос, 20с.
2. Основы биохимии [Электронный ресурс]: Учебное пособие / , , . - М.: НИЦ ИНФРА-М, 20с.- (Высшее образование: Бакалавриат). ISBN 5295-3.: http:///catalog. php? bookinfo=460475 свободный режим доступа (01.02.15)
3. Принципы и методы биохимии и молекулярной биологии [Электронный ресурс]: /редакторы К. Уилсон, Дж. Уолкер. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 20с. Свободный режим доступа: http://e. /books/element. php? pl1_id=8
10.2 Дополнительная литература:
1 Никитин, А. Ф. и др. Биология клетки : учебное пособие ;СПб: СпецЛит, 2014, 167 с. [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub. ru/index. php? page=book_view&book_id=253837 Свободный режим доступа (01.02.15)
2. Болдырев : учеб. пособие / , , . - Изд. 2-е, испр. и доп. - Красноярск: Сибирский федеральный ун-т, 20с. ISBN 1241-1 http:///bookread. php? book=345146 Свободный режим доступа (01.02.15)
3. Кольман, Я. Наглядная биохимия = Taschenatlas der Biochemie: [справ. пособие] : пер. с нем. / Я. Кольман, К.-Г. Рем. - 4-е изд. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 20с.
4. Биссвангер, Х. Практическая энзимология = Practical Enzymology : учебник : пер. с англ. / Г. Биссвангер. - Москва : Бином. Лаборатория знаний, 20с.
5. Нельсон, Д. Основы биохимии Ленинджера = Pinciples of Biochemistry : [учеб. пособие] : в 3 т. : пер. с англ. / Д. Нельсон, М. Кокс. - Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний. Т. 1 : Основы биохимии, строение и катализс.
10.3 Интернет-ресурсы:
pubmed. gov
http://elibrary. ru/
11. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине (модулю), включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем (при необходимости).
ЭБС - http://elibrary. ru/, http://biblioclub. ru, http://, http://e.
12. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).
Дисциплина обеспечена компьютерными презентациями, составленными автором, видеофильмами. На кафедре имеется для проведения занятий 5 мультимедийных аудитории. Лабораторный кабинет для проведения биохимических исследований.
13. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины (модуля).
Для эффективного освоения дисциплины студент должен посещать практические занятия, своевременно подготовиться к контрольной работе. При подготовке к контрольной работе использовать дополнительную и основную литературу и публикации периодических изданий из Интернет-ресурсов.
