МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
-
|
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по УР
_____________________________
«_____» ________________ 20__ г.
|
Рабочая программа дисциплины
на основе модульной технологии обучения
Основы биохимии и молекулярной биологии
Направление подготовки 240700.62 - Биотехнологии
Профиль подготовки Биотехнология
Квалификация бакалавр
Форма обучения очная
Орел 2014 год
Составитель: д.б.н., проф. Павловская Н.Е «__» __________201__г.
Рецензент: ____________ «__» __________201__г.
Программа разработана в соответствии с ФГОС ВПО по направлению подготовки биотехнология.
Программа обсуждена на заседании кафедры биотехнологии протокол № 8 от «28» апреля 2014г.
Зав. кафедрой: _____________ д.б.н., проф. Павловская Н.Е. «__» __________201__г.
Программа рассмотрена и одобрена на заседании Ученого совета факультета биотехнологии и ветеринарной медицины протокол №10 от « 16» мая 2014 г.
Декан факультета __________________ д.б.н., проф. Масалов В.Н. «__» __________201__г.
Программа принята учебно-методической комиссией по направлению подготовки Биотехнология
протокол № 8 от «14» мая 2014 г.
Председатель учебно-методической комиссии по направлению подготовки Биотехнология
_________________________ д.б.н., проф. Павловская Н.Е. «__» __________201__г.
Заведующий выпускающей кафедрой:______________д.б.н., проф. Павловская Н.Е. «__» _____201_г.
Директор научной библиотеки ____________________ Ишханова Е.В. «__» _____201_г.
Оглавление
Введение…………………………………………………………………………………………………………...4
1. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю), соотнесенных с планируемыми результатами освоения образовательной программы (компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины)………………………………………………………………………………………………………4
2. Место дисциплины в структуре образовательной программы………………………………………….4
3. Объем дисциплины (модуля) в зачетных единицах с указанием количества академических часов, выделенных на контактную работу (во взаимодействии с преподавателем) обучающихся (по видам учебных занятий) и на самостоятельную работу обучающихся………………………………………………5
4. Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам) с указанием отведенного на них количества академических часов и видов учебных занятий…………….......................5
4.1 Содержание модулей и разделов дисциплины…………………………………………..……………..5
4.2 Разделы дисциплин и виды занятий……………………………………………………..……............10
4.3 Тематический план лекций………………………………………………………………..…..………..11
4.4 Лабораторный практикум…………………………………………………………….……..….............12
4.5 Самостоятельная работа студентов………………………………………………………….………….13
5. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы обучающихся по дисциплине (модулю)…………………………………………………………………………………..….……14
6. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации обучающихся по дисциплине (модулю):...............................................................................................................................................................15
7. Перечень основной и дополнительной учебной литературы, необходимой для освоения дисциплины (модуля)…………………………………………………………………………………….…….…...................33
8. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения дисциплины (модуля)………………………………………………………………..........................34
9. Перечень методических указаний для обучающихся по освоению дисциплины (модуля)………………………………………………………………………………………..………….……..34
10. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине (модулю), включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем (при необходимости)…………………..............................................................................34
11. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине (модулю)…………………………………………………………………………….35
12. Критерии оценки знаний студентов……………………………………………………………………36
Введение
Модульно-рейтинговая система оценки качества учебной работы студентов введена для изучения курса «Основы биохимии и молекулярной биологии» с целью активизации самостоятельной работы студентов и стимулирования ее ритмичности. Основа модульного обучения - учебный модуль, включающий: законченный блок информации; целевую программу действий студента; рекомендации преподавателя по ее успешной реализации.
Модульная технология обеспечивает индивидуализацию обучения по содержанию обучения, по темпу усвоения, по уровню самостоятельности, по методам и способам учения, по способам контроля и самоконтроля.
Дисциплина «Основы биохимии и молекулярной биологии» направлена на обучение бакалавров теоретическим основам и практическому применению современных методов биохимии и молекулярной биологии, позволяющих решать актуальные задачи в различных областях промышленности.
Студенты должны освоить основные методы современной молекулярной ДНК-диагностики. При этом изучение экспрессии геномов про - и эукариот, не ограничится исследованием только ядерной (т.е. хромосомной) ДНК или ДНК нуклеотида, а студент также получит полное представление и о структурно-функциональной организация геномов пластид и митохондрий.
