Учебно-методический комплекс Новосибирск 2013 г. Учебно-методический комплекс предназначен для студентов 2 курса совместного Китайско-российского института, направление подготовки «биология»
|
Скачать 1.15 Mb.
|
|
Программа курса лекций Лекция 1.
Основные понятия и методы химии полимеров Предмет биологической химии - изучение веществ, из которых состоят живые организмы, и химических прцессов, происходящих в живых организмах. Биополимеры - как пограничная жизни форма организации материи. Биокатализаторы - ферменты (энзимы) - необходимые компоненты всех биохимических процессов. Универсальность низкомолекулярных компонентов и специфичность белков и нуклеиновых кислот. Полимеры. Мономерные компоненты полимеров. Бифункциональность мономеров. Линейные полимеры. Разветвленные полимеры. Сшитые полимеры. Набухаемость сшитых полимеров. Регулярные полимеры. Полиаминокислоты и гомополинуклеотиды, как примеры регулярных полимеров. Статистические сополимеры. Нерегулярные полимеры. Многообразие возможных последовательностей мономерных звеньев в нерегулярных полимерах. Многообразие белков и нуклеиновых кислот как основа многообразия форм жизни. Особые точки на концах линейной полимерной цепи. Направление полимерной цепи. Молекулярные характеристики биополимеров. Молекулярный вес. Физические и физико-химические методы изучения биополимеров. Метод седиментационного равновесия. Константы седиментации. Единицы измерения констант седиментации. Лекция 2. Часть 1. БИОПОЛИМЕРЫ Белки и нуклеиновые кислоты, как нерегулярные линейные полимеры. Многообразие биополимеров. Аминокислотный состав белков. Алифатические аминокислоты - глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин. Аминокислота - пролин. Ароматические аминокислоты - фенилаланин, триптофан, тирозин. Оксиаминокислоты - серин и треонин. Дикарбоновые аминокислоты и их амиды - глутаминовая и аспарагиновая аминокислоты, глутамин и аспарагин. Основные аминокислоты - лизин, аргинин и гистидин. Серосодержащие аминокислоты - цистеин и метионин. Цистин, оксилизин и оксипролин - продукты превращения аминокислотных остатков в составе белковых молекул. Пептидная связь. Электрохимические и спектральные характеристики пептидной связи, боковых и концевых групп белков и пептидов. Нуклеозиды и нуклеотиды - низкомолекулярные компоненты нуклеиновых кислот. Рибоза и дезоксирибоза. Главные гетероциклы - аденин, гуанин, цитозин и тимин или уроцил. Рибонуклеозиды - аденозин, гуанозин, цитидин, уридин. Дезоксирибонуклеозиды - дезоксиаденозин, дезоксиаденозин, дезоксицитидин, тимидин. Минорные компоненты, как продукты превращения мономеров в составе нуклеиновых кислот. Метелирование гетероциклических оснований. Дигидроуридин. Псевдоуридин. Нуклеотиды - фосфаты нуклеозидов. Моно-, ди- и тринуклеотиды. Межнуклеотидная связь. Рибонуклеиновые кислоты (РНК). Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК). Электрохимические и спектральные характеристики нуклеозидов и нуклеотидов. Лекция 3. Нековалентные 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 (стекинг - взаимодействия). Понятие о вторичной структуре белков. Альфа-спиральная конформация полипептидных цепей. Бета-конформация пептидной цепи. Образование спиральных структур в полинуклеотидах за счет стекинг-взаимодействия. Специфические взаимодействия в биополимерах Многоточечность и кооперативность специфических взаимодействий. Понятие о комплементарных гетероциклах в нуклеиновых кислотах. Комплементарные последовательности нуклеотидов. Специфические взаимодействия между комплементарными полинуклеотидными цепями, как пример специфического взаимодействия. Пространственная структура нативной ДНК (модель Уотсона и Крика). Правило Чаргаффа. Возможность комплементарных взаимодействий между