МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Южный федеральный университет»

Химический факультет

УТВЕРЖДАЮ

Декан ______________

"_____"__________________20__ г.

Рабочая программа дисциплины

Химические основы биологических процессов

Направление подготовки

020100 Химия

Квалификация (степень) бакалавр

Квалификация  выпускника

Химия

Форма обучения

очная

Ростов-на-Дону

2010

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки Химия.

Автор:  профессор кафедры химии природных и высокомолекулярных соединений

ЮФУ, доктор химических наук 

Рецензент:  профессор кафедры органической химии ЮФУ, доктор химических наук 

Программа одобрена на заседании УМК химического факультета ЮФУ

от 01.01.2001 года, протокол № 6.



Цели освоения дисциплины

Значительный прогресс фундаментальных и прикладных исследований в областях, лежащих на стыке химии и биологии (молекулярная биология, биологическая химия, биоорганическая химия, медицинская химия, фармакология) оказывает и, по оценкам экспертов, будет оказывать все более возрастающее влияние на все стороны жизни современного общества. Кроме того, уже в настоящее время существенно возросли требования к безопасности и качеству контактирующих с человеческим организмом продуктов органического синтеза, сфера применения и разнообразие которых постоянно растут. Это требует более глубокого понимания строения и функций потенциальных биомишеней физиологически активных веществ. Таким образом, знание химических основ биологических процессов сейчас является одним из необходимых компонентов базового химического университетского образования.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Целями освоения дисциплины «Химические основы биологических процессов» являются, во-первых, уяснение и усвоение того, как свойства биомолекул зависят от их строения, и во-вторых, понимание общности принципов, законов и движущих сил, управляющих химическими реакциями in vitro и in vivo.



Место дисциплины в структуре  ООП  бакалавриата

Курс  «Химические основы биологических процессов» входит в цикл общепрофессиональных  дисциплин.  Его  важнейшей содержательно-методической основой является общий курс органической химии, а также отдельные разделы курсов общей химии и строения вещества. Логической основой являются полученные ранее представления  о зависимости свойств органических соединений от их строения и о важности понимания механизмов органических реакций, как основы управления химическими процессами. Для успешного изучения химических основ биологических процессов студент должен знать способы получения и химические свойства основных классов органических соединений, их номенклатуру, пространственное и электронное строение. Необходимо иметь базовые знания о кинетике химических реакций, принципах  работы катализаторов  и ингибиторов. Знание основ общей биологии (представления о строении клетки и ее составных частей) также способствует более глубокому пониманию курса.

3.  Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины Химические основы биологических процессов.

В результате освоения курса студент частично приобретет следующие компетенции:

ОК-6, ОК-7, ОК-9,ОК-10, ОК-12, ОК-14, ОК - 15, ПК-1,ПК-2, ПК-3, ПК-4,ПК-6, ПК-7, ПК-8. 

В результате освоения дисциплины обучающийся  должен:

    Знать:

- строение и свойства важнейших биомолекул: белков; нуклеиновых кислот; липидов; моно-,  олиго-  и полисахаридов

- принципы ферментативного катализа и регулирования ферментативной активности, важнейшие ко-факторы и ко-ферменты

- строение  и функции иммуноглобулинов

- строение, методы получения и применения абзимов

- основы гликолиза

- основные процессы цикла трикарбоновых кислот

- строение важнейших надмолекулярных структур: фибриллярных белков, липидных мембран, клеточных стенок грамм-положительных и грамм-отрицательных  бактерий

- строение и функции нуклеиновых кислот

- принципы действия важнейших антибиотиков и сульфаниламидов

    Уметь:

- объяснить и на качественном уровне предсказать зависимость важнейших свойств биополимеров от их мономерного состава

-  изображать структуру моно - и полисахаридов в виде формул Хеуорса

- делать заключения о природе ингибитора, основываясь на изменениях зависимости «концентрация субстрата»-«скорость ферментативной реакции»

-  изображать структуру природных аминокислот в виде формул Фишера


    Владеть:

-  современными представлении о рациональном  применении витаминов

-  основами моделирования переходных состояний реакций и подходами к синтезу абзимов

-  методиками синтеза важнейших природных аминокислот и способами  расщепления рацематов

-  методами определения жирнокислотного состава липидов

-  методами качественного анализа углеводов

4. Структура и содержание дисциплины (модуля)

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа, из них 30 часов лекций, 30 часов семинаров, 84 часа самостоятельной работы.

