Химические основы жизни
1. ВВЕДЕНИЕ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1. Цель преподавания дисциплины: изучение особенностей химического строения, физико-химических свойств и биологических функций важнейших классов жизненно необходимых соединений: аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов; путей их химического превращения в живых организмах и значения этих превращений для понимания физико-химических основ жизни, молекулярных механизмов наследственности и изменчивости, регуляции и адаптации биохимических превращений в организме при изменении условий окружающей среды; функциональных особенностей отдельных систем, органов и тканей на биохимическом уровне; прикладных аспектов биохимической науки.
1.2. Требования по дисциплине:
а) Студент должен иметь представления: об истории развития биохимии, ее основных этапах становления как науки, место биохимии в современной иерархии естественнонаучных дисциплин; о химическом строении, физико-химическим свойствам и биологическим функциям важнейших классов жизненно необходимых и биологически активных веществ; об основных путях обмена аминокислот, белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот и минеральных соединений; о механизмах регуляции данных процессов; о молекулярных основах важнейших физиологических процессов; о важнейших путях развития прикладной и фундаментальной биохимической науки.
б) Студент должен уметь: систематизировать и обобщать знания, полученные при изучении лекций и других учебно-научных источников информации; свободно, грамотно излагать теоретический материал по основным вопросам биохимии, проводить дискуссии; использовать современные физико-химические подходы, приемы и методы для изучения особенностей протекания биохимических процессов как in vitro, так и in vivo; использовать полученные знания для постановки, проведения и интерпретации результатов экспериментальной работы; использовать полученные знания для изучения других дисциплин биолого-химического цикла.
1.3. Место курса в системе химического образования. Химические основы жизни – дисциплина, занимающая промежуточное положение между биолого-медицинскими и химическими дисциплинами и изучающая на молекулярном уровне процессы, лежащие в основе жизни. Раскрывая физико-химическую сущность жизненных явлений, курс «Химические основы жизни» оказывает огромное влияние на развитие всех отраслей естественнонаучного знания.
1.4. Методология освоения содержания курса. Для успешного усвоения материала дисциплины необходимыми являются следующие требования:
а) Общая химическая и биологическая подготовка (предшествующее изучение курсов «Теоретические основы неорганической химии», «Неорганическая химия», «Органическая химия», «Аналитическая химия», «Физическая химия», «Биология с основами экологии» и др.).
б) Прослушивание и осмысление лекционного материала.
в) Приобретение навыков решения экспериментальных задач в ходе выполнения лабораторного практикума по определенным темам.
г) Выполнение решений контролирующих задач, охватывающих основные разделы дисциплины.
д) Успешное прохождение рубежных контролей, сдача коллоквиумов и экзамена.
г) Совершенствование знаний и умений при анализе прочитанной основной и дополнительной литературы, при написании рефератов; в процессе участия в дискуссиях, конференциях.
Модули (разделы) дисциплины и виды занятий:
№
|
Наименование разделов дисциплины
|
Объем учебного времени по видам занятий, ч
|
Лекции
|
Лабораторный практикум (коллоквиумы)
|
Самостоятельная работа
|
1
|
Строение, свойства и биологические функции жизненно необходимых соединений
|
10
|
12
|
15
|
2
|
Обмен веществ и энергии
|
10
|
12
|
15
|
3
|
Некоторые аспекты молекулярной физиологии человека
|
6
|
4
|
13
|
4
|
Прикладные разделы биохимии
|
6
|
4
|
13
|
ВСЕГО ПО РАЗДЕЛАМ:
|
32
|
32
|
56
|
ИТОГО:
|
120
|
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (УЧЕБНЫЕ МОДУЛИ)
2.1. СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЖИЗНЕННО НЕОБХОДИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ
2.1.1. Лекционный материал
Биохимия как важнейшая область современного естествознания. Из истории развития биохимической науки. Химический состав живых организмов. Химическая организация клетки. Жидкокристаллическое состояние биологических структур. Роль воды как основного компонента живой материи. Понятие биологической системы и ее основные особенности: эффективное преобразование и использование энергии в биосистемах; обмен веществ с окружающей средой и саморегуляция собственных химических превращений; самовоспроизведение. Размеры и молекулярная масса биомолекул. Определение молекулярных масс биомолекул как по данным химического состава, так и с помощью соответствующих физико-химических методов (коллигативные свойства растворов, светорассеяние, седиментация и др.).
