МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный университет»
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ЭНЗИМОЛОГИЯ
Барнаул
ВВЕДЕНИЕ
В результате изучения дисциплины «Энзимология» студенты получают знания о химическом структуре ферментов, особенностях ферментативного катализа, регуляции ферментативных реакций в клетке и использовании ферментов в практической деятельности.
Задача дисциплины – сформировать представление о современном состоянии и перспективах развития науки о ферментах; ознакомить студентов с классификацией ферментов, методами их изучения.
Изучение курса базируется на знании студентами физики, химии, биохимии, которые создают необходимую теоретическую базу и практические навыки для понимания и осмысления положений, излагаемых в данном курсе. Для освоения курса предусмотрены лекционные занятия, лабораторные работы и самостоятельное изучение предложенных вопросов. Итоговой формой контроля является зачет.
Зачет выставляется студентам, показавшим знание основных положений теории при наличии существенных пробелов в деталях, испытывающим затруднения при практическом применении теории, допустившим существенные ошибки при ответах на вопросы экзаменатора, но показавшим знания основного учебно-программного материала в объеме, необходимом для предстоящей работы.
Зачет не выставляется, если студент показал существенные пробелы в знаниях основных положений теории, которые не позволяют ему приступить к практической работе без дополнительной подготовки, не ответил на вопросы билета или экзаменатора.
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Цель освоения учебной дисциплины «Энзимология» - формирование представлений о фундаментальной роли ферментов в обмене веществ и энергии, молекулярных механизмах регуляции и интеграции метаболических процессов в живых организмах.
Задачи:
· познакомиться с классификацией и номенклатурой ферментов, их строением и свойствами;
· изучить механизмы действия ферментов, регуляцию ферментативной активности;
· рассмотреть принципы кинетики ферментативных реакций;
· сформировать представление о методах выделения и очистки ферментов.
2. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
После освоения курса бакалавры должны:
Знать:
· классификацию и номенклатуру ферментов, их строение, свойства;
· способы выражения и механизмы регуляции ферментативной активности;
· методы определения активности ферментов в биологических жидкостях;
· механизмы функционирования;
· принципы ферментативной кинетики;
· роль отдельных ферментов в ускорении химических реакций, протекающих в организме;
· изоферменты и мультимолекулярные ферментные системы;
· современные методы выделения и очистки ферментов.
Уметь:
· применять приемы номенклатуры ферментов;
· доказывать белковую природу ферментов;
· давать характеристику важнейшим из них;
· использовать знания законов физики, химии для объяснения механизмов ферментативных реакций, лежащих в основе процессов жизнедеятельности
Владеть:
· научной терминологией по дисциплине;
· приемами сравнительного анализа химических катализаторов и ферментов;
· знаниями о локализации ферментов.
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение в энзимологию. Классификация и номенклатура ферментов.
Становление энзимологии, как науки. Предмет и задачи энзимологии. Основные разделы энзимологии.
История изучения классификации ферментов. Современная международная номенклатура EC - enzyme code. Организации, занимающиеся вопросами классификации и номенклатуры - IUBMB IUPAC. Значение и недостатки единой системы номенклатуры. Классы ферментов, подклассы и подподклассы.
Химическая природа и строение ферментов
Белковые и небелковые ферменты (рибозимы). Простые и сложные ферменты. Холофермент, апофермент, коферменты: кофакторы и простетические группы. Общие механизмы действия кофакторов. Классификация коферментов. Характеристика основных представителей различных групп (глутатион, липоевая кислота, убихиноны, коферменты - производные пиридоксина, тиаминпирофосфат, биотин, тетрагидрофолиевая кислота, коферменты - переносчики фосфата, кофермент А, никотинамидные коферменты, флавиновые коферменты, кобамидные коферменты, железопорфириновые коферменты).
