ПРОГРАММЫ по направлению 020200 – Биология

1
ФГОУ ВПО «АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра биохимии и биотехнологии
ПРОГРАММЫ
специальных дисциплин
по направлению 020200 – Биология
магистерская программа "Биохимия и
молекулярная биология"
Барнаул – 2008
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Биохимия белка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Эндокринология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Биохимия липидного обмена. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Клиническая биохимия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Молекулярные основы патологии обмена веществ . . .. . . . . . . . . . . . 22
Регуляторы роста и развития растений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
Клеточная и генетическая инженерия растений . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Физиология и биохимия адаптации растений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Большой практикум . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3
БИОХИМИЯ БЕЛКА
История открытия и изучения белков. Внедрение первого препарата
белкового вещества. Работы Я.Б. Беккари. Эксперименты с белковыми веществами растительного происхождения (И.М.Руэль, А. Пармантье и др.). Экспериментальные работы с белковыми веществами животного происхождения (Ф.
Кене, Ф. Вассерберг, И. Пленк). Первые данные об элементарном составе белков (Гей-Люссак и Тенар). Работы по установлению эмпирических формул белковых веществ Открытие аминокислот (Л.Н. Воклен, У.Г. Волластон, Г. Мульдер, А. Браконно и др.). Способ связи аминокислот в белковой молекуле. Работы А.Я. Данилевского и Э. Фишера. Синтез первого дипептида. Развитие представлений о структурах белковой молекулы (К.У. Линдерстрем-Ланг и др.).
Отечественная химия белка до 50-х годов XX-века. Открытие Московского
биохимического института (1921). Работы Н.Д. Зелинского как логическое продолжение работ Э. Фишера.
Методы выделения и фракционирования белков. Основные химические
элементы, входящие в состав белка, их процентное содержание. Понятие о факторе пересчета.
Способы гомогенизации материала: размалывание на специальных мельницах, измельчение в гомогенизаторах Уорринга и Поттера, ультразвуком, попеременным замораживанием и оттаиванием, осмотическим шоком, методом
азотной бомбы.
Методы фракционирования белков: высаживание, осаждение органическими растворителями, осаждение солями тяжёлых металлов, электрофорез,
хроматогафия. Способы очистки белковых препаратов от низкомолекулярных
примесей: диализ, электродиализ, кристаллизация и ильфильтрация. Методы
определения гомогенности белковых препаратов: по независимости растворимости от количества твердой фазы, по хроматографической, электрофоретической и гравитационной однородности, по кристалличности, по содержанию HSгруппы и концевых аминокислот.
4
Молекулярная масса белков. Понятие о физическом и химическом значениях молекулярной массы белков.
Методы определения молекулярной массы белка: гравитационный (ультрацентрифугирование), вискозометрический, осмометрический, электронномикроскопический, хроматографический, химический, оптический.
Аминокислотный состав белков. Аминокислоты – основные структурные элементы всех белков. Разнообразие аминокислот. Природные аминокислоты. Понятие о рацемических и оптических активных аминокислотах. Заменимые и незаменимые для человека аминокислоты.
Строение белковой молекулы. Способ связи аминокислот в белковой
молекуле. Работы А.Я. Данилевского и Э. Фишера. Пептиды. Методы синтеза
пептидов. Синтез пептидов по методу Р. Меррифильда. Природные пептиды:
карнозин, глутатион, офтальмовая кислота, окситоцин, вазопрессин, ораллондин и др.
Первичная структура белков. Схема установления первичной струкуры
белка. Определение N- и C-концевых аминокислот, расщепление дисульфидных связей и окисление остатков цистеина в цистеиновую кислоту, селективный гидролиз трепсином и химотрипсином, фракционирование пептидов методом электрофореза и хроматографии, расшифровка первичной структуры выделенных пептидов, воссоздание полной структуры полипептидной цепи. Первичная структура и видовая специфичность белков.
Вторичная структура белков. Понятие об α- и β-конформациях полипептидной цепи. Степень спирализации полипептидных цепей белков.
Третичная структура белков. Методы её выявления. Работы Дж. Кендрю,
М. Петруца и Филипса по рентгеноструктурному анализу третичной структуры
гемоглобина. Типы связей, обеспечивающих поддержание структуры белковой
молекулы. Гидрофобные зоны в молекулах глобумерных белков. Приоритет
отечественных исследователей (Д.Л. Талмуда, Б.Н. Талмуда и П.В. Афанасьева)
в разработке учения об ориентации гидрофобных и гидрофильных радикалов в
5
процессе свёртывания полипептидной цепи в глобулу. Динамичность третичной структуры белков.
Четвертичная структура белков. Субъединицы, протомеры и эпимолекулы (мультимеры). Конкретные примеры четвертичной структуры белков (инсулин, гемоглобин, вирус табачной мозаики и т.п.). Типы связей между субъединицами в эпимолекуле.
Свойства белков. Реакционная способность белков. Химические свойства белков. Оптические свойства белков. Амфотерность. Изоэлектрическое состояние белковой молекулы. Нативные и денатурированные белки. Механизм
денатурации белков.
Номенклатура и классификация белков. Простые (протеины) и сложные (протеиды) белки. Классификация протеинов по форме белковой молекулы, по происхождению, по аминокислотному составу. Характеристика некоторых простых белков (клупеин, фиброин шёлка, яичный и сывороточный альбумины). Классификация протеидов. Белковый компонент и простетическая
группа в протеидах. Металлопротеиды (феррипин). Фосфопротеины (казеин,
фосфопротеиды яйца, пепсин). Гликопротеиды, хромопротеиды, металлопротеиды.
Мембранные белки и их функции. Бактериородопсин. Функционирование бактериородопсина в качестве протонного светозависимого насоса. Структурная организация бактериородопсина в составе мембраны. Зрительный родопсин. Структура родопсина. Изомеризация родопсина. Механизм светоощущения. Роль градиента ионов натрия. Цитохром-С-оксидаза. Роль в создание
градиента протонов, структура и гены цитохромоксидазы. Na+-, K+-АТФаза.
Роль в создании градиентов ионов натрия и калия. Структура, организация в
составе мембраны и механизм функционирования Na+-, K+-АТФаза. Са2+АТФаза. Кальмодулинзависимая Са2+-АТФаза. Натриевый канал. Роль натриевого канала в генерации и проведение нервного импульса. Натриевый канал
электрического органа угря. Укладка полипептидной цепи в мембране.
6
Молекулярные механизмы и функции иммунной системы. Понятие
иммунитета. Специфический иммунитет. Иммунологическая память. Аутоиммунные заболевания. Толерантность. Антигены. Антитела. Рецепторы Т-клеток.
Рецепторы-Т-клеток. Клетки иммунной системы. Интерлейкины. Секреция и
рецепция интерлейкинов. Макрофаги. Белки, секретируемые макрофагами
(фактор некроза опухоли, колонийстимулирующий фактор, интерлейкины 110). Рецепторы макрофагов. Действие макрофагов, опосредованное секретируемыми белками, на другие клетки. Т-лимфоциты. Белки, секретируемые Тлимфоцитами. В-лимфоциты. Белки, секретируемые В-лимфоцитами. Молекулярные основы защиты от бактерий и вирусов. Иммуноглобулины. IgG, IgA,
IgM, IgE, IgD. Моноклональные антитела. Получение моноклональных антител.
Интерфероны. Механизм действия интерферонов. Антигены тканевой совместимости. Роль белков главного комплекса гистосовместимости. Система комплемента. Молекулярный механизм действия системы комплемента. Суперантигены. Механизм действия суперантигенов. Эффекты суперантигенов (аутоиммунные реакции, подавление иммунитета).
Молекулярный механизм системы свертывания крови. Внутренний и
внешний пути свертывания крови. Каскадный механизм действия белков свертывания крови. Тромбин. Механизм активации тромбина. Фибрин. Роль трансамидазы. Молекулярные причины гемофилии. Фибринолиз.