Развитие представлений о белковых веществах. Протеомика. Биологические функции белков. Химическое строение природных аминокислот. Белковые и небелковые аминокислоты. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Физико-химические свойства аминокислот: оптическая активность, кислотно-основные свойства, изоэлектрическое состояние, хелатирующая способность. Пептиды и белки: аминокислотный состав; номенклатура; общие принципы химического синтеза. Твердофазный пептидный синтез. Пептидная связь и ее основные особенности. Молекулярная масса пептидов и белков. Первичная структура белков и методы ее определения. Автоматические аминокислотные анализаторы и секвенаторы. Серповидно-клеточная анемия как результат «неправильной» первичной структуры гемоглобина. Вторичная структура белков. Основные типы вторичной структуры. Роль водородных связей. Третичная структура белков. Фибриллярные и глобулярные белки. Типы взаимодействий, стабилизирующих третичную структуру белков. Роль дисульфидных связей. Рентгеноструктурный анализ третичной структуры белков и других биополимеров. Денатурация белков. Денатурирующие агенты. Ренативация. Четвертичная структура белков. Прото- и олигомеры. Тетрамерная структура гемоглобина. Типы взаимодействий, стабилизирующих четвертичную структуру белков. Физико-химические свойства белков и их растворов: растворимость, гидратация, высаливание белков; кислотно-основные, буферные, коллоидные и осмотические свойства. Природные пептиды: глутатион, грамицидин, аминитины, нейромедиаторы – химическая структура и биологические функции. Простые белки: гистоны, альбумины, глобулины, протамины, проламины, глютелины и протеиноиды – химическое строение и биологические функции. Сложные белки: глико-, липо-, фосфо-, металло-, гемо-, хлорофилл- и нуклеопротеины. Химическое строение простетической группы. Типы связей между простетической группой и апопротеином. Биологические функции сложных белков.
История изучения ферментов как биологических катализаторов. Энзимология. Белковая природа большинства ферментов. Рибозимы. Классификация и номенклатура ферментов. Структурно-функциональная организация ферментов. Кофакторы – ионы металлов и коферменты. Металлоферменты. Апо- и холоферменты. Основные особенности ферментативного катализа: высокая скорость реакции, селективность (абсолютная и групповая), «мягкие» условия и т.д. Фермент-субстратные комплексы и методы их определения. Молекулярная масса ферментов. Механизм действия ферментов. Активный центр фермента. Контактный и каталитический участки. Присоединение субстрата к активному центру, преобразование фермент-субстратного комплекса в переходные формы, отделение продуктов реакции в окружающую среду. Механизм действия карбоксипептидазы А. Кинетические закономерности реакций ферментативного катализа. Стационарный режим протекания ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментен и его анализ. Физический смысл величин, входящих в уравнение Михаэлиса-Ментен. Графики Лайнувера-Берка. Предстационарная, нестационарная и релаксационная кинетика. Автокаталитические ферментативные процессы. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций: Время протекания, температура, рН среды. Регуляция активности ферментов. Единицы активности ферментов и способы их определения. Активация ферментов: активация коферментами, ионами металлов и субстратами. Активация протеолитических ферментов частичным протеолизом. Ингибирование ферментов. Обратимое и необратимое ингибирование. Конкурентное, неконкурентное, бесконкурентное и субстратное ингибирование. Аллостерическая регуляция ферментативной активности. S-образная кривая зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата в случае аллостерических ферментов. Гетеротропные и гомотропные аллостерические эффекторы. Определение типов ингибирования из графиков Лайнувера-Берка, используя кинетические параметры реакций. Биологическая роль ферментов. Метаболизм как результат действия ферментов. Мультиферментные ансамбли. Изоферменты и их биологическое значение. Применение ферментов в промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Иммобилизованные ферменты.
