Биохимия и молекулярная биология - Абитуриент

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
В.В. Рябчиков
ПРОГРАММА
вступительного испытания в магистратуру
на направление 05.04.01«Биология»
магистерская программа:
«Биохимия и молекулярная биология»
Иркутск 2015
1. Общая часть
Программа предназначена для подготовки к вступительному экзамену для
поступающих
в
магистратуру
биолого-почвенного
факультета
Иркутского
государственного университета по направлению 05.04.01 «Биология» профиль «Биохимия
и
молекулярная
биология».
В
основу
программы
положены
знания
общепрофессиональных дисциплин (ОПД) Государственного образовательного стандарта
высшего профессионального образования по направлению 05.04.01 «Биология», а также
ключевые и практически значимые вопросы по дисциплинам специальной подготовки
бакалавра
по
профилю
«Биохимия».
Цели и задачи вступительного экзамена:
Цель – определить уровень подготовки и возможность поступающего освоить
данную
магистерскую
программу.
Задачи:
- проверить уровень знаний претендента;
- определить склонности к научно-исследовательской деятельности;
- определить область научных интересов.
Для проведения вступительного экзамена формируется экзаменационная комиссия,
утверждаемая приказом ректора. Состав комиссии формируется из профессорскопреподавательского состава кафедр факультета, соответствующих профилям
магистратуры.
2. Структура теста
Вступительные испытания проводятся в виде письменного междисциплинарного
тестирования по биологии. Тестовые задания рассматриваются и утверждаются на
заседании учебно-методической комиссии факультета. Тест включает 50 вопросов, на
которые необходимо выбрать правильный ответ.
3. Шкала оценивания, описание принципа оценивания (сколько баллов за
вопрос или блок вопросов)
Результаты письменного междисциплинарного тестирования оцениваются по 100 балльной шкале. За каждый вопрос выставляется 2 балла. Минимальное количество
баллов, которое необходимо набрать абитуриенту – 60 баллов. При одинаковом
количестве набранных баллов у абитуриентов комиссия может задать дополнительные
вопросы по уточнению. Окончательное решение по оценке вступительного испытания и
соответствия уровня подготовки поступающего принимается на заседании членов
приемной комиссии, результаты которого заносятся в протокол. Результаты
вступительного испытания объявляются на следующий день после его проведения.
4. Продолжительность тестирования
Продолжительность тестирования составляет 1час 40 минут.
5. Вопросы для подготовки к вступительному экзамену
1. Жизнь как особая форма материи. Основные проявления жизни: обмен веществ и
энергией, самовоспроизведение, раздражимость, движение, развитие.
2. Клеточная теория. Клетка как элементарная биологическая система. Особенности и
различия клеток прокариот и эукариот. Основные различия в строении животной и
растительной клетки.
3. Химический состав клетки. Характеристика основных групп неорганических компонентов
клетки, их функции.
4. Строение, свойства и функции воды. Осмотические свойства клетки, водный потенциал.
Механизм поглощения воды.
5. Характеристика основных групп органических компонентов клетки. Белки, их функции.
6. Продукты гидролиза белков - аминокислоты и пептиды. Распространение, структура и
свойства аминокислот. Пептидная связь, ее свойства и роль в структуре белка.
7. Классификация белков. Простые и сложные, глобулярные и фибриллярные белки.
Простетические группы и их роль в хромопротеидах. Гемоглобин и миоглобин.
Цитохромы. Хлорофилл. Фосфо -, глико - и липопротеиды.
8. Ферменты. Химическая природа и общие свойства ферментов. Общие представления об
активных центрах и механизме ферментативного катализа.
9. Классификация ферментов. Факторы, влияющие на активность ферментов (концентрация
субстрата, температура, рН, ингибиторы и активаторы).
10. Углеводы: моно, ди - и полисахариды и их строение и функции.
11. Липиды: классификация, строение и функции, простых и сложных липидов.
Молекулярная организация биологических мембран. Механизмы трансмембранного
переноса веществ.
12. Нуклеиновые кислоты. Пуриновые и пиримидиновые основания. Строение и функции
АТФ. Энергетическое использование органических веществ.
13. Структура ДНК и ее биологическая роль. Репликация ДНК. Способы репарации ДНК
(световая, эксцизионная, пострепликативная,
SOS – репарация). Биологическое и
медицинское значение репарации ДНК.
14. Структура м-РНК, р-РНК, т-РНК, их функции. Синтез и процессинг м-РНК. Сплайсинг.
