Учебно-методический комплекс Рабочая программа для студентов специальности 020803.65 «Биоэкология» очной формы обучения

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

«УТВЕРЖДАЮ»:

Проректор по учебной работе

________________ //

__________ _____________ 200__г.

БИОХИМИЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ

Учебно-методический комплекс

Рабочая программа для студентов специальности 020803.65

«Биоэкология» очной формы обучения

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

Автор работы ________________//

« 23 » декабря 2008 г.

Рассмотрено на заседании кафедры анатомии и физиологии человека и животных, 24.12.2008, протокол №5. Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:

Объем 23 стр.

Зав. кафедрой ____________________//

«24» декабря 2008 г.

Рассмотрено на заседании УМК биологического факультета протокол №2 от 01.01.2001. Соответствует ГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК ___________________//

«30» декабря 2008 г.

«СОГЛАСОВАНО»:

Зав. методическим отделом УМУ_____________/./

«______»_____________200__ г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА АНАТОМИИ И ФИЗИОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ

БИОХИМИЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ

Учебно-методический комплекс

для студентов специальности 020803.65

«Биоэкология» очной формы обучения

Издательство

Тюменского государственного университета

2009

УДК

ББК Е081 я73

Ф912

. Биохимия и молекулярная биология: Учебно-методический комплекс. Рабочая учебная программа для студентов специальности «Биоэкология». Тюмень, 2009, 23.с.

Рабочая учебная программа опубликована на сайте ТюмГУ: Биохимия и молекулярная биология / Режим доступа: http://www. umk. *****., свободный.

Рекомендовано к электронному изданию кафедрой анатомии и физиологии человека и животных и учебно-методической комиссией биологического факультета. Одобрено проректором по учебной работе.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: , заведующий кафедрой анатомии и физиологии человека и животных, д. м.н., профессор

РЕЦЕНЗЕНТЫ: , заведующая кафедрой экологии и генетики, д. б.н., профессор

, заведующий кафедрой общей и социальной гигиены ТГМА, д. м.н., профессор

© ГОУ ВПО Тюменский государственный университет, 2009.

© , 2009.

1.  Пояснительная записка.

1.1.  Цели и задачи дисциплины

Формирование у студентов представления о том, что в основе жизнедеятельности клеток лежит совокупность согласованных межмолекулярных взаимодействий подчиняющихся основным законам классической физики и химии. Изучение молекулярной логики живой материи.

Задачи: изучить структуру и свойства основных классов биологических макромолекул и их составляющих, обсудить основы энергетического метаболизма живых клеток, роль ферментов в реализации клеточных функций, заложить понятия о саморегуляции метаболических процессов, осветить основы биосинтетических реакций, ввести понятие о целостности метаболизма.

2. Тематический план.

Таблица 1

Содержание дисциплины.

Тема 1. Молекулярная логика живой материи. Введение. Биохимия как наука о веществах, входящих в состав живой природы, и их превращениях, лежащих в основе жизненных явлений. Роль и место биохимии в системе естественных наук. Значение биохимии для промышленности, сельского хозяйства и медицины. Краткая история биохимии. Биохимические основы важнейших биологических явлений. Обмен веществ как важнейшая особенность живой материи. Структура клетки и биохимическая характеристика отдельных субклеточных компонентов.

Тема 2. Аминокислоты, химическя структура, биологическая роль. Физико-химические свойства и классификация аминокислот. Неполярные, полярные незаряженные, отрицательно заряженные и положительно заряженные аминокислоты. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Кислотно-основные свойства аминокислот. Буферные свойства растворов аминокислот. Способы связи аминокислот в белке. Пептидные, дисульфидные, ионные, гидрофобные и водородные связи.

