10. Место учебной дисциплины в структуре ООП: (цикл, к которому относится дисциплина, требования к входным знаниям, умениям и компетенциям, дисциплины, для которых данная дисциплина является предшествующей):
Дисциплина относится к профессиональному циклу (Б.3), вариативная часть (Б.3.В.), обязательные дисциплины (Б.3. В. ОД).
Студенты должны иметь базовые знания по молекулярной биологии, биохимии, физике.
Дисциплина предшествует курсам «Компьютерные исследования и моделирование биопроцессов», «Биофизика мембранных и клеточных процессов», «Структура и функционирование биомакромолекул и их комплексов», «Фотобиофизика и радиационная биофизика».
11. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины:
а) общекультурные (ОК):
приобретает новые знания и формирует суждения по научным, социальным и другим проблемам, используя современные образовательные и информационные технологии;
использует в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;
проявляет творческие качества;
правильно ставит цели, проявляет настойчивость и выносливость в их достижении;
заботится о качестве выполняемой работы;
умеет работать самостоятельно и в команде.
б) профессиональные (ПК):
демонстрирует знание принципов структурной и функциональной организации биологических объектов и механизмов гомеостатической регуляции; применяет основные физиологические методы анализа и оценки состояния живых систем;
демонстрирует знание принципов клеточной организации биологических объектов, биофизических и биохимических основ, мембранных процессов и молекулярных механизмов жизнедеятельности;
применяет современные экспериментальные методы работы с биологическими объектами в лабораторных условиях, навыки работы с современной аппаратурой;
способен эксплуатировать современную аппаратуру и оборудование для выполнения научно-исследовательских лабораторных биологических работ;
применяет на практике приемы составления научно-технических отчетов, обзоров, аналитических карт и пояснительных записок;
понимает, излагает и критически анализирует получаемую информацию и представляет результаты лабораторных биологических исследований.
пользуется нормативными документами, определяющими организацию и технику безопасности работ.
12. Структура и содержание учебной дисциплины
12.1 Объем дисциплины в зачетных единицах/часах в соответствии с учебным планом — ____/63,1.
12.2 Виды учебной работы
Вид учебной работы | Трудоемкость (часы) | ||
Всего | В том числе в интерактивной форме | По семестрам | |
№ сем.5 | № сем | ….. | |
Аудиторные занятия | 54 | - | 54 |
в том числе: лекции | 18 | - | 18 |
практические | - | - | - |
лабораторные | 36 | - | 36 |
Индивидуальные занятия | 2,1 | - | 2,1 |
Консультации | 2 | 2 | |
Экзамен | 5 | 5 | |
Итого: | 63,1 | 63,1 | |
Форма промежуточной аттестации | экзамен | - | - |
12.3. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела дисциплины |
1. | Строение и физико-химические свойства аминокислот. Протеиногенные аминокислоты | Строение аминокислот. Стереохимия аминокислотных остатков. L - и D-аминокислотные остатки. Классификация аимнокислот. Физико-химические свойства аминокислот. Константа ионизации. Изоэлектрическая точка. Протеиногенные аминокислоты. |
2. | Строение и физико-химические свойства белков. Первичная структура белка | Первичная структура белка. Пептидная группа. Пептидная связь и ее свойства. Валентные связи и углы между ними. Ван-дер-ваальсово взаимодействие. Разрешенные конформации аминокислотного остатка (карты Рамачандрана). Мезомерия пептидной связи. |
3. | Вторичная структура белков | Вторичная структура полипептидов. Спирали: 27, 310, α, poly(Pro). Антипараллельная и параллельная β-структура. β-изгибы. Стабильность α-спирали и β-структуры в воде. Водородные связи. Гидрофобные взаимодействия. Дисульфидные связи. |
4. | Высшие типы пространственной организации белка. Третичная и четвертичная структура. Домены | Фибриллярные белки, их функции и их периодичные первичные и вторичные структуры. Глобулярные белки. Роль доменов в пространственной организации молекул ферментов. Принципы пространственной организации молекул ферментов, проблема сворачивания полипептидной цепи в нативную конформацию. Шапероны. Краудинг. Роль четвертичной структуры в стабилизации молекулы фермента и регуляции активности ферментов. |