Молекулярные механизмы действия гормонов. G-белки (первичный
мессенджер, специфический рецептор, Gs-, Gi-белки, эффектор, вторичный
мессенджер, ферментативный каскад). Механизм действие адреналина на
клетки печени. Функционирование фоторецепторов. Механизм действия Gбелков. Примеры физиологических эффекторов. Зависимость эффекта первичного мессенжера от рецептора и G-белков. Суммирующие действие первичных мессенжеров. Механизм действия вазопрессина и тиреолибирина. Фосфодиэстераза фосфатидил 4,5-дифосфата. Роль протеинкиназ, участвующих в передаче сигнала. Кальмодулин. Механизм действия инсулина. Рецептор инсулина. Роль фосфопротеина в передаче сигнала. Структура и работа переносчи-
7
ка глюкозы. Его организация на мембране и в составе эндосомы. Роль белков в
реализации действия стероидных гармонов.
Молекулярные механизмы обоняния. Строение обонятельной выстелки. Механизм восприятия запаха. Одорант. Т-белок. Рецептор. Переферический белок. Ферментативный каскад. Генерация потенциала действия. Поведенческая реакция.
Молекулярная структура и функции цитоскелета. Микрофиламенты.
Актины. Миозины. Микротрубочки. Тубулин. Динеин. Кинезин. Колхицин.
Колцемид. Винбластин. Таксол. Промежуточные филаменты. Кератин. Десмин. Виментин. Роль цитоскелета в движении клетки. Вещества, регулирующие
направление движения. Фактор роста нервов.
Белки и наследственность. Пси-фактор дрожжей. Механизм действия
пси-фактора. Прионы. Механизм действия прионов.
Молекулярный механизм генетически запрограммированной смерти
клеток. Механизм гибели клеток. Апоптоз. Белки, регулирующие апоптоз. Bcl2, Bax, Ced-9.
Молекулярные причины болезней. Заболевания, связанные с нарушением функции белков. Амилоидный белок и болезнь Альцгеймера. Процессинг
предшественника амилоидного белка. Финилпировиноградная олигофрения.
Галактоземия. Онкобелки. Энзимодиагностика.
Молекулярные механизмы и биологическое значение пострансляционных модификаций белков. Модификации аминокислотных остатков коллагена, эластина. Селеноцистеин в составе глутатион- пераксидазы. Модификации N-конца белковой молекулы. Сигналная последовательность. Метилирование, карбоксилирование, фосфорилирование, ацетилирование, аденилирование,
уридилирование, АДФ-рибозилирование аминокислотных остатков. Присоединение боковых углеводных цепей. N-гликопротеины. О-гликопротеины. Присоединение липидного компонента. Липопротеины с С-концевым гликолипидом. Липопротеины с N-конце
8
вой группировкой. Пренилирование белков. Ограниченный протеолиз.
Иодирование остатков тирозина в белке тиреоглобулина. Неферментативные
внутримолекулярные перегруппировки в белках.
Литература
Белясова Н. А.
Биохимия и молекулярная биология: учеб.пособие для ву-
зов/ Н.А.Белясова.- Минск: Книжный Дом, 2004.- 416с.
Жимулев
И.Ф. Гетерохроматин
и
эффект
положения
гена/
Отв.ред.А.Д.Груздев, А.С.Графодатский.- Новосибирск: ВО"Наука", 1993.- 491с.
Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология: В 3т./ П.Зенгбуш; Пер.с
нем.Л.В.Алексеевой, Л.С.Шляхтенко; Под ред.В.А.Энгельгардта.- М.: Мир.
Т.1.- 1982.- 367с.
Коничев А. С. Молекулярная биология: Учеб.для вузов/ А.С.Коничев,
Г.А.Севастьянова.- М.: Академия, 2005.- 400с.- (Высшее образование)
Т.2.-
1994.- 544с.
Молекулярная
биология:
Учеб.для
вузов/
В.И.Агол,
А.А.Богданов,
В.А.Гвоздев и др.; Под ред..А.С.Спирина.- М.: Высш.шк., 1990.- 352 с.
Молекулярная биология клетки: В 3 т./ Б.Албертс, Д.Брей, Дж.Льюис и др.2-е изд., перераб.и доп.- М. : Мир. Т.3.- 1994.- 504 с.
Современное естествознание: Энциклопедия: В 10т./ Гл.ред.В.Н.Сойфер;
Ред.тома Ю.А.Владимиров.- М. : Издат.Дом МАГИСТР-ПРЕСС. Т.8: Молекулярные основы биологических процессов.- 2000.- 408с.
Степанов,В. М. Молекулярная биология. Структура и функции белков:
Учеб.для вузов/ Под ред.А.А.Спирина.- М.: Высш.шк., 1996.- 335с.
Уилсон,
Дж.
Молекулярная
биология
клетки:
Сб.задач
/Под
ред..И.А.Крашенинникова.- М.: Мир, 1994.- 520с.
Уотсон
Дж.
Молекулярная
биология
гена/
Пер.
с
англ.
под
ред.В.А.Энгельгардта.- М.: Мир, 1978.- 720с.
Программа составлена д. м. н., проф. В.П. Васильевым
9
ЭНДОКРИНОЛОГИЯ
Эндокринология – определение. Понятие о гормонах и их системе. Роль
эндокринных желез в процессах клеточной и тканевой дифференциации. Филои онтогенез эндокринной системы. Соотношение и взаимодействие эндокринной и нервной регуляции в развитии и поддержании адаптивных реакций организма. Особенности структурной и функциональной организации эндокринных
желез.
Гормоны. Общая характеристика, химическая классификация. Специфичность. Биологическая активность Дистантность действия Классификация
гуморальных регуляторов. Основные типы дейстивя гормонов. Гормональное,
или гемокринное. Изокринное. Нейрокринное, или нейроэндокринное (синаптическое и несинаптическое. Паракринное — разновидность изокринного действия. Юкстакринное – разновидность паракринного действия. Аутокринное
действие. Солинокринное действие.
Механизм действия гормонов. Механизм действия гормонов и феномене амплификации. Понятие о рецепторах гормонов. Плазматические рецепторы
и их типы. Рецепторы, трансмембранный сегмент которых состоит из семи
фрагментов (петель); рецепторы, трансмембранный сегмент которых состоит из
одного фрагмента (петли или цепи); рецепторы, трансмембранный сегмент которых состоит из четырех фрагментов (петель). Понятие о «вторичном мессенджере». Гормоны, оказывающие биологический эффект с участием циклического аденозинмонофосфата (цАМФ); гормоны, осуществляющие свое действие с участием циклического гуанидинмонофосфата (цГМФ); гормоны, опосредующие свое действие с участием в качестве внутриклеточного вторичного
мессенджера ионизированного кальция или фосфатидилинозитидов (инозитолтрифосфат и диацилглицерин) или обоих соединений; гормоны, оказывающие
свое действие путем стимулирования каскада киназ и фосфатаз. Механизмы,
10
участвующие в образовании вторичных мессенджеров. Роль аденилатциклазы,
гуанилатциклазы, фосфолипазы С, фосфолипазы А2, тирозинкиназ, Са2+- каналов и др.
Молекулярные механизмы морфогенетических эффектов действия
гормонов. Основные пути и молекулярные механизмы внутриклеточной реализации метаболических и морфогенетических эффектов гормональной атаки
мембранных рецепторов клеток мишеней. Протеинкиназы как регуляторы метаболизма. Понятие о ключевых ферментах. Механизмы фосфорилирования и
дефосфорилирования. Тирозиновые и сериновые фосфорилазы. Изменения клеточной проницаемости, транспортных мембранных систем, механизмов экспрессиии генетической информации.
Гормон-рецепторные комплексы. Клантрин и клантриновые ямки.
Процесс интернализации гормон-рецепторных комплексов в цитозоль и рециклирование рецептора. Внутриклеточные рецепторные белки (температурного
шока. Иммунофлин) их доменная структура (аминотерминальный домен, ДНКсвязывающий домен, гормоносвязывающий домен, карбоксилтерминальный
домен). Влияние на структуру ДНК и механизмы экспрессии генетической информации.
Агонисты и антагонисты гормонов. Уменьшением аффинности рецептора; снижением количества функционирующих; инактивацией рецептора; разрушением; угнетением синтеза новых рецепторов.