Учение о витаминах – витаминология. Особенности функционирования витаминов в живых организмах. Источники витаминов и их суточная потребность. Авитаминозы, гиповитаминозы и гепервитаминозы как формы патологических состояний, вызываемых дисбалансом поступления и распределения витаминов в организме. Номенклатура и классификация витаминов. Витамеры. Жирорастворимые витамины: строение и биохимические функции. Витамин А и его участие в фотохимическом акте зрения. Витамин D и его формы. Витамин К. Витамин Е. Витаминоподобные жирорастворимые вещества: коэнзим Q, ненасыщенные жирные кислоты (витамин F). Водорастворимые витамины: химическое строение и биохимические функции. Витамины группы В: тиамин, рибофлавин, пантетоновая кислота, никотиновая кислота, пиридоксин, фолиевая кислота, кобаламин. Флавинмононуклеотид и флавинадениндинуклеотид как простетические группы флавинзависимых дегидрогеназ. Кофермент А как наиболее важное производное пантотеновой кислоты. Никотинамиддинуклеотид и никотинамиддинуклеотидфосфат как коферменты дегидрогеназ. Н4-фолат как коферментная форма витамина В9. Витамин С. Витамин Р. Витамин Н. Витаминоподобные водорастворимые вещества – п-аминобензойная кислота, инозит, холин, оротовая кислота, липоевая кислота, пангамоновая кислота, карнитин и S-метилметионин – химическая структура и основные биохимические функции. Взаимодействие витаминов. Антивитаминное действие.
Особенности строения и свойств порфиринов и металлопорфиринов. Дыхательная функция крови. Дыхательные пигменты: гемоглобин и миоглобин. Строение гемоглобина и миоглобина. Четвертичная структура гемоглобина. Механизм кооперативного присоединения молекулярного кислорода к гемоглобину. Оксигемоглобин. Диссоциационные кривые для гемоглобина и миоглобина. Эффект Бора. Ингибирующее действие 2,3-дифосфоглицерата. Мутантные гемоглобины и заболевания крови. Цитохромы. Хлорофиллы. Линейные тетрапиррольные соединения. Получение и применение порфиринов.
История открытия нуклеиновых кислот. Установление генетической функции ДНК. Изучение химического строения нуклеиновых кислот и нуклеопротеинов. Химическое строение нуклеиновых кислот. Полный гидролиз нуклеиновых кислот. Углеводные компоненты. Азотсодержащие гетероциклические основания (пуриновые и пиримидиновые). Главные и минорные основания. Лактам-лактимная таутомерия и оптические свойства азотистых оснований. Одинаковые и отличающиеся компоненты ДНК и РНК. Структура нуклеозидов и нуклеотидов. N-гликозидная связь и ее конфигурация. Полинуклеотиды. Пространственная организация молекул ДНК. Уровни организации молекул ДНК как важный этап понимания ее биологических функций. Первичная структура ДНК. Правила Чаргаффа. Вторичная структура ДНК. Модель двойной спирали. Роль водородных связей в формировании и поддержании структуры двойной спирали. Комплементарные пары азотсодержащих гетероциклических оснований. Роль стэкинг-взаимодействий. А, В и Z- формы ДНК и их биологические функции. Третичная структура ДНК. Размеры молекул ДНК, выделенной из различных природных объектов. Вирусные ДНК: линейная и кольцевая формы. Суперспирализация молекул ДНК в клетках эукариот. Структурная организация нуклеосом, хроматина. Уровни организации и типы молекул РНК. Одноцепочечная структура РНК. рРНК, тРНК и мРНК: структуры и биологические функции. Минорные основания, входящие в состав тРНК. Физико-химические свойства нуклеиновых кислот. Коллигативные и осмотические свойства, высокая вязкость растворов нуклеиновых кислот. Кислотно-основные свойства. Роль фосфатных групп и гетероциклических оснований в обеспечении кислотно-основных свойств нуклеиновых кислот. Хелатирующая способность. Денатурация ДНК. Спектрофотометрический метод изучения процесса денатурации ДНК. Гипо- и гиперхромные эффекты. Температура «плавления» ДНК и ее зависимость от содержания пар Г-Ц и А-Т. молекулярная гибридизация нуклеиновых кислот как важный метод установления сходства и различия первичной структуры разных образцов нуклеиновых кислот. Жидкокристаллическое состояние нуклеиновых кислот в водных растворах и в составе клеточных структур. Биологическая роль нуклеиновых кислот. Основные понятия: генетический код, кодоны, гены, геном, генотип и фенотип, геномика. Репликация, транскрипция и трансляция как основные процессы реализации наследственной информации в живых организмах. Биологическая роль АТФ. Эффекты, обеспечивающие высокое содержание энергии в фосфоангидридных связях АТФ по сравнению с другими фосфатами.