участками одной полинуклеотидной цепи. Третичная структура биополимеров, как итог специфических внутримолекулярных взаимодействий. Роль дисульфидных связей в образовании третичной структуры белков. Рентгеноструктурный анализ пространственной структуры кристаллических белков и нуклеиновых кислот. Специфические межмолекулярные взаимодействия биополимеров между собой и с низкомолекулярными компонентами. Четвертичная структура белков. Субъединицы белков. Комплексы белков с нуклеиновыми кислотами - нуклеопротеиды. Основные классы нуклеопротеидов - хроматин, рибосомы, вирусы, бактериофаги. Биологические мембраны. Фосфолипиды. Липопротеидные комплексы в биологических мембранах. Значение специфических межмолекулярных взаимодействий. Специфическая сорбция малых молекул. Гемоглобин и его взаимодействие с кислородом. Сорбция субстратов ферментами. Сорбция низкомолекулярных соединений транспортными белками мембран. Белковые рецепторы в мембранах и их взаимодействия с эффекторами. Взаимодействия между белками. Взаимодействие антиген - антитело. Самосборка белков из субъединиц. Самосборка вирусов и рибосом. Способность биополимеров к узнаванию и самоорганизации - результат специфической пространственной структуры с организацией области узнавания. Конформационная лабильность биополимеров Нативное и денатурированное состояние. Потеря способности к специфическим взаимодействиям при денатурации. Обратимость переходов между нативным и денатурированным состоянием. Множиство фиксированных (функционально значимых) конформаций биополимеров. Направленные конформационные переходы под действием низкомолекулярных соединений. Конформационные переходы и мышечное сокращение. Транспорт веществ через фосфолипидные меамбраны. Передача сигнала внутри клетки путем взаимодействия специальных белков-рецепторов со специфическими к ним низкомолекулярными соединениями. Взаимодействие репрессора с оператором. Значение направленных конформационных переходов для регуляции ферментативной активности. Направленные перемещения молекул, как результат направленных конформационных переходов. Лекция 4. Первичная структура биополимеров Направление полимерной цепи в белке от N-конца к С-концу и от5’-конца к 3’-концу в нуклеиновой кислоте. Определение мономерного состава биополимеров. Расщепление белков до аминокислот и гидролиз нуклеиновых кислот до свободных гетероциклов. Ферментативные методы расщепления. Методы разделения и анализа смесей мономеров. Фенилтиогидантоиновый метод ступенчатого расщепления полипептидов с N-конца (метод Эдмана). Автоматические секвенаторы полипептидов. Специфические методы расщепления полимеров на крупные блоки. Ферментативное расщепление белков специфическими протеазами - трипсином, химотрипсином, пепсином и др. Химические методы расщепления полипептидных цепей. Бромциановый метод. Расщепление дисульфидных связей. Метод перекрывающихся блоков для установления порядка полученных фрагментов в исходной полипептидной цепи. Специфические рибонуклеазы. Расщепление ДНК ферментами рестрикции. Физические карты ДНК. Методы специфической химической модификации ДНК. Специфическое расщепление ДНК. Метод Максама-Гильберта и метод Сенгера. Лекция 5. Часть II. ФЕРМЕНТЫ Ферментативный катализ Строение ферментов. Участие ионов металлов и специальных органических молекул (простетических групп) в каталитическом действии ряда ферментов. Механизм действия ферментов. Сорбция субстратов на специализированных (адсорбционных) центров ферментов, как первая стадия всех ферментативных процессов. Химическое взаимодействие субстратов с ферментами, как промежуточная стадия некоторых ферментативных процессов. Каталитический центр ферментов. Кинетическое уравнение для односубстратной ферментативной реакции (уравнение