Гормональная регуляция углеводного обмена. Роль глюкозы в энергетических и пластических обменных поцессах. Понятие об инсулинзависимых
тканях. Резервные полисахариды. Печеночное и мышечное депо гликогена их
функциональная роль. Скорость утилизации глюкозы в инсулинзависимых тканях. Особенности головного мозга. Ферментные механизмы депонирования и
мобилизации глюкозы. Мембранные транспортные системы. Фосфорилазы.(Г1-Ф и Г-6-Ф). Механизмы их активации. Гликолитический распад углеводов
11
(цикл Эмбдена-Меергофа). Цикл Кребса (лимоннокислый цикл). Гексозомонофосфатный (пентозный) цикл. Неогликогенез (цикл Кори, цикл аланина).
Инсулин и глюкагон. Морфологические субстраты их образования. Химическая природа инсулярных гормонов и регуляция их синтеза. Пути влияния
инсулярных гормонов на метаболизм глюкозы.
Катехоламины (адреналин и норадреналин) влияние на мобилизацию
гликогена и утилизацию глюкозы.
Глюкокориткоиды и соматотропин, АКТГ – их роль в регуляции углеводного обмена.
Гормональная регуляция жирового обмена. Роль липидов в метаболических процессах. Липиды плазмы крови (хиломикроны; липопротеиды очень
низкой плотности; липопротеиды средней плотности; липопротеиды низкой
плотности; липопротеиды высокой плотности). Липогенез. Карбоксилирование
ацетил-КоА, как ключевой процесс биосинтеза жирных кислот. Глицеролкиназа
и глицерофосфатдегидрогеназа. Роль печени в обмене липидов.
Липолиз. Внутриклеточная гормональнозависимая липаза (триацилглицериновая липаза) и регуляция ее активности цАМФ. Рецепторы адипоцитов
взаимодействующие с гормонами, обладающими липолитическими свойствами
(катехоламины, АКТГ, СТГ, инсулину). Липолитическое действие АКТГ, ТТГ,
меланоцитостимулирующего гормона, Пермиссивное (разрешающее) действие
на липолиз тироидных гормонов и кортикостероидов.
Гормональная регуляция белкового обмена. Пластическая и энергетическая ценность белков.
Анаболизм и катаболизм белков. Цикл Кребса-
Гензелейта. Взаимосвязь между циклом лактат-глюкоза (цикл Кори) и циклом
аланин-глюкоза. Основные пути гормональных влияний на анаболизм белков.
Стимуляция процессов транскрипции в ядре клетки (стероидные и тиреоидные
гормоны) и стимуляция процессов трансляции в цитозоле клетки (инсулин,
гормон роста).
Анатомо-функциональная характеристика гипоталямуса. Зоны и ядра
гипоталямуса. Нейросекреторные клетки. Гипоталямо-гипофизарные тракты.
12
Особеннстьи кровоснабжения аденогипофиза и механизмы гуморальной регуляции его функциональной активности со стороны гипоталямуса. Пептидные
гормоны гипоталямуса. Статины и релизинг-гормоны – механизмы их влияния
на на функциональную активность адипоцитов гипофиза. Нейрогуморальная
регуляция секреции гипоталямичесвких гормонов.
Анатомо-функциональная характеристика гипофиза. Аденогипофиз.
Гормоны передней доли гипофиза. Химическая природа, синтез и секреция
гормонов. Краткая характеристика отдельных представителей АГТГ, тиреотропного, соматотропного, лютеонизирующего, фолликулостимулирующего,
лактогенного гормонов. Проявления избытка и недостатка их поступления в
системный кровоток.
Гормоны нейрогипофиза, их химическая характеристика. Молекулярные
механизмы действия антидиуретического гормона, окситоцина и вазопрессина.
Анатомо-функциональная
характеристика
щитовидной
железы.
Морфо-функциональная характеристика тиреоцитов. Синтез и секреция тиреоглобулина. Иодирование тиреоглобулина. Мобилизация тиреоидных гормонов
и поступление их в кровь. Связывание и транспорт гормонов. Иодная недостаточность и «зобная болезнь». Тиреотоксикоз и тиреоидная недостаточность.
Паращитовидные железы. Морфофункциональная характеристика. Парагормон. Химическая природа, пути влияния на минеральный обмен.
Анатомо-функциональная характеристика поджелудочной железы.
Морфофункциональная характеристика инсулярного аппарата. Инсулин, глюкагон, соматостатин, панкреагастрин и секретин: химическая природа, регуляция секреция и периферические эффекты. Диабет.
Морфофункциональная характеристика надпочечников. Кора надпочечников. Глюко- и минералокортикоиды. Альдостерон и регуляция обмена
ионов натрия, калия. Кортизол, кортикостерон и - регулятция обмена углеводов
и белков. Химическая природа, синтез и секреция. Проявления избытка и недостатка продукции кортикостероидов.
13
Гормоны мозгового вещества. Адреналин и норадреналин. Механизмы
участия этих гормонов в развитии "острых" адаптивных реакций организма.
Морфофункциональная характеристика половых желез. Особенности
онтогенеза мужских и женских половых желез. Биосинтез и секреция половых
гормонов. Регуляция секреции по мужскому и женскому типу, роль гипоталямуса. Мужские половые гормоны. Клетки Лейдига. Тестосерон и дигидротестостерон. Женские половые гормоны. Фолликулярный эпителий и эстрон и эстрадиол. Желтое тело и прогестерон. Менструальный цикл.
Почка
как
эндокринный
орган.
Юкстагломерулярный
аппарат.
Эритропоэтин и ренин. Химическая природа и пути реуляции скорости синтеза
и секреции этих гормонов.
Общие представления об гастроинтенстинальной эндокринной системе. Железы желудочно-кишечного тракта. Интенстинальные гормоны, их
химическая природа и биологическая роль.
Литература
Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рефф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки - М: Мир, 1994. – 425 с.
Березов Т.Т. Биологическая химия.- М.:Медицина,1982.- 360 с.
Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В Биохимия человека.- М:
Мир,1993. – 534 с
Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия.- М: Просвещение, 1987.– 486 с.
Розен Б.Н.: Основы эндокринологии. М.: Высш.шк., 1980. -340 с.
Страйер Л Биохимия.. М.: Мир, 1985. – 485 с.
Ткачук В.А.: Эндокринология и метаболизм. Под ред. Ф. Флига, Дж. Д.
Бакстера и др. - М.: Медицина, 1985. – 356 с.
Программа составлена д. м. н., проф. В.П. Васильевым
14
БИОХИМИЯ ЛИПИДНОГО ОБМЕНА
Липиды тканей человека. Липиды тканей человека как производные
жирных кислот, их биологическая роль (энергетическая, структурная, кофакторная, сигнальная).
Классификация липидов. Жирные кислоты и их метаболиты, триацилглицеролы, фосфолипиды, сфинголипиды, стеролы, изопреноиды. Жирные кислоты - строение, номенклатура и физико-химические свойства - насыщенные и
ненасыщенные, амфотерность, образование коровой жидкокристаллической
структуры и водорастворимых мицелл, образование эфиров и амидов (сложных
липидов). Заменимые и незаменимые (полиненасыщенные) жирные кислоты,
их биологическая роль (энергетическая, сигнальная). Транспорт жирных кислот
в организме. Триацилглицеролы как сложные нейтральные гидрофибные глицеролипиды, строение, энергетическая роль для печени, сердца и скелетных
мышц, депонирование в адипоцитах подкожной клетчатки, брюшной полости и
молочной железы. Фосфолипиды как сложные глицеролипиды, производные
фосфатидной кислоты (фосфатидилы) с присоединением через фосфодиэфирную связь спиртов серина (фосфатидилсерин), этаноламина (фосфатидилэтаноламин), холина (фосфатидилхолин), глицерола (фосфатидилглицерол), инозитола (фосфатидилинозитол), фосфатидилглицерола (кардиолипин). Амфотерность фосфолипидов благодаря гидрофильности головной группы и гидрофобности радикалов жирных кислот. Фосфолипиды как структурная основа биологических мембран. Значение жирных кислот в первом и втором положении и
полярного фосфат-спирта головной группы для осуществления структурной и
сигнальной функции, роль связанных с рецепторами плазматической мембраны
фосфатидилинозитол-3(4)(5)-киназы в фосфорилировании инозитола и фосфолипаз А2, С и D в освобождении полиненасыщенных жирных кислот и инозитолфосфатов в образовании ауто- и паракринных медиаторов (эйкозаноиды) и
трансдукторов (инозитолтрифосфат, диацилглицерол). Сфинголипиды как амиды аминоспирта сфингозина и насыщенной жирной кислоты (церамид). Сфино-
15
гомиелины как основной элемент структуры миелиновой оболочки. Цереброзиды как гликолипиды, содержащие в головной группе полимер из 1-4 простых
моносахародов, важный компонент плазматической мембраны клеток. Ганглиозиды как глюколипиды, содержащие полимер из 1-6 моносахаров, конечными
из которых выступают аминосахара (ацетилгексозамины и ацетилнейраминовая
или сиаловая кислота), их роль в определении индивидуальности. Стеролы,
строение и биологическая роль представителей (структурная, сигнальная и детергентная). Изопреноиды как биологически важные участники метаболизма,
кофактор убихинол дыхательной цепи и жирорастворимые витамины.