Аминокислоты и белки.

Строение и номенклатура природных аминокислот. Амфотерный характер, основные химические свойства. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Пептидная связь.  Классификация белков по функциям. Уровни организации белковой молекулы. Фибриллярные и глобулярные белки. Основные виды вторичной структуры: α-спираль, β-слой, коллагеновая спираль. α- и β- кератины. Основные типы взаимодействий между фрагментами  белковой молекулы, определяющие ее форму.

Ферменты.

Классификация ферментов. Особенности ферментативного катализа. Зависимость скорости ферментативной реакции  от концентрации субстрата. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Число оборотов фермента. Факторы, управляющие активностью ферментов. Обратимое и необратимое, конкурентное и неконкурентное ингибирование. Регуряторные ферменты. Аллостерические ферменты. Механизм действия  химотрипсина и лизоцима. Гипотеза индуцированного соответствия.

Витамины.

Кофакторы и коферменты. Структура и функции водорастворимых витаминов. Понятие о строении и функциях жирорастворимых витаминов. Механизм бактериостатического действия сульфамидов.

Углеводы и клеточные стенки.

Строение и свойства моносахаридов. Хиральность. Формулы Фишера и Хеуорса. Стереоизомерия  и таутомерия моносахаридов. Мутаротация. Восстанавливающие и невосстанавливающие дисахариды. Полисахариды. Гомополисахариды и гетерополисахариды. Полиурониды. Хитин. Гиалуроновая кислота. Строение клеточных стенок бактерий. Гликопептиды. Механизм действия пенициллина.

Липиды и биомембраны.

Основные типы липидов. (Жиры, воски, фосфоглицериды, сфинголипиды, холестерин). Основные кислоты, входящие в состав липидов. Строение биомембран. Жидкостно-мозаичная модель. Периферические и интегральные белки.

Нуклеиновые кислоты.

Строение нуклеотидов. Пурины и пиримидины. Таутомерия азотистых оснований нуклеиновых кислот. Рибоза и дезоксирибоза. Первичная и вторичная структура нуклеиновых кислот. Комплементарные пары оснований. Водородные связи, стэкинг. Строение Т-РНК. Минорные основания. Третичная и четвертичная структура ДНК. Понятие о трансляции и транскрипции. Основные группы мутагенов.

Гормоны.

Иерархия действия гормонов. Классификация гормонов по их химической структуре. Катехоламины, строение и функции. Тиреоидные гормоны. Стероидные гормоны. Эндорфины и энкефалины. Механизмы возникновения наркотической зависимости.

Метаболизм. Общий обзор.

Гетеротрофы и автотрофы. Катаболизм и анаболизм. Строение и функции АТФ. Гликолиз. Анаэробное и аэробное окисление глюкозы. Цикл Кребса.

Антитела и их функции.

Иммунитет. Антигены. Понятие о строении и функциях иммуноглобулинов. Каталитические антитела. Энзимы и абзимы.

Важнейшие биомишени.

Мембранные рецепторы, ферменты, ионные каналы как важнейшие биомишени.

График учебного процесса




№

п/п

Раздел

Дисциплины

Семестр

Неделя семестра

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)

Форма промежуточной аттестации (по семестрам)

лекция

Практ.

Сам. р.

1

Аминокислоты и белки.

8

1

2

2

5

2

Аминокислоты и белки.

8

2

2

2

5

3

Ферменты.

8

3

2

2

5

4

Ферменты.

8

4

2

2

5

5

Витамины.

8

5

2

2

5

Тестовый контроль

6

Углеводы и клеточные стенки.

8

6

2

2

5

7

Углеводы и клеточные стенки.

8

7

2

2

5

Тестовый контроль

8

Липиды и биомембраны.

8

8

2

2

5

9

Липиды и биомембраны.