Целью изучения дисциплины «Основы биохимии и молекулярной биологии» является приобретение студентами базовых знаний о функционировании биологических молекул и их сложных комплексов в живых организмах, участии в химических и биологических процессах, в построении клеточного вещества, особенностях каталитического действия ферментов и регуляции их активности, передачи генетической информации, основных способах образования и использования энергии в живом организме, основных понятиях иммунологии. Не менее значима профессиональная подготовка квалифицированных кадров в различных областях биотехнологии, для преподавания и работы в учреждениях высшей школы, академических и отраслевых научно-исследовательских институтах биологического и медицинского профиля.
1. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю), соотнесенных с планируемыми результатами освоения образовательной программы (компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины).
Изучение дисциплины “Основы биохимии и молекулярной биологии” направлено на формирование у студентов следующих компетенций:
Общекультурные (ОК)
готовность к активному общению в научной, производственной и социально-общественной сферах деятельности (ОК-7);
Профессиональные (ПК)
общепрофессиональные
быть способным и готовым использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);
в научно-исследовательской деятельности:
уметь работать с научно-технической информацией, уметь использовать отечественный и зарубежный опыт в профессиональной деятельности, систематизировать и обобщать информацию по использованию ресурсов производства (ПК-6);
2. Место дисциплины в структуре образовательной программы.
Место дисциплины «Основы биохимии и молекулярной биологии» в структуре ООП бакалавриата: (Б.2.Б.10.), базовая часть. Изучению дисциплины предшествуют: общая и неорганическая химия, органическая химия и химия биологически активных веществ, кинетика химических реакций. Успешное освоение дисциплины позволяет перейти к изучению дисциплин «Общая химическая технология», «Биокатализ и биотехнологические технологии», «Технология белка и БАВ», «Основы токсикологии и экотоксикологии», «Биотехнология пищевых добавок». Программа дисциплины построена блочно-модульно.
3.Объем дисциплины (модуля) в зачетных единицах с указанием количества академических или астрономических часов, выделенных на контактную работу (во взаимодействии с преподавателем) обучающихся (по видам учебных занятий) и на самостоятельную работу обучающихся.
Таблица1 Общая трудоемкость дисциплины 216/6 зачетных единиц.
Виды учебной нагрузки
|
Всего
часов
|
Семестр 5
|
Семестр 6
|
Аудиторные занятия (всего)
в том числе:
|
106
|
36
|
72
|
Лекции
|
36
|
12
|
24
|
из них:
активные формы обучения
|
|
4
|
8
|
Практические занятия (ПЗ)
|
-
|
-
|
-
|
из них:
активные формы обучения
|
-
|
-
|
-
|
Лабораторные работы (ЛР)
|
72
|
24
|
48
|
из них:
активные формы обучения
|
|
6
|
16
|
Самостоятельная работа
|
108
|
36
|
72
|
Вид промежуточной
аттестации
|
|
зачет
|
экзамен
|
Общая трудоемкость
час/зач. ед
|
216/6
|
72/2
|
144/4
|
4. Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам) с указанием отведенного на них количества академических и видов учебных занятий.
4.1 Содержание модулей и разделов дисциплины
Таблица 2 Содержание модулей и разделов дисциплины
Семестр 5 (количество модулей 1)
|
Модуль I. Биохимия, ее значение, задачи, методы исследования.
Цель: Сформировать понятия студентов о единстве и различиях между химическим составом клеток прокариот и эукариот, классы и функции органических соединений. (ОК-7, ПК-1)
|
№
п/п
|
Наименование раздела дисциплины, входящей в данный модуль.
|
Содержание раздела
|
аудиторная работа
|
СРС
|
1
|
Предмет и задачи биохимии и молекулярной биологии. Методы исследования. Основные отличия от неживого. Химическая основа строения и функции клеток. Метаболизм: ассимиляция и диссимиляция. Практическое значение биохимии и молекулярной биологии.
|
История возникновения и развития, современные теоретические и практические задачи биохимии. Методы биохимии. Диссимиляция и ассимиляция. Характерные биохимические признаки живого. Значение биохимии и молекулярной биологии.
|
Биохимия - наука о химическом составе живых организмов и химических процессах, лежащих в основе жизнедеятельности.
Отличия прокариотических и эукариотических клеток по биохимическим функциям.
|
2
|
Строение и функции углеводов.
|
Классификация углеводов. Альдозы и кетозы. Моносахариды и полисахариды, их значение у прокариот и эукариот. Крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, их значение для организмов.
|
Основные углеводы
животных и растений, и
содержание в тканях,
биологическая роль.