Агрегация липидов в воде. Образование мицеллы из свободных жирных
кислот, лизофосфолипидов и кислых стеролов, бислоя из фосфолипидов и
сфинголипидов, липосом из замкнутого бислоя с водной полостью.
Переваривание липидов. Переваривание липидов в желудочно-кишечном
тракте, триггерная роль кислой среды для выхода желчи и липаз в просвет кишечника и активации последних, эмульгирование жиров (образование мицелл).
Стеаторея. Энтерогепатическая циркуляция желчных кислот.
Липопротеины. Общие принципы и схема мицеллярного строения липопротеинов (липиды корового слоя и ядра). Зависимость свойств (плотности,
размеров, флотации) липопротеинов от липидного состава. Методы определения липопротеинов. Классификация и структура основных классов липопротеинов (богатых триацилглицеролами - ХМ и ЛПОНП, холестеролом - ЛПНП и
фосфолипидами - ЛПВП). Функции липопротеинов (транспорт липидов, витаминов; взаимодействие с мембранами; место биохимических превращений липидов). Виды апопротеинов, роль (структурообразование, векторная, кофакторная - апо А-I для ЛХАТ и апо С-II для липопротеинлипазы).
Транспортная функция липидов и липопротеинов. Поступление продуктов
расщепления жиров в энтероциты, ресинтез триацилглицеролов, фосфолипидов
и эфиров холестерола с полиненасыщенными жирными кислотами, образование хиломикронов и ЛПВП. Транспорт хиломикронов к целевым органам (жировая ткань, сердце, скелетные мышцы, лактирующая молочная железа), апоС-
16
II-активация липопротеинлипазы эндотелия сосудов этих тканей, расщепление
триацилглицеролов, перенос насыщенных жирных кислот в клетки для их энергетического окисления (кардиомиоциты, скелетные миоциты, эпителиоциты
коры почек) или синтеза триацилглицеридов на экспорт (маммилярные эпителиоциты) и хранения (адипоциты). Роль апоВ-48 и апоЕ в рецептор-зависимом
поглощении ремнантов хиломикронов гепатоцитами. Понятие о хилезности сыворотки крови. Основные принципы забора крови для биохимических исследований.
Гидролиз триацилглицеролов. Гидролиз триацилглицеролов печеночной
триглицеридлипазой с окислением жирных кислот или их трансформацией в
эндогенные и синтеза новых триглицеролов для транспорта в виде ЛПОНП.
Образование липопротеинов. Внутрисосудистое образование ЛПНП из
ЛПОНП через ЛППП при участии липопротеинлипазы из преимущественного
содержания апо В-100 и холестерола. Нормальный рецепторный клиренс периферическими клетками паренхиматозного соединительнотканного типа с целью
обеспечения их холестеролом наряду с эндогенным синтезом. Нерецепторный
клиренс через скэвенджер рецепторы макрофагов модифицированных ЛПНП,
образование "пенистых" клеток.
Образование в энтероцитах ЛПВП из фосфолипидов с полиненасыщенными жирными кислотами и апо А-I, А-II, а также в гепатоцитах. Роль ЛХАТ в
превращении насцентных ЛПВП в нативные. "Обратный транспорт холестерола" - ЛПВП-медиируемое движение холестерола от периферических тканей к
печени и стероидогенные ткани).Холестерин. Строение, обеспечение клеток
(из ЛПНП и синтез de novo), источники и общее представление о реакциях
синтеза (роль ГМГ-редуктазы), его локализация. Образование эфиров (роль
ферментов - внутириклеточного АХАТ и плазменного ЛХАТ), соотношение
НЭХС и ЭХС в организме и мембранах. Катаболизм (окисление в желчные кислоты), выведение из организма. Образование стероидных гормонов, холекальциферола.
17
Метаболизм фосфолипидов. Биосинтез (центральные метаболиты - αβДГ, фосфатидная кислота, ЦТФ, сфингозин). Роль в структуре и функциях биологических мембран. Роль церамида в апоптозе клеток.
Эйкозаноиды (представители - простаноиды и лейкотриены, источники,
циклооксигеназный и липооксигеназный пути образования). Механизм действия, участие в развитии патологических состояний и заболеваний простагландинов.
Жировая инфильтрация печени.Причины (повышенное содержание
жирных кислот вследствие усиленного гидролиза ТГ, углеводистая пища, гиперпродукция жиромобилизующих гормонов; метаболический блок образования ЛП вследствие снижения синтеза апобелков, фосфолипидов, нарушения
секреторного механизма. Липотропные факторы
Высшие жирные кислоты. Источники высших жирных кислот (жировая
ткань, липопротеины, ТГ эндогенного происхождения, фосфолипиды мембран).
Окисление глицерина. Энергетический эффект. Транспорт жирных кислот к
клеткам (альбумин), к митохондриям (карнитин). Окисление жирных кислот.
Этапы (активация, транспорт внутрь митохондрий, внутримитохондриальное
окисление). Окисление в митохондриях (активация путем синтеза их ацил КоАпроизводных, дегидрирование (дегидрогенизация) ФАД-зависимым ферментом, гидратация, дегидрирование (дегидрогенизация) ФАД-зависимым ферментом, тиолиз. Окисление ацетил- КоА на втором этапе окисления - в цикле трикарбоновых кислот. Расчет энергетического эффекта окисления жирных кислот
(в присутствии разобщителя окислительного фосфорилирования).
Синтез жирных кислот. Карбоксилирование ацетил-КоА, источники
НАДФН. Этапы синтеза. Полиненасыщенные ω-3 жирные кислоты (эйкозапентаеновая и докозагексаеновая), участие в профилактике сердечно-сосудистых
заболеваний.
Синтез триацилглицеролов (α-глицерофосфатный в энтероцитах и почках, моноглицеридный (энтероциты), смешанный (жировая ткань).
18
Кетогенез. Представители кетоновых тел (ацетоуксусная, β-оксимасляная
кислоты, ацетон), локализация и схема синтеза. Роль в транспорте ацетилКоА с
целью окисления. Понятие о кетонемии и кетонурии. Антикетогенное действие
углеводов. Кетогенез при голодании, сахарном диабете. Регуляция липидного
метаболизма (инсулин, глюкагон, адреналин, СТГ, тироксин).
Липиды плазмы (сыворотки) крови. Понятие о "целевых" значениях.
Методы определения липидов крови. Патология липидного обмена. Наследственные дефекты (липопротеинелипазы - гиперхиломикронемия, рецепторов к
ЛПНП - гиперхолестеролемия). Молекулярные основы атеросклероза (роль
модифицированных окисленных ЛПНП, факторы адгезии, пенистые клетки),
протективная роль эстрогенов и ЛПВП. Основные пути коррекции.
Нарушения липидного метаболизма при метаболическом синдроме Х и
гипергомоцистеинемии.
Литература
Биохимия липидов и их роль в обмене веществ. М.: Наука, 1981. – 290 с.