5. | Ферменты. Классификация ферментов | Катализ и катализаторы. Ферменты как особые представители катализаторов. Принцип классификации ферментов. Классы ферментов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы. Характеристика классов и важнейших групп ферментов. Активный центр ферментов. Субстратсвязывающий и каталитический сайты активных центров. Активные центры простых и сложных ферментов. Формирование активного центра на границе между доменами. |
6. | Сущность явления катализа. Кинетика ферментативных реакций | Особенности каталитического действия ферментов. Единицы ферментативной активности. Факторы, определяющие активность ферментов: концентрация фермента, концентрация субстрата, температура, рН среды, активаторы и ингибиторы. Влияние температуры на кинетику ферментативных реакций. Закон Вант-Гоффа. Предстационарная и стационарная фазы ферментативного процесса. Понятие начальной скорости. Роль необратимых реакций в стратегии метаболизма. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Отклонение от уравнения Михаэлиса-Ментен. Значение kcat, Km, Vm, Ks'. Методы расчета каталитических констант. Уравнение Лайнуивера-Берка и другие. Типы ингибирования. Графическое представление ингибирования. Влияние активаторов на кинетику ферментативных реакций. Графическое представление активации. Значение Ka и постоянных. Примеры ингибирования и активирования ферментативных реакций. |
7 | Механизмы регуляции активности ферментов | Регуляция активности ферментов внутриклеточными сигналами. Изостерическая регуляция. Аллостерические механизмы регуляции. Кооперативные эффекты. |
8. | Ферменты в клетке и в организованных системах | Локализация ферментов в клетке. Понятие компартментализации. Уровни организации ферментов. Надмолекулярные комплексы: мультиферментные комплексы, мультиферментные конъюгаты; ферментные ансамбли. Метаболоны – мультиферментные ансамбли, фиксированные на мембранах и структурных элементах клетки. Функциональные преимущества, возникающие в результате белок-белковых взаимодействий в составе молекулы полифункциональных ферментов. |
9. | Предсказание и дизайн белковых структур | Опознавание сходства пространственных структур белков по сходству их аминокислотных последовательностей. Попытки предсказания пространственных структур белков их аминокислотным последовательностям ab initio. Белковая инженерия и дизайн. Подтверждение теории переходного состояния в катализе методами белковой инженерии. Абзимы. Методы определения аминокислот, входящих в активные центры ферментов. Химическая модификация, действие ингибиторов, квазисубстраты, алкилирование, блокирование SH-групп. Роль серина, гистидина, лизина, тирозина, цистеина, аргинина, аспарагиновой и глутаминовой кислот в активных центрах. Глицин, цистеин и пролин как структурообразующие аминокислоты. Структура активных центров. Использование методов рентгеноструктурного анализа и сайт-специфического мутагенеза для изучения топографии активных центров. Ингибиторный анализ. Биоинформационный подход в изучении активных центров ферментов. |
12.4 Междисциплинарные связи
№ п/п | Наименование дисциплин учебного плана, с которым организована взаимосвязь дисциплины рабочей программы | № разделов дисциплины рабочей программы, связанных с указанными дисциплинами |
1 | Биофизика мембранных и клеточных процессов | 7, 8 |
2 | Структура и функционирование биомакромолекул и их комплексов | 1, 2, 3, 4, 7, 8 |
3 | Фотобиофизика и радиационная биофизика | 1, 2, 3, 4 |
4 | «Компьютерные исследования и моделирование биопроцессов | 2, 3, 9 |
12.5. Разделы дисциплины и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Виды занятий (часов) | ||||
Лекции | Практические | Лабораторные | Индивидуальные занятия | Всего | ||
1. | Строение и физико-химические свойства аминокислот. Протеиногенные аминокислоты | 2 | - | 4 | - | 6 |
2. | Строение и физико-химические свойства белков. Первичная структура белка | 2 | - | 4 | - | 6 |
3. | Вторичная структура белков | 2 | - | 4 | - | 6 |
4. | Высшие типы пространственной организации белка. Третичная и четвертичная структура. Домены | 2 | - | 2 | - | 4 |