Общие сведения о гормонах. Наука о гормонах – эндокринология. Особенности функционирования гормонов в живых организмах. Номенклатура и классификация гормонов. Механизмы действия гормонов. Взаимосвязь центральной нервной системы и желез внутренней секреции. Мембранный, мембранно-внутриклеточный и цитозольный механизмы действия гормонов. Гормоны-пептиды и производные аминокислот: химическое строение и биологические функции. Гормоны гипоталамуса (либерины, статины). Гормоны гипофиза (тропины, вазопрессин, окситоцин, эндорфины). Гормоны щитофидной железы (йодтиронины и кальцитонин). Гипо- и гиперфункция шитовидной железы. Гормоны поджелудочной железы (инсулин, глюкагон). Противоположное действие инсулина и глюкагона. Биохимические причины возникновения диабета. Формы диабета и методы лечения. Гормоны надпочечников (адреналин, норадреналин, изопропиладреналин). Стероидные гормоны – глюкокортикоиды, минеролокортикоиды и андрогены – химическое строение и биохимические функции. Половые гормоны – женские и мужские – их взаимосвязь. Простагландины: химическое строение и биологические функции. Получение и применение гормонов.
2.1.2. Лабораторные занятия
Выделение белков из биологических жидкостей
Анализ аминокислотного состава белков. Качественные реакции на белки
Количественное определение белка биуретовым методом
Изучение растворимости и высаливания белков. Определение изоэлектрической точки белка. Исследование денатурации белков
Кислотный гидролиз нуклеопротеинов дрожжей и изучение свойств ДНК и РНК
Изучение влияния различных факторов на скорость ферментативных реакций
Исследование селективности действия ферментов
Количественное определение активности ферментов
Качественные реакции на водорастворимые и жирорастворимые витамины
Количественное определение витаминов С и Р в растительном материале
Качественное определение геминовой группировки в гемоглобине
Качественные реакции на гормоны
2.1.3. Индивидуальная и самостоятельная работа
Выполнение индивидуального домашнего задания по модулю. Оформление отчетов по лабораторным работам. Подготовка к защите лабораторных работ, коллоквиумам.
2.2. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ
2.2.1. Лекционный материал
Введение в обмен веществ и энергии в живых организмах. Понятие об обмене веществ и энергии. Внешний и промежуточный обмен. Понятие о метаболизме и метаболических путях в организме. Главные и специфические метаболические пути. Катаболизм и анаболизм. Экзергонические и эндергонические процессы. Взаимосвязь анаболизма и катаболизма. Амфиболические процессы. Локализация основных путей метаболизма в органеллах клетки. Классификация организмов по особенностям метаболизма. Автотрофные, гетеротрофные и миксотрофные организмы. Аэробные и анаэробные организмы. Основы биоэнергетики. Термодинамическая обеспеченность биохимических процессов. Применение и соответствие законов термодинамики к биологическим системам. Сопряжение эндергонических и экзергонических процессов. Высокоэнергетические соединения. Стандартная свободная энергия гидролиза некоторых высоко- и низкоэнергетических соединений и свободная энергия гидролиза этих соединений физиологических условиях. Биологическое окисление. Среднесуточное потребление энергии с основными пищевыми веществами у человека. Энергетическая характеристика продуктов питания. Тканевое дыхание. Стадии извлечения питательных веществ: подготовительная, образование полупродуктов метаболизма и заключительная. Развитие представлений о биологическом окислении. Перексидная теория дыхания Баха. Дыхательная цепь. Основные компоненты дыхательной цепи: никотинзависимые, флавинзависимые дегидрогеназы, цитохромы, убихинон и др. Молекулярные события и физико-химические процессы, лежащие в основе функционирования дыхательной цепи. Окислительно-восстановительные потенциалы основных компонентов дыхательной цепи. Фосфорилирование АДФ. Митохондриальное окисление. Сопряжение процессов окислительного фосфорилирования и митохондриального окисления. Хемиосмотическая теория. Коэффициент фосфорилирования. Дыхательный контроль. Микросомальное окисление. Ферменты окислительной системы микросом. Общий путь катаболизма. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Пируватдегидрогеназный комплекс ферментов. Цикл Кребса. Мультиферментный ансамбль цикла Кребса. Суммарное уравнение цикла Кребса и общего пути катаболизма. Биохимические функции цикла Кребса. Глиоксилатный цикл. Сохранение биомассы при метаболизме. Суточный обмен взрослого человека. Методы исследования обмена веществ. Методы in vivo и in vitro.