Михаэлиса). Квазиравновесное и квазистационарное приближение для кинетического уравнения. Максимальная скорость и константа Михаэлиса. Зависимость кинетических параметров уравнения Михаэлиса от рН. Единицы активности фермента. Конкурентное ингибирование ферментов. Аллостерические эффекторы (активаторы и ингибиторы). Субъединичные ферменты. Классы ферментативных реакций Первый класс - оксидоредуктазы. Рациональная номенклатура оксидоредуктаз. Окисление молекулярным кислородом. Существование специфических переносчиков электронов в биологических системах. Гемопротеиды - комплексы белков с железопорфиринами. Цитохромы - гемопротеидные переносчики электронов. Цитохром С - основной донор электронов для кислорода. Цитохромоксидаза. Участие ионов меди в реакциях окисления молекулярным кислородом. Оксигеназы - ферменты, катализирующие присоединение обоих атомов молекулярного кислорода к субстрату. Триптофаноксигеназа. Образование формилкинуренина. Гидроксилазы - ферменты, катализирующие образование оксигруппза счет одного из атомов молекулярного кислорода. Фенолазный комплекс (система, катализирующая сопряжение окисления фенолов в о-дифенолы и о-дифенолов в хиноны, как пример гидроксилаз. Флавиновые ферменты. Рибофлавин. Флавиновые нуклеотиды (FMN и FAD). Флавиновые оксидазы. Оксидазы L- и D-аминокислот, как пример флавиновых оксидаз. Образование перекиси водорода при окислении, катализируемом флавиновыми оксидазами. Разложение перекиси водорода каталазой. Образование перекисных радикалов. Супероксиддисмутаза. Никотиновые коферменты. Никотинамидадениндинуклеотид и его фосфат (NAD+ и NADF+) и их восстановленные формы (NAD.H. и NADF.H). Взаимопревращения окси и карбонильных групп - основной тип реакций с никотинамидными коферментами. Дегидрогеназы. Примеры дегидрогеназ - лактатдегидрогеназа и алкогольдегидрогеназа. Типы окислительно-восстановительных реакций с участием флавиновых ферментов. Окисление восстановленных форм NAD.H и NADF.H. Дегидрирование СН2-СН2 групп. Окисление сульфгидрильных групп липоата. Липоат - акцептор альдегидных групп при окислительном декарбоксилировании альфа-кетокислот. Участие тиаминпирофосфата в окислительном декарбоксилировании кетокислот. Второй класс - трансферазы. Рациональная номенклатура. Перенос одноуглеродных остатков. Птероилглутаминовые коферменты. Фолиевая кислота. Тетрагидрофолат. Перенос формильных, метильных, оксиметильных. метенильных, формимино и метиленовых остатков. S-аденозилметионин, как промежуточный переносчик метильных групп. Метилазы нуклеиновых кислот. Примеры реакций с участием различных форм птероилглутаминовых коферментов. Использование формилирования при синтезе промежуточных фрагментов для замыкания имидазольных и пиримидиновых циклов. Синтез серина из глицина. Превращение гомоцистеина в метионин. Перенос альдегидных групп. Участие тиаминпирофосфата. Транскетолаза. Перенос оксиацильных и ацильных остатков. Кофермент А (CoA-SH). Примеры трансферазных реакций с участием кофермента А. Образование ацетил-СоА и ацетилдигидролипоата. Трансаминазы. Перенос ацильного остатка от 3-кетоацил СоА на СоА. Реакции переаминирования между -кето и -аминокислотами. Пиридоксальфосфат и пиридоксалевые ферменты. Роль глутаминовой кислоты в реакциях переаминирования. Перенос фосфоросодержащих остатков. Киназы. Аденозинтрифосфат - основной донор фосфорильных остатков. Перенос нуклеотидных остатков. Образование цитидиндифосфаэтаноламина и цитидиндифосфатхолина, их роль в биосинтезе фосфолипидов. Синтез олигомеров и полимеров с помощью трансфераз. Уридиндифосфатглюкоза. Синтез сахарозы и гликогена. Расщепление полимеров по трансферазному механизму. Фосфоролиз гликогена с образованием глюкозо-1-фосфат. Фосфорилаза. Фосфоролиз РНК