Тема 3. Структура белковых молекул. Белки, их биологическая роль: значение в построении живой материи и в процессах жизнедеятельности. Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура белков. Альфа-спираль и бета-структура. Домены в структуре белка, их функциональная роль. Методы изучения структуры белков. Физико-химические свойства белков. Методы оценки размеров и формы белковых молекул. Денатурация белков. Принципы классификации белков. Глобулярные и фибриллярные белки. Классификация белков по третичной структуре. Простые и сложные белки. Функциональная классификация белков. Методы выделения белков, Выделение индивидуальных белков. Структура и свойства некоторых пептидов и белков.

Тема 4. Ферменты. Особенности ферментативного катализа. Термодина-мические и кинетические характеристики ферментативного катализа. Классификация и номенклатура ферментов. Химическая природа фер-ментов, их функциональные группы. Активный и аллостерический центры. Коферменты, простетические группы. Роль витаминов, металлов и других кофакторов в функционировании ферментов. Основные представления о кинетике ферментативных процессов. Специфичность действия ферментов. Влияние различных факторов сре-ды на ферментативные процессы (температуры, концентрации водородных ионов и др.). Влияние ингибиторов на ферментативную актив-ность. Антибиотики. Множественные формы ферментов. Общие представления о механизме ферментативного катализа. Регуляторные ферменты и изоферменты. Принципы регуляции ферментативных процессов в клетке и регуляция метаболизма. Локализация ферментов в клетке.

Тема 5. Углеводы и их роль в энергетическом обмене клеток. Углеводы и их биологическая роль, классификация и номенклатура. Структура, свойства и распространение в природе основных предста-вителей моносахаридов и полисахаридов. Гликопротеины и гликолипиды. Нейраминовая и ацетилмурамовая кислоты. Гиалуроновая и хондроитинсерная кислоты. Гепарин. Превращение углеводов в пищеваритель-ном тракте. Анаэробный и аэробный распад углеводов. Гликолиз. Спир-товое брожение. Биосинтез полисахаридов. Метаболизм гликогена и его регуляция. Гликозилтрансферазные реакции. Гликонеогенез.

Тема 6. Витамины. Биологическая роль витаминов. Классификация, номенклатура, структура, свойства, распространение в природе. Водорастворимые ви-тамины. Жирорастворимые витамины. Принципы регуляции обмена веществ в клетке. Химическая природа и физиологическая роль важнейших гормонов. Их роль в регуляции обмена веществ и синтеза белков. Механизм действия стероидных и белковых гормонов. Функции циклических нуклеотидов (3,5-цАМР и 3,5-цГМР) в регуляторных реакциях. Понятие о структуре и функциях нейромедиаторов. Нейропептиды. Связь между обменом белков, углеводов и липидов. Обмен веществ как единая система процессов.

Тема 7. Липиды и их роль в энергетическом обмене клеток. Биологическая роль липидов. Классификация номенклатура липидов. Структура, свойства и распространение в природе. Основные . представители триглицеридов, фосфолипидов, цереброзидов, стеринов. Жирные кислоты, их классификация и номенклатура. Простагландины. Ферментативный распад и синтез триглицеридов и липидов. Окис-ление жирных кислот. Биосинтез жирных кислот. Мультиферментный комплекс синтетазы жирных кислот. Биологические мембраны. Современные представления о строении биологических мембран. Функции биологических мембран. Общая характеристика пассивного и активного транспорта веществ через биомембраны.

Тема 8. Обмен аминокислот и цикл мочевины. Обмен белков. Ферментативный гидролиз белков. Протеолитические ферменты, их специфичность, активация. Ограниченный протеолиз. Пути образования и распада аминокислот в организме. Переаминирование. его механизм, биологическое значение. Процессы дезаминироаания и декарбоксилирования аминокислот. Образование аммиака. Транспорт аммиака. Восстановительное аминирование. Амиды и их физиологиче-ское значение. Особенности обмена отдельных аминокислот и их роль в образовании ряда важнейших биологически активных веществ. Биосинтез мочевины. Азотистые небелковые вещества, их синтез, распад и биологическая роль. Нарушения структуры и обмена белков. Наследственные заболева-ния. Алкалоиды, их роль у растений и значение в медицине.