Выяснение молекулярных основ наследственности. Молекулярные процессы, лежащие в основе размножения бактериофага Т4 в клетках кишечной палочки. Пути биосинтеза пуриновых и пиримидиновых оснований, нуклеозидов и нуклеотидов. Репликация ДНК. Полуконсервативная, консервативная и дисперсная репликация. Доказательство полуконсервативного механизма репликации в клетках прокариот и эукариот. Субстраты для синтеза ДНК и его энергетическая обеспеченность. ДНК-полимераза. ДНК-матрица. Отличие матричных и нематричных биопроцессов. Основные этапы матричных процессов: инициация, элонгация, терминация. Репликативный ферментативный комплекс. Репликативная вилка ДНК. Направление синтезированных цепей ДНК. Фрагменты Оказаки. Репарация ошибок и повреждений ДНК. Модификация пуринов или пиримидинов азотистой кислотой. Репаративные ферменты. Мутации как необратимые изменения в структуре ДНК. Мутагены. Транскрипция РНК. Субстраты транскрипции и ее энергетическая обеспеченность. Цикл транскрипции. РНК-полимераза. Промоторные участки ДНК-матрицы. Направление синтезируемых цепей РНК. Терминаторы. Первичные транскрипты. Полинуклеотидфосфорилаза. Посттранскрипционная доработка РНК – процессинг. Гидролиз нуклеиновых кислот. Нуклеазы, рестриктазы. Пути катаболизма пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.
Введение в обмен белков и аминокислот. Обмен белков и аминокислот как определяющий фактор их уникальных биологических функций. Динамическое состояние белков в организме. Фиксация атмосферного азота. Азотфиксирующие организмы. Нитрогеназы. Фиксация азота и сельское хозяйство. Азотистый баланс и влияющие на него факторы. Пищевая ценность белков. Полноценные и неполноценные белки. Гидролиз белков в процессе пищеварения. Протеолитические ферменты желудочно-кишечного тракта. Эндопептидазы и экзопептидазы. Пищеварительная функция и антимикробное действие соляной кислоты. Катаболизм аминокислот. Реакции дезаминирования, трансдезаминирования и декарбоксилирования. Разложение аминокислот под действием бактерий. Катаболизм углеродного скелета аминокислот. Глико- и кетогенные аминокислоты. Обмен аммиака в живых организмах. Проявления токсичности аммиака для клеток и тканей. Возможные пути реализации защиты клеток и тканей от токсичного действия аммиака. Орнитиновый цикл и его баланс. Катаболизм и анаболизм простетических групп сложных белков на примере гемоглобина. Биосинтез заменимых аминокислот.
Превращения углеводов в процессе пищеварения. Гликозидазы. Транспорт моносахаридов через клеточные мембраны. Активация моносахаридов. Глюко- и гексокиназы: особенности действия. Обмен гликогена. Гликогеногенез. Гликогеногенолиз. Регуляция гликогеногенеза и гликогеногенолиза. Катаболизм глюкозы. Основные стадии гликолиза. Гликолитический ансамбль ферментов. Аэробное и анаэробное превращение пирувата. Взаимосвязь аэробного и анаэробного гликолиза. Брожение и его типы: спиртовое, молочно-, масляно- и лимоннокислое. Этанол и обмен веществ. Алкогольдегидрогеназа и альдегиддегидрогеназа. Влияние этанола на обмен веществ. Пентозофосфатный путь окисления углеводов: окислительный и неокислительный этапы. Биосинтез глюкозы (гликонеогенез). Основные стадии и ферменты гликонеогенеза. Биосинтез углеводов в фотосинтезирующих организмах. Фотосинтезирующие организмы и фотосинтезирующие пигменты. Основные стадии фотосинтеза. Фотохимические реакции фотосинтеза. Фотосистемы. Фотосинтез и окружающая среда.
Превращения липидов в процессе пищеварения. Липолитические ферменты. Ресинтез и транспорт липидов. Хиломикроны. Внутриклеточный гидролиз липидов. Липолиз. α-, β- и ω-Окисление жирных кислот. Биосинтез кетоновых тел, жирных кислот, триацилглицеринов и холестерина.