5. | Ферменты. Классификация ферментов | 2 | - | 4 | - | 6 |
6. | Сущность явления катализа. Кинетика ферментативных реакций | 2 | - | 6 | 1 | 9 |
7. | Механизмы регуляции активности ферментов | 2 | - | 4 | - | 6 |
8. | Ферменты в клетке и в организованных системах | 2 | - | 4 | - | 6 |
9. | Предсказание и дизайн белковых структур | 2 | - | 4 | 1 | 7 |
13. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
(список оформляется в соответствии с требованиями ГОС и ФГОС,
используется общая сквозная нумерация для всех видов источников)
а) основная литература:
№ п/п | Источник |
1. | Биофизика: учебник для вузов / под ред. . – М.: Деловая книга: Академический проект, 2009. – 294 с. |
2. | Молекулярная биофизика: механизмы протекания и регуляции внутриклеточных процессов: учеб. пособие / , . – Воронеж: Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2012. – 220 с. |
3. | Структурно-функциональное состояние биомембран и межклеточные взаимодействия: учеб. пособие / , . – Воронеж: Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2008. – 156 с. |
б) дополнительная литература:
№ п/п | Источник |
4. | Оптические методы анализа интактных и модифицированных биологических систем / , . – Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 1996. – 240 с. |
5. | Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами: учеб. пособие / , . - Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2000. – 296 с. |
6. | Биохимия: учеб. / , , . - Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2002. - 696 с. |
7. | сновы биохимии / А. Ленинджер. - М.: Мир, 1985. - Т. 1. - 365 с. |
8. | Введение в бионеорганическую и биофизическую химию / . - М.: Высш. шк., 1989. - 256 с. |
9. | Олигомерные белки: структурно-функциональные модификации и роль субъединичных контактов / [и др.]. – Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 1997. – 264 с. |
10. | Биофизика / . - М.: Высш. шк., 1987. - Т. 1. - 319 с. |
11. | Биофизика / . - М.: Высш. шк., 1987. - Т. 2. - 303 с. |
в) информационные электронно-образовательные ресурсы:
№ п/п | Источник |
1. | www. lib. vsu. ru – ЗНБ ВГУ |
2. | http://www. viniti. - Всероссийский Институт Научной и Технической Информации (ВИНИТИ РАН). |
3. | http://www. ncbi. nlm. nih. gov/Pubmed - База научных данных в области биомедицинских наук. |
4. | www. chem. qmul. ac. uk/iubmb - Биохимическая классификация и номенклатура ферментов. Свободный доступ на сайте Международного союза биохимии и молекулярной биологии. |
5. | www. molbiol. ru, www. nature. ru - Учебники, научные монографии, обзоры, лабораторные практикумы в свободном доступе на сайтах практической молекулярной биологии. |
6. | www. – свободный доступ к международной базе данных по первичным и 3D структурам ферментов |
14. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Оборудование: ноутбук, мультимедийный проектор, оборудование для проведения лабораторных работ (спектрофотометр, фотоэлектроколориметр, лабораторная посуда и реактивы).
15. Форма организации самостоятельной работы:
Не предусмотрена
16. Критерии аттестации по итогам освоения дисциплины:
Отлично: Полно раскрыто содержание материала в объёме программы. Чётко и правильно даны определения и раскрыто содержание. Доказательства проведены на основе знания физических законов. Ответ самостоятельный, при ответе использованы знания, приобретённые ранее. Твёрдые практические навыки.
Хорошо: Раскрыто основное содержание материала. В основном правильно даны определения, понятия. Ответ самостоятельный. Материал изложен неполно, допущены неточности при формулировании выводов и использовании терминов. Практические навыки нетвёрдые.
Удовлетворительно: Усвоено основное содержание материала, но изложено фрагментарно, не всегда последовательно. Определения и понятия даны не чётко. Допущены ошибки при промежуточных математических выкладках в выводах. Неумение использовать знания полученные ранее. Практические навыки слабые.
Неудовлетворительно: Основное содержание учебного материала не раскрыто. Не даны ответы на дополнительные вопросы преподавателя. Допущены грубые ошибки в определениях. Нет практических навыков в использовании материала.