Принципы пространственной организации молекулы фермента, проблемы сворачивания полипептидной цепочки в нативную конформацию, ее важность для энзимологии; современные представления о механизмах формирования пространственной структуры белка; иерархический принцип сворачивания; промежуточные состояния в процессе организации нативной конформации; современное состояние знаний о белках теплового шока и структуре шаперонов; домены, их структурные и функциональные характеристики; роль мультидоменной организации молекулы фермента в определении ее функциональных свойств, формирование активного центра на границе между доменами. роль подвижности доменов в катализе, структурные основы реализации феномена индуцированного соответствия, регуляторные домены, домены, обеспечивающие связывание с мембранами; факторы определяющие эффективность и специфичность ферментативного катализа, комплементарность между ферментом и субстратом. Методы идентификации активного центра ферментов. Каталитические антитела (абзимы) как примитивные ферменты; структура и механизм действия ферментов отдельных групп.
Свойства ферментов, как биологических катализаторов
Каталитическая эффективность. Специфичность действия. Субстратная специфичность. Абсолютная специфичность. Групповая абсолютная специфичность. Стереоспецифичность. Векторное действие или каталитическая специфичность. Способность ферментов к регуляции активности и трансформации различных видов энергии.
Кинетика ферментативных реакций. Механизмы ферментативных реакций
Использование энергии связывания фермента с субстратом в катализе; природа сил, стабилизирующая различные конформационные состояния системы фермент-субстрат (водородные связи, гидрофобные взаимодействия и др.); типы катализа, используемые в ферментативных реакциях; функциональные группы ферментов. Понятие ферментативной активности. Способы выражения ферментативной активности. Влияние концентрации фермента на скорость ферментативной реакции. Влияние концентрации субстрата. Теория Михаэлиса-Ментен. Способы графического определения константы Михаэлиса и максимальной скорости реакции. Влияние температуры и рН среды на скорость ферментативных реакций. Ингибиторы ферментов и их классификация. Конкурентное, неконкурентное, бесконкурентное, смешанное ингибирование. Способы определения типа и константы ингибирования. структура и механизм действия ферментов отдельных групп.
Механизмы регуляции ферментативной активности
Разные типы регуляции активности ферментов; полифункциональные ферменты, функциональные преимущества, возникающие в результате белок-белковых взаимодействий в составе молекулы полифункциональных ферментов; четвертичная структура ферментов, роль четвертичной структуры в стабилизации молекулы фермента и регуляции активности ферментов. Уровни регуляции ферментативной активности. Регуляция путём изменения количества ферментов и путём изменения их индивидуальной каталитической активности. Нековалентная и ковалентная модификация. Способы контроля разветвлённых метаболических путей. Определение активности ферменов.
Методы выделения и очистки ферментов
Экстрагирование ферментов из биологического материала. Кислотная обработка, термическая обработка, фракционирование солями, органическими растворителями, метод избирательной адсорбции, ионообменная хроматография, гельфильтрация, аффинная хроматография, электрофорез, изоэлектрофокусирование, ультрацентрифугирование, кристаллизация. Комбинирование различных методов для очистки ферментов на примере глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы печени крыс. Критерии чистоты ферментных препаратов.
Локализация ферментов
Тканевое, региональное, клеточное и субклеточное распределение ферментов. Ферменты - маркеры субклеточных структур: ядерные, митохондриальные, лизосомальные, цитозольные ферменты. Использование ферментов-маркеров в диагностике и научных исследованиях.
4. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература:
, Шведова : учеб. для вузов. – М.: Дрофа, 2004. – 638 с.
Дополнительная литература:
Варфоломеев энзимология. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 480 с. Плакунов энзимологии. – М.: Логос, 2001.- 128 с. , Коровкин химия. - М: Медицина, 1990.- 528 с.
4. Кретович в энзимологию. - М.: Наука, 1986. - 332 с.
Тюкавкина химия. –М.: Дрофа, 2005.-543 с.6. Ферменты: В 3 т., 3-е изд. - М.: Мир, 1982. – 1120 с.
Структура и функция ферментов. – М.: Мир, 1971. – 334 с. Ленинджер биохимии: В 3-х т. / Пер. с англ. и др.; под ред. , . - М.: Мир, 1985.- 1056 с. Иммобилизованные ферменты. – М.: Мир, 1983. – 293 с. Номенклатура ферментов. Рекомендации Международного Биохимического Союза. – М., 1979.-319 с.