Тема 9. Цикл Кребса, дыхательная цепь, интеграция метаболизма. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Пируватдегидрогеназный комплекс. Цикл трикарбоновых кислот. Окислительное фосфорилирование на уровне субстрата. Энергетическая характеристика аэробной и анаэробной фазы углеводного обмена. Пектозофосфатный путь обмена углеводов, его биологическая роль. Биоэнергетика. Макроэргические соединения. Нуклеозидфосфаты. Аденозинтрифосфат (АТФ). Креатинфосфат и аргининфосфат. Пути образования АТФ и других макроэргических соединений. Окислительное фосфорилирование. Окислительно-восстановительные процессы. Цепь переноса водорода и электронов (дыхательная цепь). Энергетическое значение ступенчатого транспорта электронов от субстратов окисления и кислороду. НАД - и НАДФ-зависимые дегидрогеназы. Флавиновые ферменты. Убихинон. Цитохромы и цитохромоксидаза. Окислительное фос-форилирование в дыхательной цепи. Представление о механизме со-пряжения окисления и фосфорилирования в дыхательной цепи. Митохондрии, структура и энергетические функции. Трансмембранный потен-циал ионов водорода как форма запасания энергии.

Тема 10. Нуклеиновые кислоты и биосинтез белка. Нуклеиновые кислоты. Роль нуклеиновых кислот в формировании и свойствах живой материи. Строение нуклеиновых кислот. Пуриновые и пиримидиновые основания. Углеводные компоненты. Нуклеозиды. Нуклеотиды. Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК). Структура ДНК. Биологическое значение двухспирального строения ДНК. Физико-химические свойства ДНК. Принцип комплементарности и его биологи-ческая роль. Репликация ДНК. Рибонуклеиновые кислоты (РНК). Струк-тура, свойства и функции основных классов РНК - информационных, рибосомальных, транспортных. Матричный синтез РНК "транскрипция и посттранскрипционные превращения РНК. РНК-вещество наследственности некоторых вирусов. Обратная транскрипция. Нуклеазы и другие ферменты в распаде, синтезе и функционирова-нии нуклеиновых кислот. Обмен пуриновых и пиримидиновых оснований. Биосинтез белка. Основные этапы биосинтеза белка. Активация аминокислот. Образование аминоацил-тРНК. Генетический код, его характеристика. Функции информационных РНК в синтезе белка. Рибосомы, их строение и функции в синтезе белка. Полисомы. Процесс тран-сляции на рибосомах. Посттрансляционные превращения белков. Самоорганизация белковой глобулы. Самосборка четвертичной структуры белка и надмолекулярных структур клетки. Организация генома у прокариот и эукариот. Функциональное зна-чение отдельных участков ДНК. Промотор. Регуляторные и структурные гены. Хроматин. Регуляция биосинтеза белка. Генная инженерия.

Темы лабораторных работ (Лабораторный практикум).

1. Лабораторная работа №1. Цветные реакции на белки и аминокислоты.

Наименования экспериментов:

- биуретовая реакция

- нингидриновая реакция

- ксантопротеиновая реакция (Мульдера)

- реакция Фоля (на слабосвязанную серу)

- реакция на тирозин (Милона)

- реакции на триптофан (Адамкевича и Шульца-Распайля)

- реакция на Аргинин (Сакагучи)

2. Лабораторная работа №2. Хроматографический метод определения аминокислот.

Наименования экспериментов:

- распределительная жидкостная хроматография аминокислот на бумаге

3. Лабораторная работа №3. Кислотный гидролиз и формоловое титрование по Серенсену.

Наименования экспериментов:

- кислотный гидролиз белка

- формоловое титрование

4. Лабораторная работа №4. Физико-химические свойства белков.