Бислойные липидные мембраны /Под ред. Коварского Н.Я. Владивосток,
1983. – 316 с.
Ивков В.Г. Динамическая структура липидного бислоя. М.: Наука, 1991.210 с.
Обмен липидов. Методические материалы к практическим занятиям по
биологической химии. Б.: АГУ, 1991. – 20 с.
Препаративная биохимия липидов. М.: Наука, 1981.- 184 с.
Селищева А.А. Метаболизм фосфолипидов и биологические мембраны.
Иркутск: Изд-во Иркутского университета, 1988 . – 168 с.
Степанов А.Е. Физиологически активные липиды. М.: Наука, 1991.- 278 с
Программа составлена к. б. н., доцентом Ю.С. Кочетковым и
к.б.н., старшим преподавателем Т.В.Ивановой
19
КЛИНИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ
Гипогликемические и гипергликемические состояния. Гликемия и ее
значение. Поступление глюкозы в ткани человека. Всасывание углеводов.
Функция печени в обеспечении процессов всасывания сахаров и преобразовании. Проверка функции печени в отношении углеводного обмена. Экскреция
глюкозы в мочу и функция почек. Гормональная регуляция уровня гликемии.
Гипо- и гипергликемические состояния. Диабетическая гипергликемия. Диабетическая кома. Тесты толерантности человека к углеводам.
Белковое истощение тканей. Нарушение образования ферментов и биосинтеза белка, альбуминурия. Переваривание и всасывание пищевых белков.
Аллергия алиментарного происхождения. Транспорт аминокислот в тканях.
Образование белков плазмы. Распад белков в тканях организма. Истощение
белков в тканях и его последствия. Альбуминурия. Гемоглобинурия. Аминоацидурия. Соединительная ткань: ее химический состав и нарушения. Гиалуронидазы. Коллагенозы. Гиперпротеинемии.
Электролитный и водный обмен. Значение минеральных веществ для человека. Вода в организме человека. Нормальный баланс воды. Отеки и функция
почек в отношении обмена воды. Шок. Распределение воды в тканях человека.
Обмен калия и его нарушения. Гиперкалиемия, гипокалиемия и их клинические
последствия. Обмен натрия. Обмен хлора и его нарушения. Концентрация калия и фосфора в сыворотке. Выделение кальция и фосфора. Основные факторы,
влияющие на распределение кальция и фосфора.
Основные нарушения в метаболических процессах при дисфункции
нервной системы. Биохимический состав мозга и нервной ткани. Гематоэнцефалический барьер. Изменения в уровне гликемии и гипоксия. Подавление
и возбуждение активности мозга. Значение аминокислот в обеспечении функциональной активности мозговой ткани. Биосинтез белков в мозговой ткани.
Глютатион мозга. Глютаминовая кислота. Нарушение аминокислотного обмена
при психических заболеваниях. Обмен липидов в головном мозгу. Биохимиче-
20
ская интеграция нервной системы.
Недостаточность и гиперфункция желез внутренней секреции. Центральная нервная система и железы внутренней секреции. Гонадотропные гормоны гипофиза. Лактогенный гормон. Тиреотропный гормон. Адренокортикотропный гормон. Гормон паращитовидных желез. Инсулин. Тиреоидные гормоны. Гормоны мозгового слоя надпочечников. Гормоны коры надпочечников.
Половые гормоны. Гормоны и обмен веществ при беременности. Усиление
функции яичников. Обмен прогестерона.
Биохимические изменения, связанные с нарушениями регуляции процессов обмена веществ. Гипертония. Нарушения метаболических процессов
при гипертонии. Печень, ее значение в процессах обмена веществ и нарушение
метаболических функций. Обмен желчных пигментов. Желтуха. Желчные пигменты в моче и кале. Углеводный обмен при заболеваниях печени. Белки плазмы в условиях нарушения функции печени. Липидный обмен и нарушение
функции печени. Процессы обезвреживания и биохимические процессы, протекающие в печени. Функция печени и выделение порфиринов и порфинов.
Функция почек и нарушение происходящих в них биохимических процессов.
Почечный клиренс. Нарушение экскреторной функции почек и заболевание почек. Биохимические изменения при заболеваниях почек. Острый нефрит. Хронический нефрит и уремия. Нефроз. Факторы, изменяющие окраску мочи.
Метаболические нарушения, вызванные инфекционными и вирусными
заболеваниями. Ответная реакция организма человека на внедрение микроорганизмов. Реакция оседания эритроцитов. Воспалительные заболевания. Ревматизм. Неинфекционные условия. Туберкулез. Аллергические состояния. Терапевтическое использование антител и активная иммунизация. Бактериальные
токсины. Вирусы, их биохимическая природа, питание и размножение. Животные паразиты.
Основные биохимические изменения, возникающие при травме. Ответная метаболическая реакция организма на травму. Травма и белковые ресурсы
организма. Метаболическая реакция при переломе кости. Дегидратация у хи-
21
рургических больных. Нарушения в минеральном обмене при травме.
Траспортная функция крови, определяющая химический состав тканей. Биохимический состав крови. Белки плазмы. Транспорт углеводов и жиров. Транспорт железа, меди, кобальта, цинка и молибдена. Участие крови и ее
элементов в регуляции метаболических процессов. Роль крови в транспорте витаминов. Содержание витаминов в крови. Перенос кровью регуляторных соединений гормональной природы. Гормоны желудочно-кишечного тракта.
Ферменты клеточных элементов крови. кровь в регуляции кислотно-щелочного
равновесия. Буферные системы крови.
Патохимия болезней крови. Патологические лейкоцитозы. Лейкопения.
Биохимические нарушения в крови при лейкемиях и лейкопениях. Биохимические нарушения в условиях анемий. Нормальная концентрация биохимических
компонентов крови. Меры измерения при биохимической характеристике крови
и биологических жидкостей. Химический состав зрелых эритроцитов человека.
Биохимический состав лейкоцитов. Биохимический состав крови. Нарушения
биохимического состава крови человека.
Литература
Березов Т.Т., Коровин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: «Медицина», 1982.350 с.
Бохински Р; Современные воззрения в биохимии. - М.: Мир, 1987. - 425с.
Ленинджер А. Биохимия М.: «Мир», 1985. – 588 с.
Марфи Р., Греннер Д. и др. Биохимия человека. В 2-х томах, М., Мир,1993
Мережинский М.Ф., Черкасова Л.С. Основы клинической биохимии. - М.:
«Медицина», 1995. – 420 с.
Страйер Л. Биохимия. - М.: Мир, 1985. - Т. 1-3.
Филиппович Ю.Б. Основы биохимии М.: «Высшая школа», 1993.- 290 с.
Программа составлена д.м.н., профессором В.П. Васильевым и
к.б.н., старшим преподавателем Т.В. Ивановой
22
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ПАТОЛОГИИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
Этапы развития взглядов на биологическую сущность заболеваний
человека.Особенности организации живой материи: химические связи молекул живой материи, способность взаимодействовать со специфическим субстратом. Биологическая сущность болезни. Эволюция взглядов на причину заболеваний. Молекулярные механизмы воспаления. Генетические аспекты воспаления. Медиаторы воспаления. Низкомолекулярные медиаторы воспаления:
гистамин, серотонин, брадикинин. Высокомолекулярные медиаторы воспаления: система комплемента, простагландины, факторы свертывания крови. Противовоспалительные системы.
Нарушения обмена веществ ненаследственного характера. Аутоиммуунные заболевания. Механизм возникновения аутоиммунных заболеваний. Полигенный характер нарушений.
Молекулярные механизмы возникновения опухолей. Пути активации онкогенов. Молекулярные механизмы защиты превращения нормальной клетки в
опухолевую.
Наследственные заболевания. Хромосомные и генные заболевания. Отличия хромосомных и генных болезней.
Генные болезни Принципиальная схема нарушений при генных заболеваниях. Классификация генных болезней. Наследственные нарушения обмена аминокислот: фенилкетонурия, гистидинемия, цитрулинемия, болезнь «кленового
сиропа». Наследственные нарушения обмена углеводов: галактоземия, фруктоземия. Диагностика наследственных нарушений обмена веществ, профилактика, лечение.