Ядрышко и формирование рибосом.
15. Рибосомы. Биосинтез белка. Посттрансляционная модификация полипептидной цепи.
Фолдинг белковых молекул.
16. Строение и функционирование митохондрий. Строение и функционирование хлоропласта.
Фотосинтез, значение фотосинтеза
17. Общая характеристика генетического аппарата про - и эукариотных клеток. Строение и
функции клеточного ядра. Структурные компоненты и химический состав хромосом.
Хромосомная теория наследственности.
18. Неклеточные формы жизни - вирусы. Классификация вирусов. Строение и размножение
вирусов. Особенности генетического аппарата вирусов. ДНК-содержащие и РНКсодержащие вирусы. Обратная транскрипция.
19. Генетический код и его свойства. Доказательства триплетности кода. Молекулярная
организация гена прокариот и эукариот. Особенности регуляции активности генов у
прокариот и у эукариот.
20. Общая характеристика цитоскелета. Промежуточные филаменты. Микрофиламенты.
Микротрубочки: цитоплазматические, центриоли, реснички и жгутики.
21. Репродукция клеток. Клеточный цикл. Интерфаза. Регуляция клеточного цикла
22. Основные события митоза и цитокинеза. Организация митотических хромосом, кариотип
вида. Механизмы регуляции митотического цикла.
23. Половые клетки и их происхождение. Мейоз. Биологическое значение мейоза.
24. Организм как единое целое. Основные представления о регуляции физиологических
функций, взаимосвязь между нервной и гуморальной регуляцией. Понятие о гомеостазе.
25. Ранние этапы онтогенеза: гаметогенез, оплодотворение, полярность яйцеклетки,
ооплазматическая сегрегация, позиционная информация, детерминация, дифференциация,
эмбриональная индукция.
26. Основные закономерности наследования признаков у живых организмов и механизмы
реализации наследственной информации (генотипа) во внешние признаки (фенотип).
Независимое сцепленное наследование. Кроссинговер и рекомбинация. Наследование
признаков сцепленных с полом.
27. Мутации. Причины возникновения мутаций. Прямые и обратные генеративные и
соматические, адаптивные и нейтральные, ядерные и неядерные, спонтанные и
индуцированные мутации. Роль мутаций в происхождении наследственных болезней.
Антимутационные барьеры.
28. Основные принципы генетической изменчивости. Генетическая изменчивость в
природных популяциях и полиморфизм, случайный генетический дрейф, генный поток
(миграции), отбор.
29. Естественный отбор – движущий фактор эволюции, формы отбора: движущий,
стабилизирующий, дизруптивный. Абсолютная и относительная приспособленность.
30. Видообразование – результат микроэволюционного процесса. Способы видообразования:
аллопатрическое и симпатрическое. Главные направления эволюции филогенетических
групп – арогенез и аллогенез.
31. История развития биохимии и молекулярной биологии. Разделы современной биохимии.
Место биохимии в системе естественных наук. Основные отличия живой материи от
неживой. Уровни структурной организации биологических макромолекул.
32. Пространственная структура белков. Первичная структура. Методы изучения первичной
структуры: определение С-концевых и N-концевых аминокислот, ферментативные и
химические методы специфического расщепления полипептидной цепи. Вторичная
структура: α-спираль, β-структура, β-поворот. Виды комбинаций различных элементов
вторичной структуры для образования белковых мотивов - основы классификации
белковых структур.
33. Пространственная структура белков. Третичная структура, связи, участвующие в её
стабилизации. Домены и их основные характеристики. Четвертичная структура белков.
Взаимодействия между субъединицами, стабилизирующие четвертичную структуру
белков. Функциональное значение четвертичной структуры. Кооперативные эффекты.
Молекулярные механизмы конформационной подвижности белков.
34. Механизмы формирования пространственной структуры белков. Работы К.Анфинсена по
рефолдингу рибонуклеазы и его постулаты. Самоорганизация белков и «парадокс
Левинталя». Термодинамический и кинетический контроль фолдинга, “фолдинговая
воронка“. Модели фолдинга. Модель промежуточных состояний, стадии фолдинга,
понятия ”гидрофобного коллапсирования” и ”расплавленной глобулы”. Ферменты,
ускоряющие процесс сворачивания - фолдазы: пептидил-пролил-цис/транс-изомераза и
протеиндисульфидизомераза.