Основные углеводы пищи. Обмен пировиноградной
кислоты в анаэробных
условиях: молочнокислое
брожение, спиртовое
брожение.
|
3
|
Строение клеточной стенки бактерий и растений. Биосинтез углеводов.
|
Темновая фаза фотосинтеза. Цикл Кальвина. Хемосинтез, пути синтеза углеводов у прокариот. Биосинтез углеводов по пути глюконеогенеза. Пентозофосфатный путь синтеза пентоз. Синтез гликогена.
|
Участие НАД-зависимых
ферментов в процессах
анаэробного распада
пировиноградной кислоты.
Превращения
пировиноградной кислоты в
аэробных условиях:
окислительной
декарбоксилирование,
образование ацетил-КоА.
Цикл лимонной кислоты.
|
4
|
Липиды. Классификация липидов. Биологические функции липидов. Структура жиров, фосфолипидов и гликолипидов. Изопреноиды и стероиды.
|
Липиды и их биологическая
роль. Классификация и
номенклатура. Структура,
свойства и распространение
липидов в природе.
Резервные липиды и липиды
мембран. Насыщенные и
ненасыщенны жирные
кислоты. Изомерия и
структура ненасыщенных
жирных кислот.
|
Синтез
триглицеридов, роль
фосфатидной кислоты.
Распад и синтез
фосфолипидов и стеридов.
|
5
|
Метаболизм жиров. Пути синтеза и окисления липидов. β-окисление жирных кислот.
|
Ферментативный распад
триглицеридов. Превращение
глицерола. Окисление жирных кислот: β-окисление на примере пальмитиновой кислоты. Основные стадии окисления жирных кислот:
активация кислоты в цитоплазме клетки, транспорт через мембрану
(участие карнитинового комплекса), собственно
окисление.
|
Участие ацетил-КоА в цикле лимонной кислоты и глиоксилевом цикле.
|
6
|
Витамины, биологическое значение. Классификация. Водо- и жирорастворимые витамины.
|
Классификация. Строение и функции важнейших коферментов, содержащих витамин В1, В2, РР, В6, В3, витамин В12.Жирорастворимые и водорастворимые витамины.
|
Авитаминозы как болезни пищевой недостаточности. Гипервитаминозы.
Биотехнологическое производство витаминов.
|
Семестр 6 (количество модулей 3)
Модуль I. Белки и ферменты, их роль в биотехнологической промышленности
Цель: Сформировать высокий уровень профессиональной компетенции: о значении знаний по строению и функциям биологически активных белковых веществ и ферментативных процессах в биотехнологических производствах (ОК-7, ПК-1, ПК-6)
|
№
п/п
|
Наименование раздела дисциплины, входящей в данный модуль.
|
Содержание раздела
|
аудиторная работа
|
СРС
|
1
|
Аминокислоты и белки. Физические и химические свойства аминокислот. Протеиногенные аминокислоты. Классификация.
|
Аминокислотный состав белков. Незаменимые аминокислоты. Принципы структурной организации белков. Сильные и слабые взаимодействия вбелковой молекуле. Изоэлектрическая точка. Оптические характеристики. Первичная структура белка. Методы расшифровки первичнойструктуры. Вторичная структура белка. Характеристика a-спирали. Структураскладчатого слоя. Третичная и четвертичная структура белковой молекулы. Структурные и функциональные домены. Формирование активного центра белковоймолекулы.
|
Пути повышения пищевой ценности растительных белков. Пептиды, распространение в природе, участие в обмене. Денатурация белков. Значение денатурации белков в пищевой технологии
|
2
|
Белки, их значение. Функции, выполняемые белками. Пептидная связь и уровни организации белковых молекул. Классификация белков. Пептиды и их роль в метаболизме.
|
Первичная структура
белков. Зависимость
биологических свойств
белков от первичной
структуры. Видовая
специфичность первичной
структуры белков (инсулины
разных животных).
Вторичная структура белков,
методы изучения.
Струткурные белки
(коллаген, кератин).
Надвторичные структуры и
домены.Третичная структура
белков, методы определения.
Природа сил, её
определяющих,
функциональное значение.
Четвертичная структура
белков. Особенности
строения и
функционирования
олигомерных белков на
примерегемсодержащих
белков – миоглобина и
гемоглобина. Лабильность
пространственной структуры
белков и их денатурация.