Хромосомные заболевания. Классификация хромосомных болезней в зависимости от характера нарушений хромосом: числовые, структурные нарушения
хромосом. Характеристика наиболее часто встречающихся хромосомных болезней: хромосомное нарушение, возможные причины, симптомы, биохимиче-
23
ские нарушения, диагностика, лечение, профилактика. Синдром Дауна, синдром Шерешевского-Терненра, синдром Клайнфельтера, синдром Патау.
Этапы и методы изучения генома человека. Проект геном человека. Цель
проекта. Три типа карт хромосом. Подходы к картированию геномов. Банк данных генома человнка. Задачи будущих исследований.
Генная терапия. Методы генетической трансфекции. Принципы генной терапии. Генотерапия моногенных наследственных заболеваний. Генотерапия ненаследственных заболеваний. Некоторые этические и социальные проблемы
генной терапии.
Литература
Коротяев А.И., Лищенко Н.Н. Молекулярная биология и медицина. М.:
Медицина, 1997. - 286 с.
Марри Р., Греннер Д., Мейс.П. Биохимия человека. в 2-х т.М.: Мир, 1993. 739 с.
Проблемы физиологии и биохимии, онтогенеза и физиологической генетики. Харьков: Высш. школа, 1988. - 237 с.
Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека. т.2 -М.: Мир, 1990.- 376 с.
Хорст А. Молекулярные основы патогенеза болезней. – М.: Медицина,
1985. - 484 с.
Программа составлена к. б. н., доцентом Ю.С. Кочетковым и
к.б.н., старшим преподавателем Т.В.Ивановой
24
РЕГУЛЯТОРЫ РОСТА И РАЗВИТИЯ РАСТЕНИЙ
Этапы развития теории фитогормонов и методы их изучения.
Ос-
новная классификация регуляторов роста и развития растений (по их действию
– стимуляторы и ингибиторы роста, по их получению – синтетические и природные). Методы изучения регуляторов роста: биотесты (тесты, основанные на
растяжении клеток; тесты, основанные на делении клеток); методы, основанные
на биохимических реакциях; хроматографические методы; количественные методы определения регуляторов роста. Главные критерии принадлежности исследуемого вещества к классу регуляторов роста.
Открытие, химическое строение и биосинтез ауксинов.
История от-
крытия ауксинов. Пути биосинтеза ИУК, триптофан – как основной предшественник ИУК.
Катаболиз и регуляция метаболизма ИУК. Конгъюгирование ИУК и ее
предшественников с углеводами: пептидами. Катаболизм ИУК (окислительное
декарбоксилирование ИУК и оксиндолацетатный путь окисления ИУК; фотоокисление ИУК; неферментативное аэробное окисление ИУК; неферментативное декарбоксилирование ИУК перекисью водорода). Пространственная организация метаболизма индольных ауксинов в растениях: тканевая организация
метаболизма ИУК; субклеточная компартментация ИУК; локализация конъюгированных форм ИУК; локализация ферментативных систем катаболизма
ИУК. Регуляция метаболизма ауксинов: участие фитогормонов в регуляции метаболизма ИУК( влияние ауксинов, этилена и других фитогормонов), негормональные факторы регуляции (фенольные соединения, дикарбоновые кислоты,
рН среды, водный режим растения).
Физиологические эффекты, транспорт и биохимический механизм действия ауксинов. Физиологические эффекты ауксинов: рост клеток растяжением, клеточное деление, апикальное доминирование, образование корней, опадение листьев. Транспорт ауксинов. Механизм действия ауксинов на молекуляр-
25
ном уровне, связь между химической структурой синтетических ауксинов и их
биологической активностью.
Открытие, химическое строение и биосинтез гиббереллинов.
Исто-
рия открытия. Строение и физико-химические свойства. Номенклатура гиббереллинов. Биосинтез гиббереллинов (путем гидроксилирования и минуя этот
путь). Передвижение в растениях.
Катаболизм, физиологические эффекты биохимический механизм действия гиббереллинов. Конъюгирование и катаболизм гиббереллинов. Физиологическое действие гиббереллинов: влияние на растяжение клеток и митотическую активность; влияние на различные органы растения; влияние на карликовые растения; влияние на цветение; влияние на фотопериодическую реакцию; участие в процессах яровизации; влияние на изолированные зародыши;
влияние на покой; влияние на плодоношение; влияние на проявление пола у
растений; влияние на метаболизм растений( на активность ферментов амилаз,
протеаз и фосфотаз). Гипотезы биохимического механизма действия гиббереллинов.
Открытие и химическая структура цитокининов. Цитокинины: аденин,
кинетин, зеатин, бензиладенин, изопентиладенин.. Биосинтез цитокининов.
Компартментация цитокининов. Конъюгация и разрушение цитокининов. Распределение и транспорт в растениях. Физиологический эффект цитокининов:
стимуляция клеточного деления, задержка процессов старения. Биохимические
аспекты механизма действия цитокининов.
История открытия, химическое строение и свойства этилена. Методы
анализа и распространение этилена. Биосинтез этилена. Регуляция биосинтеза:
этиленом, цитокининами. Передвижение этилена и промежуточного метаболита АЦПК (1-аминоциклопропан-1-карбоновая кислота). Катаболизм этилена до
угдекислого газаи до водорастворимых метаболитов. Физиологическое действие этилена: стимуляция созревания сочных плодов; стимуляция опадения
лситьев, плодов и цветков; “тройная реакция” этиолированных проростков;
стимуляция эпинастии листьев; подавление роста корней; стимуляция роста
26
боковых корней; торможение роста клеток путем растяжения; стимуляция тока
латекса из млечных трубок; стимуляция цветения растений семейства бромелиевые; изгиб апикальной петли. Механизм действия этилена. Этиленвыделяющие регуляторы.
История открытия абсцизовой кислоты (АБК). Дериваты АБК и их
биологическая активность. Биосинтез АБК и его локализация в хлоропластах
листа. Катаболизм и коньюгация АБК. Транспорт свободной АБК в растении.
Физиологическое действие АБК: движение устьиц, геотропизм корня, покой,
опадение листьев и плодов. Механизм действия АБК. Другие ингибиторы роста
растений: нарингенин, лунулариевая кислота, бататасин, бензойная кислота,
коричная кислота, салициловая кислота, кофейная кислота, кумарин, скополетин, флоридзин, п-гидроксибензойная кислота, юглон.
Взаимодействие гормонов в интактном растении.
Критерии для
оценки гормональной регуляции. Метаболический и функциональный аспекты
взаимодействия гормонов. Влияние внешних факторов на гормональную систему: качество света, фотопериод. Принципы использования синтетических регуляторов роста.
Применение регуляторов роста в растениеводстве. Применение регуляторов роста для корнеобразования и размножения растений, прорастания и покоя, цветения. Применение гаметоцидных препаратов. Стимуляция опадения
листьев, цветов и плодов, изменения размеров растений и органов, устойчивости к вредителям и болезням и борьба с ними; борьба с сорняками. Токсикология, защита окружающей среды и человека.
Литература
Дерфлинг Г. Гормоны растений. Системный подход. – М.: Мир, 1985. –
304 с.
Гудвин Т., Мерсер Э. Введение в биохимию растений. 2 т. – М.: Просвещение, 1986. – 302 с.
27
Кораблева Н.П. О механизме действия фитогормонов на синтез
нуклеи-
новых кислот и белка// Рост растений. Первичные механизмы – М.,1978. – с.25
– 38.
Кулаева О.Н. О механизме действия цитокининов// Рост растений и природные регуляторы – М. 1977. – с.37 – 48.
Никелл Дж. Регуляторы роста растений (применение в сельском хозяйстве)/
Под ред. д.б.н. В.И.Кефели. – М.: Колос, 1984. – 365 с.
Основы химической регуляции роста и продуктивности растений/ Муромцев Г.С., Чкаников Д.И., Кулаева О.Н., Гамбург К.З. – М.: Агропромиздат, 1987.
– 383 с.