полинуклертидфосфорилазой. Обратимость реакции и использование полинуклеотидфосфорилазы для получения гомополинуклеотидов. Трансферазный механизм действия панкреатической РНКазы и гуанил-РНКазы. Изомеризация по трансферазному механизму. Превращение глюкозо-1-фосфат в глюкозо-6-фосфат. Гидролазы. Пищеварительные гидролазы. Протеазы. Гидролиз углеводов. Амилазы. Гидролиз жиров и фосфолипидов. Липазы. Фосфатидазы. Гидролиз нуклеиновых кислот. Внутриклеточные нуклеазы и протеазы и их регуляторная роль. Ацетилхолинэстераза. Участие гидролаз в замыкании имидазольных и пиримидиновых циклов. Лиазы. Рациональная номенклатура. Углерод-углерод лиазы. Декарбоксилирование. Участие пиридоксальфосфата в декарбоксилировании аминокислот. Альдегидлиазы. Альдолазы. Лиазы кетокислот. Синтез лимонной кослоты из ацетил-СоА и оксалоацетата. Гидролиазы. Фумаратгидратаза. Углерод-азот лиаза. Аспартат-аммиак лиаза. Изомеразы. Классификация. Рацемазы и эпимеразы. Рибулозо-5-фосфат-3-эпимераза. Уридиндифосфатглюкоза-4-эпимераза. Внутримолекулярные оксидоредуктазы. Глюкозо-6-фосфатизомераза. Лигазы (синтетазы). Синтез, сопряженный с гидролизом пирофосфатных связей в АТР и GTP. Номенклатура лигаз. Аминокислота- тРНК-лигазы. Механизм действия. Промежуточное образование смешанных ангидридов аминокислот и аденозинмонофосфата - аминоациладенилатов. СоА-лигазы жирных кислот. Глутаматсинтетаза. Синтез глутатиона (-глутамил-цистеинил-глицина). Карбоксилирование с помощью лигаз. Участие биотина в зависимом от АТР карбоксилировании. Синтез малонил-СоА. Лекция 6. Часть III.БИОХИМИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И ЦИКЛЫ Катаболические и анаболические процессы Значение катаболических процессов для биоэнергетики клетки. АТР - основной аккумулятор энергии в клетке. Макроэргические связи. Окисление NAD.H кислородом - основной процесс, приводящий к образованию макроэргических связей. Цикл трикарбоновых кислот - основной источник образования NAD.H из NAD+. Основные реакции цикла трикарбоновых кислот. Синтез цитратаи изомеризация его в изотитрат. Аконитаза. Окислительное декарбоксилирование изоцитрата. Зависимое от тиаминпирофосфата декарбоксилирование -кетоглутарата. Перенос сукцинильного остатка на липоат. Образование сукцинил-СоА и его превращение в сукцинат, сопряженное с фосфорилированием GDP. Окисление янтарной кислоты до фумаровой. Образование малата иего окисление до оксалоацетата. Необходимость анаплеротических путей ( путей пополняющих запас компонентов, участвующих в цикле). Зависимое от АТР и биотина карбоксилирование пирувата - анаплеротический путь синтеза оксалоацетата. Лекция 7. Окисление углеводов. Гликолиз и его основные этапы. Образование глюкозо-6-фосфата из глюкозы и гликогена. Изомеризация глюкозо-6-фосфат во фруктозо-6-фосфат. Получение фруктозо-1,6-дифосфата. Расщепление фруктозо-1,6-дифосфата до глицеральдегид-3-фосфата и дигидроксиацетонфосфата. Взаимопревращение триозофосфатов. Окисление глицеральдегид-3-фосфата до 3-фосфоглицерат, сопряженное с фосфорилированием карбоксильной группы. Механизм сопряжения. Образование макроэргической связи. Перенос фосфорильного остатка на ADP. Изомеризация 3-фосфоглицерата в 2- фосфоглицерат. Участие 1,3-дифосфоглицерата в реакции изомеризации. Дегидратация 2- фосфоглицерата и образование макроэргического соединения - фосфоенолпирувата. Пируваткиназа и образование ATP из ADP. Пируват, как конечный продукт гликолиза. Превращение пирувата в анаэробных условиях. Молочно-кислое и спиртовое брожение. Биоэнергетический баланс анаэробного гликолиза. Превращение пирувата в аэробных условиях. Пируватдегидрогеназный комплекс. Окислительное тиаминпирофосфат зависимое декарбоксилирование пирувата, сопровождающееся переносом остатка ацетальдегида на