Факторы вызывающие
денатурацию. Роль пептидов в обмене веществ.
|
Шапероны –
класс белков, защищающий
другие белки от денатурации
в условиях клетки и
облегчающий формирование
их нативнойконформации.
|
3
|
Методы выделения и анализа белков. Пути синтеза белков. Симбиотическая фиксация азота.
|
Методы выделения индивидуальных
белков: осаждение солями и
органическими
растворителями, гель-фильтрация, электрофорез,
ионнообменная и аффинная хроматография. Методы очистки белков (диализ, кристаллизация и др.). Азотфиксация. Матричный механизм биосинтеза белка. Этапы
биосинтеза белка: активация
аминокислот, инициация,
элонгация, терминация;
сворачивание и процессинг полипептидной цепи.
Активация аминокислот у
прокариот и эукариот.
Особенности инициации у
прокариот и эукариот:
факторы инициации,
инициаторнаятРНК, старт
кодон мРНК. Элонгация
полипептидной цепи: факторы элонгации, роль ГТФ. Териинация синтеза полипептидной цепи:
факторы терминации, стоп-кодонымРНК.
|
Принципы классификации
белка по структуре, по
функциям и по
растворимости.Генетический код.
Биологический код – способ перевода четырехзначной
нуклеотидной
последовательности
Свойства биологического
кода. Регуляция белкового
синтеза: негативная (напримере индукции lac-оперона и репрессии trp-оперона) и позитивная
регуляция.
|
4
|
Ферменты – биологические катализаторы. Классификация .Кинетика ферментативных реакций. Механизмы регуляции метаболических процессов.
|
Основные положения теории ферментативного катализа. Кинетика ферментативных реакций. Понятие об активном центре фермента. Число оборотов фермента. Определение начальной скорости ферментативной реакции. Специфичность действия ферментов. Влияние физических и химических факторов на активность ферментов. Лабильность ферментов. Активаторы и ингибиторы. Механизмы ингибирования ферментов. Однокомпонентные и двухкомпонентные ферменты. Классификация. Ферментные препараты в биотехнологиях.
|
Ферментные препараты в биотехнологиях. Иммобилизованные ферменты. Значение в биотехнологических процессах (ферментерах).
|
5
|
Строение биологических мембран. Пути переноса веществ через мембраны. Активный и пассивный транспорт веществ через мембраны.
|
Многообразие мембранных структур и выполняемых ими функций.
Строение липидов, входящих в состав клеточных мембран: формулы фосфолипидов, гликолипидов, холестерола. Амфипатические свойства липидов мембран.
Белки мембран (интегральные, периферические): особенности структуры, свойства, функции.
Асимметрия мембран (примеры). Способность белков и липидов мембран к латеральной диффузии.
Транспорт веществ через мембраны: простая и облегчённая диффузия, активный транспорт, экзо- и эндоцитоз, их особенности.
Na+, K+-АТФ-аза, механизм действия, роль в поддержании трансмембранного потенциала и возбудимости мембраны.
|
Ограниченная возможность поперечной диффузии в мембранах. Взаимодействия белков и липидов в биологических мембранах.
|
Модуль II. Единство процессов обмена веществ и энергии. Законы биоэнергетики
Цель: Сформировать знания студентов о взаимосвязи анаболизма, катаболизма и обмена энергии в прокариотах и эукариотах. (ОК-7, ПК-1, ПК-6)
|
№
п/п
|
Наименование раздела дисциплины, входящей в данный модуль.
|
Содержание раздела
|
аудиторная работа
|
СРС
|
1
|
Биоэнергетика и метаболизм у автотрофов и гетеротрофов. Окислительно-восстановительные реакции.
|
Метаболические системы организмов. Основы биоэнергетики. Энергетическое сопряжение. «Высокоэнергетические» соединения. Биологическое окисление.
|
Виды энергии. Экзергонические и эндергонические реакции. Начала термодинамики (законы или аксиомы).
|
2
|
Световые реакции фотосинтеза. Нециклическое и циклическое фотофосфорилирование.
|
Пигменты (хлорофиллы, каротиноиды), их химическая структура, химические свойства, их роль в процессе фотосинтеза, этапы биосинтеза хлорофилла, фотосистема I, фотосистема II, реакционные центры, электрон – транспортная цепь, циклическое и нециклическое фотофосфорилирование, АТФ, НАДФ, световая стадия (Z – схема) фотосинтеза, темновая фаза фотосинтеза, цикл Кальвина, цикл Хэтча – Слэка, С3 растения, С4 растения, кранц – анатомия листа, хемиосмотическая теория Митчелла, хемосинтез, фотодыхание, эффект Варбурга.