Полевой В.В., Саламатова Т.С. Физиология роста и развития растений. –
Л.: ЛГУ, 1991. – 240 с.
Программа составлена д. б. н., проф. Н.А.Вечерниной
28
КЛЕТОЧНАЯ И ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ РАСТЕНИЙ
Особенности мутагенеза и селекции мутантов in vitro. Основные этапы
развития биотехнологии растений. Каллусные и суспензионные культуры. Изолированные протопласты и методы их получения. Мутагены и их применение
на клеточных культурах. Выживаемость клеток после обработки мутагенами.
Спонтанная и индуцируемая частота возникновения новых мутантов. Основные
методы селекции клеточных вариантов, регенерация растений из измененных
клеток. Экспрессия мутационных изменений на уровне растетельного организма.
Сомаклональная изменчивость. Понятие сомаклональные варианты и
сомаклональная изменчивость. Природа и механизмы возникновения сомаклональной изменчивости: естественное генетическое разнообразие клеток, изменчивость генома в процессе культивирования изолированных клеток, изменчивость цитоплазмона у сомаклональных вариантов. Зависимость сомаклональной изменчивости от исходного материала и приемов культивирования клеток:
значение генотипа и исходного экспланта, влияние условий культииврования и
регенерации растений. Использование сомаклонов: спектр изменчивости среди
растений-регенерантов, генетический анализ сомаклонов.
Хлорофиллдефектные мутанты. Генетические основы пигментдефектности: цитоплазматические мутанты, ядерные мутанты, другие причины пигментдефектности. Получение хлорофиллдефектных мутантов с использованием
клеточных линий: экспланты, изолированные от растений с соматическими мутациями, культура пыльцы и микроспор, культура клеток и тканей.
Анализ мутаций хлорофиллдефектности с помощью слияния протопластов: комплементационный анализ, половая гибридизация. Применение хлорофиллдефектных мутантов в клеточной инженерии: получение соматических
гибридов, реконструкция цитоплазмонов при соматической гибридизации.
Устойчивость к лекарственным препаратам. Избирательное действие
антибиотиков и механизмы устойчивости к лекарственным препаратам. Основ-
29
ные приемы выделения мутантов, устойчивых к антибиотикам: селекция мутантов на уровне клеточных колоний, селекция на уровне вторичных побегов,
возникающих из пазушных почек культивируемых in vitro растений.
Клеточные линии и растения, устойчивые к антибиотикам. Устойчивость к
аминогликозидным антибиотикам - специфическим ингибиторам 70S рибосом.
Устойчивость к антибиотикам, блокирующим синтез на 80S рибосомах. Чужеродные гены устойчивости к антибиотикам как доминантные селективные маркеры.
Устойчивость к аминокислотам и их аналогам. Основные механизмы
устойчивости. Выделение и характеристики линий, устойчивых к аминокислотам: лизину, треонину, валину. Выделение и характеристики линий, устойчивых к аналогам аминокислот: аналогам риптофана, метионина, пролина, лизина, фенилаланина. Перспективы использования вариантов устойчивости к аминокислотам и их аналогам.
Устойчивость кантиметаболитам синтеза и утилизации нуклеиновых
кислот, а также к ингибиторам других метаболических путей. Биохимические основы действия антиметаболитов и механизмы устойчивости к ним. Выделение и и характеристика устойчивых вариантов: к аналогам пиримидиновых
и пуриновых оснований, ингибиторам фотодыхания и ингибиторам синтеза полиаминов.
Устойчивость к гербицидам. Механизмы действия гербицидов: гербициды, блокирующие фотосинтетические процессы, блокирующие биосинтез аминокислот.
Природа и механизмы устойчивости к отдельным гербицидам Выделение и
характеристика клеточных линий и растений-регенерантов, устойчивых к гербицидам: карбаматам, бипиридилиевым гербицидам, глифосфату и Lфосфинотрициану, пиклораму, амитролу, сульфонилмочевинам. Возможные
области использования гербицидов и мутантов.
30
Устойчивость к стрессовым факторам. Засоление: влияние соли на растения и механизмы устойчивости, выделение солевыносливых вариантов in vitro и их характеристика.
Основы устойчивости растений к ионному стрессу, выделение и характеристика мутантов, устойчивых к ионному стрессу.
Использование клеточных культур в селекции на засухоустойчивость, к
экстремальным температурам
и радиационному стрессу.
Устойчивость к болезням. Основные понятия и терминология. Использование патогенов в селекции на устойчивость к болезням. Селекция к патотоксинам, применение для селекции культуральных фильтратов.
Генетическая инженерия растений. Методология генетической инженерии высших растений: трансформация растений Ti-плазмидой Agrobacterium
tumefaciens, векторные системы на основе Ti-плазмид; физические методы переноса генов (бомбардировка микрочастицами); применение репортерных генов при трансформации клеток.
Эксперименты по экспрессии чужеродных генов в растениях: выделение,
разхличных промоторов и их использование, введение чужеродных генов в
хлоропластную ДНК. Подлучение трансгенных растений, не содержащах маркерных генов.
Применение генной инженерии растений: изменение пищевой ценности
растений (аминокислоты, липиды), изменение вкуса и внешнего вида плодов,
использование трансгенных растений как биореакторов (антитела, полимеры,
чужеродные белки, аккумулирующиеся в семенах), выведение растений, устойчивых к насекомым-вредителям, гербицидам, вирусам, к различным стрессам
(солевой, окислительный).
Литература
Вечернина Н.А.Методы биотехнологии в селекции, размножении и сохранении
генофонда растений.- Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2004. – 205 с.
31
Биотехнология растений: культура клеток /Под ред. Диксон Р.А. М.: ВО
"Агропромиздат", 1989. – 186 с.
Калинин Ф.Л., Сарнацкая В.В., Полищук В.Е Методы культуры тканей в
биотехнологии растений. – Киев: Наукова думка, 1980. – 280 с.
Кузнецова Н.Н., Винтер В.Г. Методы генной инженерии: учебное пособие.
М.:Биоинфорсервис, 1997. -160 с.
Мазин А.В., Кузнеделов К.Д., Краев А.С. Методы молекулярной генетики и
генной инженерии. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1990.
Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. М.: Мир, 1987. – 380 с.
Сельскохозяйственная
биотехнология:
Учеб.пособие
под
ред.
В.С.Шевелухи. М.: Высш. шк., 1998.- 416 с.
Сидоров В.А. Биотехнология растений. Клеточная селекция. Киев: Наукова думка, 1988. – 280 с.
Программа составлена д. б. н., проф. Н.А.Вечерниной
32
ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ АДАПТАЦИИ РАСТЕНИЙ
Понятие адаптации растений. Границы приспособления и устойчивости.
Основные группы стрессоров: абиотические, биотические и антропогенные.
Адаптация: стратегии (эволюционные, онтогенетические, срочные), типы (активный, пассивный). Специфическая и неспецифическая адаптация. Обратимые
и необратимые повреждения растений. Общие механизмы устойчивости и
структура адаптационного процесса. Тесты устойчивости растений в зависимости от вида действующего фактора.
Адаптация растений к высоким температурам. Эволюционные адаптации, механизмы термостабильности. Белки теплового шока (БТШ): классификация и функции. Механизмы, обеспечивающие синтез БТШ. Модификации
липидного бислоя мембран в условиях повышенных температур.
Адаптация растений к низким температурам. Энергетический обмен и
метаболизм реакций при низкой температурной адаптации. Ферментативная активность. Молекулярные механизмы адаптации растений к низкой и отрицательной температуре и их роль в растительном организме: накопление сахаров
и совместимых осмолитов; изменение состава липидов и увеличение текучести
мембран; глубокое переохлаждение и постепенная дегидратация; ограничение
роста внеклеточного льда и синтез биологических антифризов; синтез стрессорных белков холодового ответа. Пассивная и активная адаптация. Теория закаливания растений И.И. Туманова.
Адаптация растений к водному дефициту. Эволюционные адаптации
растений-ксерофитов к засухе. Физиологические механизмы адаптации растений-мезофитов к недостатку воды: торможение, дальнейшего увеличения листовой поверхности; уменьшение площади уже существующей листовой поверхности растения; закрытие устьиц; стимуляция роста корневой системы; аккумуляция низкомолекулярных соединений; повышение эффективности использования растением воды.
