Предмет биохимии – изучение веществ, из которых состоят живые организмы, и химических процессов, происходящих в живых организмах

Часть 1. БИОПОЛИМЕРЫ

Белки и нуклеиновые кислоты как нерегулярные линейные биополимеры. Многообразие биополимеров. Функции белков и нуклеиновых кислот.

Методы выделения и очистки белков и нуклеиновых кислот: осаждение, экстракция, диализ, хроматография (ионообменная, распределительная, гель-хроматография), электрофорез, центрифугирование.

Аминокислоты – мономеры белков, классификация, строение, химические реакции амино- и карбоксильной групп. Кислотно-основные свойства аминокислот. Цистин, гидроксилизин и гидроксипролин – продукты превращения аминокислотных остатков в составе белковых молекул. Пептидная связь.

Нуклеозиды и нуклеотиды – низкомолекулярные компоненты нуклеиновых кислот. Рибоза и дезоксирибоза. Главные гетероциклические основания. Рибо- и дезоксирибонуклеозиды. Минорные компоненты как продукты превращения мономеров в составе нуклеиновых кислот. Нуклеотиды – фосфаты нуклеозидов, нуклеозид-5ꞌ– ди– и трифосфаты. Межнуклеотидная связь. Рибонуклеиновые кислоты (РНК). Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК).

Первичная структура биополимеров. Направление полимерной цепи в белке от N-конца к С-концу. Направление полимерной цепи нуклеиновой кислоты от 5ꞌ-конца к 3ꞌ-концу. Определение мономерного состава биополимеров. Разделение смесей мономеров. Автоматические анализаторы аминокислот. Методы установления первичной структуры биополимеров. Метод Эдмана. Автоматические секвенаторы полипептидов. Метод перекрывающихся блоков для установления порядка фрагментов, полученных специфическим расщеплением биополимера. Специфические рибонуклеазы. Расщепление ДНК ферментами рестрикции. Методы Максама-Гилберта и Сэнгера определения первичной структуры нуклеиновых кислот.

Невалентные взаимодействия в биополимерах. Электростатические взаимодействия. Водородные связи. Ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Гидрофобные и гидрофильные группы в биополимерах. Специфические взаимодействия между гидрофобными участками в водных растворах (гидрофобные взаимодействия). Межплоскостные взаимодействия ароматических и сопряженных гетероциклических систем (стэкинг-взаимодействия)

Понятие о вторичной структуре белков. α-Спиральная и β-складчатая конформации полипептидных цепей. Коллагеновая спираль. Правила Чаргаффа для нуклеотидного состава природных ДНК. Пространственная структура нативной ДНК (двойная спираль, модель Уотсона и Крика). Понятие о комплементарных основаниях в нуклеиновых кислотах. Образование спиральных структур в полинуклеотидных цепях за счет стэкинг-взаимодействия. Суперспирализация ДНК. Возможность комплементарных взаимодействий между участками одной цепи. Структура однотяжевой РНК.

Третичная структура биополимеров как итог специфических внутримолекулярных взаимодействий. Роль дисульфидных мостиков в образовании третичной структуры белков. Рентгеноструктурный анализ пространственной структуры кристаллических белков и нуклеиновых кислот. Понятие о сверхвторичных структурах и доменах.

Конформационная лабильность биополимеров. Нативное и денатурированное состояния. Потеря способности к специфическим взаимодействиям при денатурации. Обратимость переходов между нативным и денатурированным состояниями.

Специфические межмолекулярные взаимодействия биополимеров между собой и с низкомолекулярными компонентами. Четвертичная структура белков. Субъединицы белков. Комплексы белков с нуклеиновыми кислотами. Самосборка вирусов и рибосом. Способность биополимеров к узнаванию и самоорганизации – результат специфической пространственной структуры с организацией области узнавания.

Физические и физико-химические методы изучения макромолекулярных характеристик биополимеров. Методы определения молекулярной массы биополимеров.

Часть 2. ФЕРМЕНТЫ

Ферменты как природные катализаторы. Основные отличия ферментативного катализа от традиционного химического.

Строение ферментов, классификация, номенклатура. Участие ионов металлов и специальных органических молекул (коферментов, простетических групп) в каталитическом действии ряда ферментов.

Витамины, их роль в ферментативных реакциях.

Кинетика ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Максимальная скорость и константа Михаэлиса.

Единицы активности фермента.

Влияние рН и температуры на активность ферментов

Ингибирование ферментов. Обратимое и необратимое ингибирование. Конкурентное и аллостерическое ингибирование. Аллостерические эффекторы. Субъединичные ферменты.

Специфичность и эффективность ферментативного катализа.

Физико-химические причины ускорения ферментативных реакций. Эффекты сближения и ориентации, усиление реакционной способности в ансамблях функциональных групп. Механизм действия ферментов. Общий кислотно-основной катализ, ковалентный катализ. Понятие о механизмах действия карбоксипептидазы, рибонуклеазы, химотрипсина, трипсина, эластазы.