8

9

2

2

5

Тестовый контроль

10

Нуклеиновые кислоты.

8

10

2

2

5

11

Нуклеиновые кислоты.

8

11

2

2

5

Тестовый контроль

12

Гормоны.

8

12

2

2

5

13

Метаболизм.

8

13

2

2

8

14

Антитела и их функции.

8

14

2

2

8

15

Биомишени.

8

15

2

2

8

Контрольная работа.


5. Образовательные технологии

В процессе обучения будут использованы традиционные образовательные технологии (лекции, семинары, практические работы) и активные инновационные образовательные технологии:

Семинар в диалоговом режиме применяется в основном при обсуждении выступлений студентов с докладами (рефератами) Групповой разбор результатов контрольных работ Встречи с сотрудниками и руководителями профильных лабораторий  и предприятий  - потенциальными работодателями выпускников.

Доля активных образовательных технологий составляет  30%.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Для оценки успеваемости студентов могут быть использованы семинарские занятия, включающие контрольные мероприятия, и компьютерные тесты. Компьютерные тесты, чтение дополнительной литературы,  в том числе и из Интернет-ресурсов, подготовка рефератов по нижеприведенной примерной тематике являются основой самостоятельной работы студентов.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К ТЕСТАМ

Тестовые задания по курсу «Химические основы биологических процессов» предназначены для контроля знаний студентов (тестирование будет проводиться в компьютерном классе), обучающихся по специальности «Бакалавр химии»  Двести компьютерных тестовых заданий, относящихся к типу «Множественный выбор», сгруппированы в 4 теста по 50 вопросов в каждом:

Аминокислоты. Белки. Ферменты. Коферменты. Углеводы. Полисахариды. Клеточные стенки. Липиды и биомембраны. Жирорастворимые витамины. Нуклеиновые кислоты.

Это соответствует четырём учебным модулям, каждый из которых включает в себя от трёх до пяти лекций и соответствующее число семинарских занятий. Таким образом, каждый блок тестовых заданий может быть использован как для самопроверки, так и для проведения рубежного контроля по усвоению материала учебного модуля.

В целях самоподготовки и самоконтроля в программе предусмотрена возможность демонстрации правильного ответа, а также возможность пересылки результата теста на сервер преподавателя. При проведении контрольных мероприятий преподаватель может задать случайный порядок появления на экране вопросов теста, ограничить либо время ответа на каждый вопрос, либо время прохождения теста целиком.

Спецификация теста

Поскольку курс «Химические основы биологических процессов» предназначен для химиков (а не медиков, фармакологов или биологов), основной акцент сделан на усвоении структуры и свойств важнейших биомолекул  и, главным образом, на понимании взаимосвязи строение ­– свойства – биологические  функции. В связи с этим существенное внимание в тестах уделено структурным формулам, химическим in vitro и биохимическим in vivo свойствам составных частей биополимеров: аминокислот, моносахаридов и нуклеотидов.

Элементы содержания, включенные в тест:

    Структурные формулы и названия важнейших  биомолекул Структурные формулы и названия биополимеров Фрагменты структуры, управляющие протеканием метаболических процессов Биологические функции изучаемых молекул

Распределение заданий по уровню сложности

    Базовый уровень 25 заданий Повышенный уровень 15 заданий Высокий уровень 10 заданий

Задания высокого уровня нельзя заранее выучить, либо угадать из «общих соображений». Они требуют изображения и детального разбора структурной формулы, механизма реакции, либо применения правил номенклатуры.

Тестовые задания и ключ к ним  находятся в четырёх *.txt - файлах с соответствующими названиями. Номер правильного ответа обозначен цифрой от одного до четырёх.

Система оценивания  может быть легко изменена программным образом и варьироваться в зависимости от уровня испытуемого или группы. В представленном варианте это

45 правильных ответов – «отлично»

40 правильных ответов –  «хорошо»

35 правильных ответов –  «удовлетворительно»

Рекомендации к проведению тестов

Ниже приведены некоторые характеристики компьютерной программы и показаны примеры её работы применительно  к разработанным тестам.