Наименования экспериментов:

- осаждение белков при кипячении

- реакции осаждения белков при комнатной температуре нейтральными солями – высаливание

- диализ белка

- осаждение белков солями тяжелых металлов

- осаждение белков концентрированными минеральными кислотами

- осаждение белков органическими кислотами

- осаждение белков органическими растворителями

- осаждение белков алкалоидными реактивами

- определение изоэлектрической точки белка

5. Лабораторная работа №5. Строение сложных белков.

Наименования экспериментов:

- гидролиз нуклеопротеидов

- качественные реакции на открытия составных частей нуклеопротеидов

- получение кристаллов гемина из гемоглобина

- выделение муцина из слюны

- нафтоловая проба на углеводную группировку муцина (Подобедова-Молиша)

6. Лабораторная работа №6. Ферменты.

Наименования экспериментов:

- влияние реакции среды на активность амилазы

- специфичность действия ферментов

- влияние ингибиторов и активаторов на активность амилазы

- активность амилазы слюны количественное определение

7. Лабораторная работа №7. Витамины.

Наименования экспериментов:

- качественная реакция на витамин В2

- качественная реакция на витамин РР

- качественная реакция на витамин В6

- качественные реакции на витамин С

- качественная реакция на викасол (жирорастворимые витамины)

8. Лабораторная работа №8. Липиды.

Наименования экспериментов:

- растворимость и эмульгирование жиров

- гидролиз (омыление) жира

- открытие в гидролизате составных частей жира

- открытие ненасыщенности жирных кислот в жире

- получение нерастворимых солей высших жирных кислот

- гидролиз лецитина (фосфатидилхолина)

- цветные реакции на холестерин

9. Лабораторная работа №9. Углеводы.

Наименования экспериментов:

- доказательство наличия гидроксильных групп

- доказательство наличия карбонильных групп (альдегидная проба Мура)

- проба Троммера

- проба Фелинга

- проба Барфеда

- получение серебряного зеркала

- проба Подобедова-Молиша с α-нафотолом

- реакции на сахарозу

- реакции на мальтозу и глюкозу

- цветные реакции на крахмал и гликоген

- гидролиз крахмала

- гидролиз клетчатки

Наименование объектов изучения: основные классы биологических макромолекул и их составляющих – белки и аминокислоты, углеводы, липиды.

Список инструментов и оборудования для проведения лабораторных работ.

Инструменты: пробирки лабораторные различного объема и назначения, пипетки стеклянные градуированные, дозаторы автоматические переменного объема, штативы для пробирок, ножницы, пинцеты и др., бюретки для титрования, кюветы для определения оптической плотности, спиртовки, чашки Петри.

Оборудование: водяная баня, колбонагреватель автоматический, вортекс лабораторный для пробирок, вытяжной шкаф, микроскопы, шкаф сушильный, спектрофотометр, центрифуга лабораторная.

Экзаменационные вопросы по дисциплине «Биохимия и молекулярная биология»

Примеры тестовых вопросов и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины:

1. Если величина рН изменилась на единицу, то концентрация ионов водорода в среде изменилась в:

а) в 2 раза;

б) в 10 раз;

в) в 1000 раз;

г) среди ответов а-г нет верных.

2. К неполярным аминокислотам относятся.

а) лейцин и валин;

б) лейцин и гистидин;

в) лейцин и глутамин;

г) валин и глутамин.

3. Жидкая вода по своей структуре ближе…

а) к кристаллической воде;

б) газообразной воде;

в) не имеет ничего общего ни со льдом, ни с газообразной водой;

г) к жидким углеводородам.

4. Укажите действие ионов растворенных веществ на структуру воды.

а) вода является плохим растворителем вследствие чего в ней практически отсутствуют ионы,

б) разрушают кластерную структуру воды,

в) упорядочивают кластерную структуру воды,

г) выражено на структуру воды не влияют.