|
Основные метаболические пути и их компоненты. Единство происхождения всех живых существ. Сходства в обмене веществ у прокариот и эукариот
|
3
|
Дыхание и брожение. Компоненты электронно-транспортной цепи. Гликолиз, пентозофосфатный путь окисления глюкозы. Цикл лимонной кислоты (цикл Кребса). Окислительное фосфорилирование.
|
Общее уравнение процесса дыхания и его значение для растений. Основные пути окисления растительного субстрата. Циклы гликолиза.
Цикл Кребса (цикл ди- и трикарбоновых кислот). Дыхательная ЭТЦ. Взаимосвязь между дыханием и брожением.
|
Экологические и онтогенетические аспекты дыхания.
|
4
|
Роль веществ вторичного происхождения в адаптационных механизмах растений. Гормоны , антибиотики, фитогормоны, фенолы, алкалоиды, гликозиды.
|
Фенолы. Гликозиды. Алкалоиды. Эфирные масла и смолы. Каучук и гута. Биосинтез терпеноидов в растениях. Регуляторы роста растений и микроорганизмов. Гербициды. Растительные антибиотики. Ауксины и гебереллины. Цитокинины.
|
Биологическая роль веществ вторичного метаболизма.
|
Модуль III. Основы молекулярной биологии.
Цель: Сформировать у студентов понятия об основных понятиях молекулярной биологии, генной инженерии, строением и свойствами генома микроорганизмов прокариот и эукариот. (ОК-7, ПК-1, ПК-6)
|
№
п/п
|
Наименование раздела дисциплины, входящей в данный модуль.
|
Содержание раздела
|
аудиторная работа
|
СРС
|
1
|
Предмет и задачи молекулярной биологии. Строение и функции нуклеиновых кислот. Генетический код. Синтез белка.
|
Нуклеиновые кислоты. Азотистые основания. Нуклеозиды и нуклеотиды. Нуклеозиддифосфаты, нуклеозидтрифосфаты. АТФ и ее роль в обмене веществ. ДНК и РНК, общая характеристика. Комплементарность азотистых оснований и ее роль в структурной организации и функционирование нуклеиновых кислот. Функции нуклеиновых кислот. ДНК как носитель генетической информации. Нуклеотидный код. Репарация ДНК. Механизм наследования генетической информации (репликация ДНК). Реализация генетической информации при биосинтезе белков. Транскрипция и трансляция.
|
Репарация, транскрипция и трансляция. Синтез белка.
Правила Чаргаффа. Задачи на комплементарность.
|
2
|
Структура генома вирусов и фагов. Типы взаимодействия вируса с клеткой-хозяином. Роль вирусов в эволюции.
|
Химическая природа нуклеиновых кислот вирусов. Отличие геномов вирусов от геномов организмов. Хранение генетической информации вирусов. Информационный процессинг у вирусов эукариот. Краткая характеристика универсального жизненного цикла вирусов. Реализация генетической информации вирусов. Генетические стратегии РНК-геномных вирусов. Основные принципы и механизмы репликации РНК-геномов. Особенности транскрипции РНК-геномов вирусов. Разнообразие репликативных циклов РНК-геномных вирусов. Генетические стратегии ДНК-геномных вирусов. Основные принципы и механизмы репликации ДНК-геномов. Особенности транскрипции ДНК-геномов вирусов.
|
Информационное воздействие вируса на клетку хозяина. Эффект подавления хозяина. Ингибирование клеточной транскрипции. Ингибирование трансляции мРНК хозяина. Ингибирование функции цитоскелета. Вирусы и апоптоз.
|
3
|
Строение генома прокариот и эукариот. Структура бактериальной хромосомы. Методы генной инженерии.
|
Структура прокариотических генов. Плазмиды, IS-элементы и транспозоны бактерий. Последовательность нуклеотидов эукариотического генома. Структура эукариотических генов. Сателлитная ДНК. Онкогены и антионкогены. Подвижные генетические элементы эукариот. Пограмма «Геном человека». Мини- и микросателлиты, транспозоны. Получение рекомбинантных ДНК. Гибридизация нуклеиновых кислот. Полимерная цепная реакция. Клонирование ДНК.
|
ДНК митохондрий. Достижения и перспективы генной инженерии
| |