Общие представления о строении биологических мембран. Электролитный состав жидкостей организма. Закон осмолярности. Калий-натриевый насос и его физико-химическая основа. Биологическая роль воды. Свободная, связанная и конституционная вода. Метаболическая вода. Суточный баланс воды в организме. Уникальные физико-химические свойства воды, обусловливающие ее высокую биологическую активность. Применение дистиллированной и апирогенной воды. Буферные системы внутри- и внеклеточной жидкостей организма: бикарбонатная, фосфатная, белковая и гемоглобиновая.
2.2.2. Лабораторные занятия
Общие свойства моносахаридов. Качественные реакции на моносахариды
Количественное определение метаболитов углеводного обмена
Количественное определение свойств жиров
Выделение лецитинов и кефалинов, их гидролиз и определение структурных компонентов
Качественные реакции на желчные кислоты, холестерин, кетоновые тела
Количественное определение липидов в биологическом материале
Исследование действия пепсина, тирозиназы
Количественное определение продуктов белкового обмена в биологических жидкостях
Определение мочевины, аммиака, креатинина и мочевой кислоты в моче
2.2.3. Индивидуальная и самостоятельная работа
Выполнение индивидуального домашнего задания по модулю. Оформление отчетов по лабораторным работам. Подготовка к защите лабораторных работ, коллоквиумам.
2.3. НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА
2.3.1. Лекционный материал
Структурно-функциональная организация нервной системы. Строение нервных клеток. Синапсы. Возникновение и передача нервного импульса. Потенциал покоя и потенциал действия. Нейромедиаторы. Энкефалины, эндорфины. Химические механизмы памяти. Формы биологической памяти. Химия ощущений. Ощущения вкуса, запаха (хеморецепция). Понятие о феромонах. Проявления токсичности этанола и метанола на нервную систему (молекулярные механизмы).
Структурная основа мышц. Миофибриллы, саркомеры. Миозин и его биологические функции. Актин: G- и F-актины. Актомиозиновый комплекс. АТФ-азная активность миозина. Молекулярный механизм мышечного сокращения. Сопряжение возбуждения и сокращения. Роль ионов магния, кальция и сульфгидрильных групп.
Основы иммунитета. Строение антител (иммуноглобулины). Легкие и тяжелые цепи. Биосинтез антител. Иммунный ответ. Антигены. Комплексы антиген-антитело. В- и Т-лимфоциты. Комплемент и его компоненты. Группы крови. Определение групп крови. Иммунодефицит. Проблема возникновения и лечения СПИДа.
2.3.2. Индивидуальная и самостоятельная работа
Выполнение индивидуального домашнего задания по модулю. Подготовка к коллоквиумам. Реферативная работа. Работа с оригинальной научной литературой.
2.4. ПРИКЛАДНЫЕ РАЗДЕЛЫ БИОХИМИЧЕСКОЙ НАУКИ
2.4.1. Лекционный материал
Клиническая биохимия как составная часть практической медицины. Биологические материалы, используемые для клинико-биохимических исследований. Требования, предъявляемые к клинико-биохимическому анализу. Биохимическое исследование. Применение результатов клинико-биохимических анализов для диагностики, мониторинга, скрининга, прогнозирования. Вопрос о норме и патологии. Нормальные биохимические показатели. Аналитическая и биологическая вариабельность. Некоторые примеры из клинико-биохимической практики.
Роль химии в решении задач фармакологии. Фармацевтическая химия. Проблема «структура Û свойство» как научный фундамент поиска и создания лекарственных средств. Получение лекарств: выделение из природных объектов, препаративный синтез. Применение методов генной инженерии для получения лекарственных препаратов (гормоны). Классификация лекарственных препаратов: фармакологическая и химическая. Метаболизм лекарственных веществ. Фармакокинетика и фармакодинамика. Метаболизм ацетилсалициловой кислоты. Характеристика основных групп лекарственных препаратов: химические структуры и фармакологическое действие. Производные бензола, п-аминофенола. Анальгетики. Производные п-аминобензойной, салициловой и сульфаниловой кислот. Сульфаниламидные препараты и молекулярные механизмы их действия. Лекарственные препараты на основе гетероциклических соединений. Алкалоиды. Наркотические средства. Антибиотики.