Проферменты (зимогены). Активация проферментов. Мультиферментные системы. Три основных типа мультиферментных систем. Изоферменты.

Основные направления практического применения ферментов. Ферменты в медицине. Лекарственные препараты на основе ферментов и их регуляторов. Основные мишени действия лекарственных препаратов.

Часть 3. БИОХИМИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И ЦИКЛЫ

Катаболические и анаболические процессы. Значение катаболических процессов для биоэнергетики клетки. АТФ – основной аккумулятор энергии в клетке. Макроэргические связи.

Углеводы. Моно-, олиго- и полисахариды. Их роль в клетке.

Окисление углеводов. Гликолиз. Основные реакции гликолиза. Глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназа, механизм реакции. Спиртовое брожение. Биоэнергетический баланс процессов брожения. Вовлечение запасных полисахаридов в процесс гликолиза.

Судьба пирувата в аэробных условях. Пируватдегидрогеназный комплекс.

Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Его роль в метаболизме. Основные реакции цикла. Кофермент А.

Цепь переноса электронов. Локализация процесса в митохондриальных мембранах. НАД– и ФАД-зависимые дегидрогеназы, цитохромы, структура и функции

Фосфорилирование АДФ до АТФ, сопряженное с переносом пары электронов. Коэффициент полезного действия дыхательной цепи Поный биоэнергетический баланс цикла Кребса.

Биоэнергетический баланс полного сгорания молекулы глюкозы.

Альтернативный путь окисления глюкозо-6-фосфата (фосфоглюконатный).

Липиды, классификация, свойства и функции в организме. Гидролиз жиров и фосфолипидов с освобождением жирных кислот. β-Окисление жирных кислот. Биоэнергетический баланс окисления жирных кислот.

Катаболизм аминокислот. Трансаминирование, его механизм. Цикл мочевины и другие пути вывода аммиака из организма.

Глюконеогенез. Биоорганический баланс глюконеогенеза.

Фотосинтез, электрохимический потенциал и синтез АТФ.

Биосинтез жирных кислот. Дрожжевая синтетаза высших жирных кислот. Ацилпереносящий белок (АПБ). Биоэнергетический баланс синтеза жирных кислот.

Биосинтез аминокислот. Заменимые и незаменимые аминокислоты.

Биосинтез нуклеотидов. Синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Превращение нуклеозид-5ꞌ-фосфатов в нуклеозид-5ꞌ-ди– и трифосфаты. Синтез ЦТФ из УТФ и аммиака.

Интеграция и регуляция метаболизма. Понятие о гормональной регуляции. Рецепторы и системы передачи сигналов.

Часть 4. МАТРИЧНЫЙ БИОСИНТЕЗ

ДНК – наследственное вещество клеток. Двуспиральная структура ДНК с комплементарными последовательностями нуклеотидов как молекулярная основа передачи генетической информации от материнской клетки к дочерним.

Репликация ДНК. Полуконсервативная схема репликации ДНК и ее доказательство. ДНК-полимераза Корнберга. Механизм реакции. Три этапа – инициация, элонгация и терминация. Направление роста синтезируемой ДНК. Возникновение разрывов при одновременной репликации обеих цепей ДНК. Сшивание разрывов ДНК-лигазой. Белковый аппарат репликации. Точность репликации.

Репарация ДНК.

Транскрипция. Три этапа транскрипции. РНК-полимераза, строение фермента. Двунитчатая ДНК – матрица РНК-полимеразы. Роль промотора в выборе транскрибируемой цепи. Напрвление роста синтезируемой цепи РНК. Транскрипция у прокариот и эукариот. Прцессинг эукариотических РНК. Сплайсинг.

Генетический код как закон о соответствии между последовательностями нуклеотидов и последовательностями аминокислот в кодируемых белках. Информационная (матричная) РНК (мРНК или иРНК). Вырожденность генетического кода. Отсутствие специфического взаимодействия между тринуклеотидами и аминокислотами и невозможность трансляции генетического кода с помощью иРНК. Адапторная гипотеза. Ее доказательство. Транспортные РНК (тРНК). Как адапторы. Гипотеза качаний. Аминоацил-тРНК-синтетазы (АРС-азы). Аминоацил-тРНК – субстраты белоксинтезирующей системы.

Рибосомы. Субъединицы рибосом. Рибосомальные белки и рибосомальные РНК.

Основные этапы биосинтеза белка на рибосомах Инициирующий кодон. Инициирующая тРНК. Элонгация. Терминация биосинтеза белка. Процессинг полипептидных цепей.

Генетические регуляторные механизмы. Регулирование на уровне транскрипции. Гипотеза Жакоба и Моно. Понятие об опероне. Лактозный и триптофановый опероны.