33
Биосинтез некоторых распространенных осмолитов (пролина, глицинбетаина, маннитола, пинитола, полиаминов спермидина и спермина). Молекулярные механизмы адаптации (LEA-белки; шапероны, протеазы, убиквитины,
аквапорины).
Адаптация растений к избыточному засолению. Повреждающее действие солей. Концепция токсического действия ионов. Адаптации к осмотическому эффекту солей. Механизмы аккумуляции ионов (Na+- насос тонопласта,
транспортные белки плазмалеммы). Механизмы экспорта ионов (Na+/H+антипортеры плазмалеммы и тонопласта; первичный Na+-насос, анионные каналы). Индикатор солеустойчивости растений. Интеграция механизмов устойчивости к водному дефициту и засолению. Физиологические и биохимические
различия между глико- и галофитами.
Адаптация растений к тяжелым металлам. Эволюционные адаптации
растений к тяжелым металлам (растения-аккумуляторы, индикаторы и исключатели). Влияние тяжелых металлов на физиологические процессы. Клеточные
и молекулярные механизмы устойчивости: клеточная стенка и корневые экссудаты, плазмалемма, БТШ, фитохелатины и другие хелаторы тяжелых металлов
(металлотеонеины, органические кислоты и аминокислоты), компартментация
тяжелых металлов в вакуолях. Биохимическая адаптация к почве. Токсичность
селена. Механизмы детоксикации гербицидов.
Адаптация растений к радиации. Типы и источники излучения: ионизирующее (источники – радиоактивные вещества) и электромагнитное (УФрадиация: В-лучи 320-280 нм, С-лучи 280-180 нм). Влияние ионизирующей и
УФ-радиации на физиологические и молекулярные процессы. Механизмы устойчивости растений к УФ-радиации: 2 стратегии – уход от действующего фактора (эволюционные адаптации; синтез антиоксидантов флавоноидов, каротиноидов, алкалоидов) и восстановление повреждений (световая, темновая и пострепликативная репарация).
Адаптация растений к загазованности. Токсичные соединения и пути их
поступления в растительный организм. Общие повреждения клеток (снижение
34
pH клеточного сока, активация фермента пероксидазы, нарушение азотноуглеводного обмена и др.).
Газоустойчивость и газочувствительность растений. Теория фотоокисления
Н.А. Красинского. Характер повреждений сернистым, серным газами, окислами
азота, озоном, пероксиацетилнитратом (ПАН). Основные формы газ-и дымоустойчивости растений (по Ю.З. Кулагину): анатомическая, физиологическая,
биохимическая, габитуальная, анабиотическая, феноритмическая, регенерационная, популяционная, фитоценотическая. Растения-биоиндикаторы загазованности среды.
Адаптация растений к условиям гипо- и аноксии. Активирование анаэробного метаболизма в условиях дефицита кислорода. Основные пути превращения ПВК – образование молочной кислоты и этилена.
Адаптация растений к окислительному стрессу. Повреждения биомолекул активными формами кислорода (АФК): окислительные модификации липидов, нуклеиновых кислот. Детоксикация продуктов окислительной модификации биомолекул. Озон: повреждающее действие и механизмы устойчивости.
Литература
Генкель П.А. Физиология жаро- и засухоустойчивости растений. – М.:
Наука, 1982. – с.
Катаболизм и стресс у растений: 52-е Тимирязевское чтение / И.А. Тарчевский. – М.: Наука, 1993. – 80 с.
Петровская Баранова Т.П. Физиология адаптации и интродукция растений.
- М.: Наука, 1983. -152 с.
Практикум по физиологии растений /Н.Н. Третьяков, Т.В. Карнаухова,
Л.А. Паничкин и др. – М.: Агропромиздат, 1990. – 271 с.
Туманов И.И. Физиология закаливания и морозостойкости растений. – М.:
Наука, 1979. – 352 с.
Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений /Под ред. Н.Н.
Третьякова. - М.: Колос, 2000. - 640 с.
35
Физиология растений: учеб. для вузов / (Н.Д. Алехина, Ю.В. Балнокин,
В.Ф. Гавриленко и др.); под. ред. И.П. Ермакова. – М.: Академия, 2005.- 640 с.
Харборн Дж. Введение в экологическую биохимию: Пер. с англ. - М.: Мир,
1985. - 312 с.
Хочачка П. Стратегия биохимической адаптации. – М.: Мир, 1977. – 287 с.
Программа составлена д.б.н., профессором Н.А. Вечерниной и
к.с/х н., старшим преподавателем И.Д. Бородулиной
36
БОЛЬШОЙ ПРАКТИКУМ
Физико-химические свойства белков
Обнаружение аминокислот в биологических жидкостях. Реакции аминокислот в водных растворах. Ксантопротеиновая реакция. Нингидриновая реакция. Разделение аминокислот. Качественное определение аминокислот. Определение аминокислотного состава белков. Метод выделения белков из растворов диализ. Метод выделения белков из растворов гельфильтрация. Хроматография. Определение изоэлектрической точки белка по набуханию. Определение изоэлектрической точки белка по вязкости. Определение изоэлектрической
точки белка по мутности. Защитное действие высокомолекулярных соединений.
Обмен белков и аминокислот
Трансаминирование альфа-аминокислот. Обмен глицина. Виды специфичности белков. Распад белков. Определение общего белка в сыворотке крови
по Лоури. Определение общего белка в сыворотке крови по биуретовой реакции. Определение мочевины. Определение альбумина сыворотки крови.
Ферменты
Зависимость скорости реакции от температуры. Влияние величины поверхности раздела реагирующих веществ на скорость реакции. Влияние температуры на смещение химического равновесия. Определение активности альфаамилазы в плазме крови по Кингу. Изменение активности альфа-амилазы в зависимости от температуры и времени. Влияние температуры на скорость реакции. Специфичность действия амилазы слюны. Кислотный гидролиз крахмала.
Определение активности альфа-амилазы по Покровскому и Щербаковой в сыворотке крови. Влияние активаторов и ингибиторов на активность амилазы.
Обмен углеводов
Доказательство восстанавливающей способности у глюкозы и отсутствие
ее у фруктозы. Открытие фруктозы. Доказательство восстанавливающей способности сахарозы. Доказательство восстанавливающей способности лактозы.
Кислотный гидролиз крахмала. Выделение гликогена из печени. Определение
37
глюкозы в крови бензакоиновым методом. Определение глюкозы в крови ортотолуидиновым методом. Исследование функции поджелудочной железы методом сахарной нагрузки.
Обмен липидов
Омыление жиров. Обнаружение желчных кислот в моче. Биосинтез триацилглицеринов. Распад триацилглицеринов. Экстракция липидов сыворотки
крови. Разделение фосфолипидов печени методом тонкослойной хроматографии Определение непредельности высших жирных кислот. Определение общего холестерина сыворотки крови по Илька. Определение общих липидов сыворотки крови, биосинтез и распад фосфолипидов. Разделение липопротеинов
сыворотки крови. Исследование состава фосфолипидов методом хроматографии. Определение кетоновых тел в моче. Определение активности каталазы сыворотки крови.
Биохимия крови
Определение кальция в сыворотке крови. Определение железа в сыворотки крови. Выделение фибриногена из плазмы крови.
Литература
Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М: Медицина, 1982.542 с.
Землянухин А. А. Малый практикум по биохимии.-Воронеж:ВГУ,
1985. – 58 с.
Биохимия. Практикум (Кучеренко И.Е. и др.).- Киев: Выща школа,
1988.- 258 с.
Бохински Р. Современные воззрения в биохимии. - М.: Мир, 1987. - 425с.
Марфи Р., Греннер Д. и др. Биохимия человека. В 2-х томах, М., Мир,1993.
Страйер Л. Биохимия. - М.: Мир, 1985. - Т. 1-3. – 588 с.
Программа составлена д.м.н., профессором В.П.Васильевым и к. с/х н,
старшим преподавателем И.Д.Бородулиной