5. Вода по отношению к другим жидкостям имеет диэлектрическую постоянную:

а) существенно ниже,

б) существенно выше,

в) данная величина к воде не имеет никакого отношения,

г) диэлектрические постоянные всех жидкостей примерно одинаковы.

Основная литература:

1. , Шведова : учеб для вузов. М.:Дрофа, 20с.

2. На пути к пониманию каталитического механизма ATP-синтетазы // Биохимия, 2001.- т.66.-вып.10.-С..

3. Роль кооперативного Н+/е—сопряжения (редокс-эффект Бора) в геме а/СuА и геме а3/CuВ при трансмембранном переносе протонов цитохром-с оксидазой // Биохимия, 2005.- т.70.-вып.2.-С.220-230.

4. Быстрая регуляция α-кетоглутатаратдегидрогеназного комплекса энергозависимыми и некоторыми другими метаболитами// Биохимия, 2005.- т.70.-вып.7.-С.880-884.

5. Основы биохимии. М.: Мир, 1985.

6. Биохимия. М.: Мир, 1985.

Дополнительная литература:

1., , и др. Кооперативность связывания субстратов с траскетолазой Saccharomyces cerevisiae// Биохимия, 2009.- т.74.-вып.7.-С.972-976.

2. , Болдырев и родственные соединения защищают двухцепочечную ДНК от окислительного повреждения // Журнал эвол. биох. и физиол., 2006.-т.42.-№5.-С.453-456.

2. Плакунов энзимологии. М.: Логос, 20с.

3. Овчинников химия. М.: Просвещение, 19с.

Дополнения и изменения к рабочей программе на 2011 / 2012 учебный год

В рабочую программу вносятся следующие изменения:

Основная литература

1. Биохимия человека: [учебник]: в 2 т.: пер. с англ./ Р. Марри [и др.]. - Москва: Мир: Бином. Лаборатория знаний. - Т.4 с.

2. Биохимия человека: [учебник]: в 2 т.: пер. с англ./ Р. Марри [и др.]. - Москва: Мир: Бином. Лаборатория знаний. - Т.1 с.

3. Комов, : учеб. для студ. вузов, обуч. по напр. 655500 "Биотехнология"/ , . - Москва: Дрофа, 20с.: ГРИФ МО

Дополнительная литература

1. Биохимия человека: в 2 т.: [учебник]/ Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес [и др.]; пер. с англ. под ред. . - Москва:

2. Биохимия и молекулярная биология: учеб. пособие для вузов/ ред. . - Самара: Самарский университет, 20с.

3. Биохимия человека: в 2 т.: [учебник]/ Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес [и др.]; пер. с англ. , , под ред. , . - Москва: 4 с.

4. Северин, Е. С. и др. Биохимия. М.: «Медицина», 2000. – 168 с. ГРИФ МО

5. Проскурина, . М.: «ВЛАДОС», 2003. – 240 с. Гриф МО

6. Фролова, биологической химии. Тюмень, 2003. – 128 с.

7. Биологическая химия. М.: «Академкнига», 2005. – 256 с. Гриф УМО

Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры анатомии и физиологии человека и животных « » августа 2011 г.

Заведующий кафедрой ___________________ / /

О.

9.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:

1. www.

2. www. *****

3. UVProbe ver.2.21 (Shimadzu)

10. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).

Учебный процесс по дисциплине «Биохимия и молекулярная биология» проходит в двух аудиториях биологического факультета Тюменского государственного университета. Аудитория № 000 (лекционная аудитория) оснащена мультимедийным комплексом позволяющим воспроизводить слайды, видеоролики и др.

Аудитория № 000 (Лаборатория биохимии) – оснащена всем необходимым оборудованием для выполнения лабораторных работ, также оснащена мультимедийным комплексом. Более подробно приборы и инструменты необходимые для выполнения лабораторных работ в ходе освоения дисциплины и изложены в п.7 рабочей программы.