Особые случаи передачи генетической информации. РНК-зависимая ДНК-полимераза, ее биологическая роль и использование.

Генетическая инженерия. Общие представления. Возможности и основные достижения

 

 

Список основной литературы

  1. Ямковой, В.И. Курс лекций по биохимии: учебное пособие / В. И. Ямковой, Т. В. Ямковая ; Новосиб. гос. пед. ун-т. – 3-е изд., испр. и доп. – Новосибирск : НГПУ, 2009. – 154 с. – Доступна эл. версия в ЭБ НГПУ. – Режим доступа: http://lib.nspu.ru/views/library/229/.
  2. Коваленко, Л.В. Биохимические основы химии биологически активных веществ [Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов по специальности "Химическая технология синтетических биологически активных веществ": доп. УМО вузов РФ / Л. В. Коваленко. – Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 229 с. – Доступна эл. версия. ЭБС "Лань". – Режим доступа: http://e.lanbook.com/view/book/3160/.
  3. Ямковой, В.И. Практикум по биохимии : учебное пособие. Ч. 2 : Аналитическая биохимия / В. И. Ямковой, Т. В. Ямковая ; Новосиб. гос. пед. ун-т. – Новосибирск : НГПУ, 2012. – 34 с. – Доступна эл. версия в ЭБ НГПУ. – Режим доступа: http://lib.nspu.ru/views/library/2950/.
  4. Бунева В.Н., Кудряшова Н.В., Воробьев П.Е., Мызина С.Д. Биохимия: задачи и упражнения. Учебное пособие. Новосибирск, НГУ, 2006, 87 с.
  5. Проскурина, И.К. Биохимия : учебное пособие для вузов : доп. М-вом образования и науки РФ / И. К. Проскурина. – Москва: ВЛАДОС-ПРЕСС, 2004. – 236 с.
  6. Биологическая химия: учебное пособие для вузов : рек. УМО вузов РФ / Ю. Б. Филиппович, Н. И. Ковалевская, Г. А. Севастьянова, С. М. Клунова ; под ред. Н. И. Ковалевской. – Москва : Академия, 2005. – 256 с.
  7. Комов, В.П. Биохимия [Электронный ресурс]: учебник для вузов по направлению "Биотехнология": доп. М-вом образования РФ / В. П. Комов, В. Н. Шведова. – Москва : Дрофа, 2008. – 638 с. – Доступна эл. версия. ЭБС "Университетская библиотека ONLINE".
  8. Белясова, Н.А Биохимия и молекулярная биология: учебное пособие для вузов : доп. М-вом образования Республики Беларусь / Н. А. Белясова. – Минск : Книжный Дом, 2004. – 416 с.

 

Список дополнительной литературы

  1. Филиппович Ю.Б. Основы биохимии. Учебник, 4-е изд., перераб., дополн. – М: Высшая школа, 1999.
  2. Ленинджер А. Биохимия. – М: Мир, 1985
  3. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. – М.: Высшая школа, 2000.
  4. Мусил К., Новакова О., Кунц Я. Современная биохимия в схемах. – М: Мир, 1984
  5. Страйер Л. Биохимия. – М.: Мир, 1984.
  6. Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия. – М.: Мир, 2000.
  7. Щелкунов, С.Н. Генетическая инженерия [Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов по направлению "Биология" и специальностям "Биотехнология", "Биохимия", "Генетика", "Микробиология": рек. М-вом образования РФ / С. Н. Щелкунов. – 4-е изд., стер. – Новосибирск: Сиб. университетское изд-во, 2010. – 514 с. : ил., табл., схемы – Доступна эл. версия. ЭБС "Университетская библиотека ONLINE".– Режим доступа: http://www.biblioclub.ru/book/57527/. –
  8. Плакунов, В. К. Основы энзимологии [Электронный ресурс]: учебное пособие / В. К. Плакунов. – Москва: Логос, 2002. – 127 с. – Доступна эл. версия. ЭБС "Университетская библиотека ONLINE". – Режим доступа: http://www.biblioclub.ru/book/84687/.
  9. Биологическая химия: учебное пособие для вузов: рек. УМО вузов РФ / Ю. Б. . 3-е изд. Филиппович, Н. И. Ковалевская, Г. А. Севастьянова, С. М. Клунова; под ред. Н. И. Ковалевской. – Москва : Академия, 2005. – 256 с.
  10. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. 3-е изд. 2008
  11. Мушкамбаров, Н.Н. Молекулярная биология : учебное пособие для мед. вузов : рек. УМО вузов РФ / Н. Н. Мушкамбаров, С. Л. Кузнецов. – 2-е изд., испр. – Москва : Медицинское Информационное Агентство, 2007. – 536 с. : ил.
  12. Коничев А.С. и др. Биохимия: задачи и упражнения. – М. : КолосС, 2007. – 140 с.

 

Последнее изменение: Среда, 24 Октябрь 2018, 17:04