Программа предназначена для проведения компьютерного тестирования и выставления оценки по указанной в тесте шкале. Программа может работать как с обычными текстовыми файлами, так и с зашифрованными файлами, просмотр которых невозможен. Модуль для шифрования/дешифрования тестов находится в самой программе.

Данная версия программы предоставляет возможность использовать для иллюстрации вопроса рисунки (*.bmp, *.gif, *.jpg, *.wmf).

Порядок следования вопросов и/или вариантов ответов может быть либо как в исходном файле, либо задаваться случайным образом. Можно установить ограничение по времени на прохождение всего теста или обдумывания каждого вопроса.

В программе предусмотрен "обучающий режим": после каждого ответа при ошибке будет указываться правильный вариант.

Результаты тестирования учеников могут быть оправлены преподавателю на сервер по компьютерной сети. Модуль сервера находится в самой программе.

Автор программы: (www. ).

Все права на программу принадлежат её автору. Программа распространяется бесплатно.

Порядок работы:

1. Запустить программу, с помощью ярлыка КУРБАТОВ. exe.

2. Выбрать тест, открыв один из. txt файлов с соответствующим названием, например, «Нуклеиновые кислоты»

3. Из меню «Тест» выбрать команду «Начать тест»

4. Пример работы программы в обучающем режиме

5. Если вопрос сопровождается иллюстрацией, то следует два раза нажать на изображение в правом верхнем углу, чтобы увеличить его. Например,

6. Пример завершения теста

7. Результаты теста автоматически запоминаются в специальном файле программы. Например,

-------------------13.06.2010-------------------

Пользователь: КУРБАТОВ С.

Тест: Углеводы. Полисахариды. Клеточные стенки бактерий.

Файл: F:\ТЕСТЫ ПО ХИМ_ОСН_БИОЛ_ПРОЦЕССОВ\УГЛЕВОДЫ_ПОЛИСАХАРИДЫ\УГЛЕВОДЫ_ПОЛИСАХАРИДЫ. txt

Тест начат: 0:40:58

Тест окончен: 0:49:39

Продолжительность: 00:08:41

Результативность: 84%

Оценка: 4

Всего вопросов: 50

Задано вопросов: 50

Правильных ответов: 42

------------------------------------------------

Примерные темы рефератов:

1. Макроэргические соединения с точки зрения термодинамики процессов метаболизма.

2. Механизм действия лизоцима и α-химотриисина.

3. Важнейшие мутагены, токсикология основных реагентов для органического синтеза.

4.  Искусственная и синтетическая пища: проблемы и персрективы.

5.  Ферменты как важнейшие биомишени ФАВ.

6. Современные представления об абзимах.

7. Типы молекулярных и межмолекулярных взаимодействий в биомолекулах.

8. Современные представления о структуре и функциях гена.

9. Гормоны – важнейшие  регуляторы процессов метаболизма.

10. Механизмы действия эндорфинов и энкефалинов.

11. Проблема транс-изомеров жирных кислот.

12. Химия биологически активных соединений на рубеже столетий.

13. Алкогольная зависимость: биохимические причины.

14. Моделирование ферментативных процессов.

15. Витамины и микронутриенты.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля)

а) основная литература

Я. Кольман, К.-Г. Рем. Наглядная биохимия. М. «Мир», 2000 г.

  2.  , . Биохимия. М. «Дрофа», 2004 г.

б) дополнительная литература:

  1.  . Основы биохимии. М. "Высшая школа" 1985 г.

2.  А. Ленинджер. Основы биохимии. М. "Мир" 1989 г.

3.  Э. Рис, М. Стернберг. От клеток к атомам. М. "Мир" 1985 г.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы

  Иллюстрации к лекциям (МГУ) http://rnp-group. genebee. /lectures/   Lehninger on the Web: www. /lehninger   Курс «Химические основы биологических процессов», читаемый в МГУ  http://www. chem. /rus/teaching/lecture-courses/304-biological-processes. html

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)

  -  лекционные аудитории;

  -  аудитории для семинарских занятий;

  -  лаборатории для проведения научно-исследовательской работы;

  -  проекционное оборудование и компьютер

  -  интерактивные доски