Молекулярная логика живого. Нобелевские лауреаты в области биохимии и смежных с ней областей естествознания. Международные проекты в области биохимии, молекулярной биологии, физико-химической биологии и биотехнологии.
2.4.2. Индивидуальная и самостоятельная работа
Выполнение индивидуального домашнего задания по модулю. Подготовка к коллоквиумам. Реферативная работа. Работа с оригинальной научной литературой. Знакомство с основными Internet-порталами с биохимической информацией.
3. ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ
3.1. Коллоквиумы – по основным разделам дисциплины, включенным в модули 2.1. и 2.2. Всего запланировано 4 коллоквиума (на 4, 7, 10 и 13 неделях, соответственно).
3.2. Тест-опросы по каждому модулю. Всего запланировано 6 тест-опросов (на 2, 3, 6, 8, 11 и 12 неделях, соответственно).
4. ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА РЕФЕРАТОВ
1. Анализ ДНК как стандартная процедура генной идентификации и исследования наследственных заболеваний.
2. Клонирование млекопитающих: вопросы и ответы.
3. Генетически модифицированные продукты: панацея или высокий риск?
4. Происхождение жизни на Земле как фундаментальная проблема современного естествознания. Химическая эволюция.
5. Современные взгляды на проблему рационального питания.
6. Проблема СПИДа.
7. Биохимические компьютеры – реальность завтрашнего дня?
8. Генная инженерия и биотехнология.
9. Медицина будущего.
10. Квантово-химический подход к исследованию биохимических процессов.
11. Практическое использование ферментов в медицине, промышленности, сельском хозяйстве и в быту.
12. Лекарственное действие витаминов: миф или реальность?
13. Перспективы развития биохимической науки. Международные проекты в области биохимии.
14. Химия ощущений.
15. Химия любви.
16. Основы клинической биохимии.
17. Биологически активные добавки (БАДы) – за и против.
18. Координационные соединения in vivo: наиболее яркие представители.
19. Воздействие токсичных и ядовитых веществ на живые организмы: представители, химическая природа и механизмы действия.
20. Молекулярные механизмы памяти, восприятия и обучения.
21. Роль воды в жизнедеятельности организмов.
22. Химия и биохимия желчных пигментов.
23. Фитогормоны.
24. Механизмы образования и подавления свободно-радикального окисления в живых организмах.
25. Антиоксиданты в живых организмах.
26. Стволовые клетки: неужели панацея?
27. Молекулярные механизмы апоптоза.
28. Термодинамика живых систем.
29. Особенности биотрансформации ксенобиотиков в живых организмах.
5. ЛИТЕРАТУРА
5.1. Основная литература (используется студентом в качестве основного источника при изучении материала дисциплины):
1. Ленинджер А. Основы биохимии: в 3 т.М.: Мир, 1985. Т.1-3. 1056 с.
2. Страйер Л. Биохимия: в 3 т.М.: Мир, 1984-1985. Т.1-3. 936 с.
3. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. 3-е изд-е, перераб. И доп. – М.: Медицина, 2002. 704 с.
4. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. М.: Высш. шк. 2000. 479 с.
5. Строев Е.А. Биологическая химия. М.: Высш. шк., 1986. 479 с.
6. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э. и др. Основы биохимии: в 3 т./Пер. с англ. М.: Мир, 1981. 1878 с.
7. Анисимов А.А., Леонтьева А.Н., И.Ф. Александрова и др. Основы биохимии. М.: Высш. шк., 1986. 551 с.
8. Химические основы жизни: текст лекций / Е.В. Антина, Ю.В. Чистяков; ИГХТА. Иваново, 1995. 160 с.
9. Химические основы жизни: Учебно-методическое пособие к лекционному курсу / Румянцев Е.В., Антина Е.В., Чистяков Ю.В. Иван. гос. хим-технол. ун-т; Иваново, 2003. – 80 с. (№ на абонементе учебной литературы библиотеки ИГХТУ 57 Р 86)
10. Химические основы жизнедеятельности: Учебное пособие / Е.В. Антина, Ю.В. Чистяков; ИГХТА, Иван. отд. ВХК РАН. Иваново, 1995. 68 с. (№ на абонементе методической литературы библиотеки ИГХТУ 550)
11. Химические основы жизнедеятельности: Лабораторный практикум / Е.В. Антина, Ю.В. Чистяков; ИГХТА. Иваново, 1994. 104 с. (№ на абонементе методической литературы библиотеки ИГХТУ 307)
5.2. Дополнительная литература (используется студентом для получения дополнительной информации, в качестве замены основной литературы, написания рефератов, выполнения индивидуальных теоретических и экспериментальных работ):
1. Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. М.: Просвещение, 1987. 815 с.
2. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. М.: Медицина, 1985. 480 с.
3. Кольман Я., Рем Е. Наглядная биохимия. – М. Мир, 2000. – 496 с.
4. Северин Е.С., Алейникова Т.Л., Осипов Е.В. Биохимия: Учебник. – М.: Медицина, 2000. – 168 с.
5. Филлипович Ю.Б. Основы биохимии. – 4-е изд-е, перераб. и доп. – М.: Изд-во «Агар», 1998. – 512 с.
6. Жеребцов Н.А., Попова Т.Н., Артюхов В.Г. Биохимия: Учебник. – Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2002. – 696 с.
7. В.К. Кухта, Т.С. Морозкина, А.Д. Таганович, Э.И. Олецкий. Основы биохимии: Учебник. – М.: Медицина, 1999. – 216 с.
8. Уилсон Дж., Хант Т. Молекулярная биология клетки: Сборник задач: Пер. с англ. – М. Мир, 1994. – 520 с.
9. Мецлер Д. Биохимия. Химические реакции в живой клетке. Т.1-3./Пер. с англ. М.: Мир, 1980.
10. Кантор Ч., Шиммел П. Биофизическая химия: в 3 т./Пер. с англ. М.: Мир, 1984.
11. Мусил Я., Новакова О., Кунц К. Современная биохимия в схемах: Пер. с англ. М.: Мир, 1984. 216 с.
12. В.К. Плакунов. Основы энзимологии. – М.: Логос, 2002. – 128 с.
13. Сингер М., Берг П. Гены и геномы: В 2-х томах; Пер. с англ. – М.: Мир, 1998. – 373 с.
14. Николаев А.Я. Биологическая химия. М.: Медицинское информационное агентство, 2001. 496 с.
15. Слесарев В.И. Химия: Основы химии живого. СПб: Химиздат, 2001. 784 с.
16. Досон Р., Эллиот Д. Эллиот И. И др. Справочник биохимика. М.: Мир, 1991. 544 с.
17. Геннис Р. Биомебраны: Молекулярная структура и функции: Пер. с англ. – М.: Мир, 1997. – 621 с.
18. Ройт А., Бростофф Дж., Мейл Д. Имммунология. Пер. с англ. – М.: Мир, 2000. – 592 с.
19. Н.Н. Мушкамбаров, С.Л. Кузнецов. Молекулярная биология. Уч. пособие для ст. мед. Вузов. М.: ООО «Мед. инф. аг-во», 2003. – 544 с.
20. Проблема белка. Т.1.: Химическое строение белка / Е.М. Попов, П.Д. Решетов, В.М. Липкин и др. – М. :наука, 1995. 496 с.
21. Проблема белка. Т.2: Пространственное строение белка / Е.М. Попов, В.В. Демин, Е.Д. Шибанова. – М.: Наука, 1996. – 480 с.
22. Современное естествознание: Энциклопедия: в 10 т. М.: Издательский дом МАГИСТР-ПРЕСС, 2000. Т. 8. Молекулярные основы биологических процессов. 408 с.
23. Elliott W., Elliott D.C. Biochemistry and Molecular Biology. Second edition – Oxford: University Press, 2001. – 586 p.
24. Периодические издания отечественной и иностранной научной и научно-популярной литературы биолого-химического цикла.
6. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
6.1. Перечень расчетных программ:
математический анализ результатов, полученных в ходе выполнения лабораторных работ и индивидуального домашнего задания с использованием стандартного пакета программ Microsoft Office.
6.2. Обучающе-контролирующие системы
проведение тест-опросов, заключенных в компьютерную оболочку; работа с Internet в целях поиска информации для подготовки к коллоквиумам, написании реферативных работ; представление иллюстрационного материала к докладам по итогам реферативной работы в мультимедийном формате. |