липоат. Образование ацетилкофермента А. Регенерация окисленного липоата. Энергетический баланс превращения глюкозы в ацетил-CoA. Лекция 8. Цикл трикарбоновых кислот. Цепь переноса электронов. Локализация процесса в митохондриях. Разделение субмитохондриальных частиц, осуществляющих перенос электронов на четыре комплекса. Окисление NAD.H убихиноном, катализируемое комплексом I. Окисление сукцината убихиноном, катализируемое комплексом II. Окисление восстановленного убихинона окисленным цитохромом с, катализируемое комплексом III. Окисление восстановленного цитохрома с молекулярным кислородом , катализируемое комплексом IV. Фосфорилирование ADP до ATP, сопряженное с переносомпары электронов в комплексах I, III и IV. Полный биоэнергетический эффект цикла трикарбоновых кислот. Лекция 9. |
Похожие:
 |
Учебно-методический комплекс «Биохимия» 3 курс, V семестр 020201. 65 «Биология (специалист)» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов III курса факультета естественных наук, направление подготовки 020201. 65... |
|
Учебно-методический комплекс «Биохимия» 3 курс, V семестр 06. 03.... Учебно-методический комплекс предназначен для студентов III курса факультета естественных наук, направление подготовки 06. 03. 01... |
|
Учебно-методический комплекс «Биохимия» 3 курс, V семестр 020201. 65 «Биология (специалист)» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов III курса факультета естественных наук, направление подготовки 020201. 65... |
 |
Учебно-методический комплекс немецкий язык направление 080100 экономика Учебно-методический комплекс предназначен для студентов, обучающихся по направлению Экономика и составлен согласно требованиям Федерального... |
|
Учебно-методический комплекс по мдк 01. 01. Основы управления ассортиментом... Учебно-методический комплекс предназначен для студентов 2-го курса специальности 100801 «Товароведение и экспертиза качества потребительских... |
|
Учебно-методический комплекс для студентов специальности 080100. 62 Данный учебно-методический комплекс предназначен для оказания помощи студентам в более эффективном освоении программы учебного курса... |
|
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Маркетинг» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... |
|
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Маркетинг» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации... |
|
А. И. Низамова управление персоналом Учебно-методический комплекс предназначен для студентов Башкирской академии государственной службы и управления при изучении ими... |
|
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Языки и среды реализации web -приложений» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,... |
|
Модульная программа лекционного курса, семинаров, практикума и самостоятельной... Учебно-методический комплекс предназначен для аспирантов Института неорганической химии им. А. В. Николаева Сибирского отделения... |
|
Кафедра журналистики учебно-методический комплекс по курсу "организация работы пресс-службы" ... |
|
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Гештальт-психология» Учебно-методический комплекс предназначен для бакалавров очной формы обучения, содержит учебно-тематический план, учебную программу,... |
|
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы стилистики и риторики»... Направление — 031000. 62, направление подготовки – «Филология» Форма подготовки: Очная |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины основы психодиагностики направление... Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс по дисциплине опд. В. 01 Современные... Настоящий учебно-методический комплекс разработан для курса по выбору «стфо: профильное обучение литературе», который изучается студентами... |