35. Участие шаперонов в формировании нативной конформации белков. Шапероны Hsp70 и
их биологические функции. Шаперонины и их роль в фолдинге. Нарушения фолдинга
белков.
36. Транспорт белков в органеллы клетки. Сортировка белков в клетке: определение места их
назначения. Синтез на мембраносвязанных и свободных рибосомах. Сигнальные
последовательности. Механизмы транспорта белков через мембраны: ко-трансляционный
и пост-трансляционный механизмы. Общие принципы импорта белков в органеллы.
37. Процессы в гранулярной ЭПС. Модификация белков в ЭПС. Этапы гликозилирования.
Процессы в комплексе Гольджи. Сортировка белков: белки ЭПС; ферменты лизосом;
мембранные белки. Заболевания, связанные с нарушением сигналов внутриклеточного
транспорта.
38. Сортировка и транспорт белков митохондрий и ядер. Физико-химические особенности
предшественников митохондриальных и хлоропластных белков. Роль транспортеров и
шаперонов в транслокации белков через мембрану. Образование коротких пептидов.
39. Строение и функции ДНК. Уровни организации. Полиморфные формы ДНК. Организация
геномов у про- и эукариот. Избыточность ДНК и у эукариот.
40. Особенности строения РНК. Роль РНК как носителя наследственной информации.
Концепция «мир РНК».
41. Структурная организация генов прокариот. Мозаичная структура эукариотического гена.
Регуляторные элементы. Геномы клеточных органелл. Особенности организации
хлоропластных и митохондриальных генов.
42. Основные методы изучения структуры и функций генов. Полимеразная цепная реакция
(ПЦР). Компоненты реакции. Схема. Недостатки метода. Виды ПЦР: протяженная,
мультиплексная, ОТ-ПЦР, ПЦР в режиме реального времени, ПЦР-ПДРФ. Применение.
43. Появление и развитие методов секвенирования нуклеиновых кислот. Секвенирование
ДНК с помощью метода А. Максама – У. Гилберта. Схема. Дидезоксинуклеотидный метод
Ф. Сэнгера. Принцип метода. Определение нуклеотидной последовательности РНК.
44. Биоинформатика. Геномика и метаболономика. Базы данных. Секвенирование геномов
организмов. Геном человека. История проекта, реализация программы. Решаемые задачи.
Перспективы. Школы биоинформатики в России. Метагеномика.
45. Репликация ДНК. Ферменты и белковые факторы репликации: ДНК-полимеразы, лигаза,
гираза, хеликаза, ДНК-связывающий белок, праймаза. Ведущая и отстающая цепи.
Праймер. Фрагменты Оказаки. Этапы репликации.
46. Проблема недорепликации концевых районов хромосом. Структура и функции теломер.
Теломераза – РНК-содержащая обратная транскриптаза. Удлинение теломер с помощью
теломеразы. Альтернативные механизмы. Длина теломерной ДНК и активность
теломеразы в клетках человека. Теломерная теория старения. Роль теломеразы в
онкогенезе. Топологические перестройки в ДНК. Использование ингибиторов
топоизомераз для лечения онкозаболеваний.
47. Метилирование ДНК про- и эукариот. Система рестрикции – модификации у бактерий.
Открытие. Системы рестрикции-модификации I, II и III типов. Метилазы и рестриктазы.
Сайт узнавания. Эндонуклеаза EcoRI. «Липкие концы». Применение эндонуклеаз типа II.
Функции R-M-системы. Метилирование ДНК эукариот. Роль метилирования в репарации
ДНК.
48. Транскрипция. Этапы транскрипции. Регуляция транскрипции в промоторах и
терминаторах у прокариот. lac-оперон – пример негативной регуляции. Уровни контроля
генной экспрессии у эукариот. Регуляция транскрипции у эукариот. Цикл транскрипции.
РНК-полимеразы. Цис-регуляторные элементы: промоторы, энхансеры, сайленсеры.
Транскрипционные факторы. Роль структуры хроматина в транскрипции. Метилирование
и контроль транскрипции. Альтернативный сплайсинг.
49. Трансляция. Активация аминокислот, образование аминоацил-тРНК, роль аминоацилтРНК синтетаз. Инициация белкового синтеза, сборка транслирующей рибосомы, роль
формилметионил-тРНК и белковых факторов инициации. Элонгация белкового синтеза,
белковые факторы элонгации, транспептидирование и транслокация. Терминация
белкового синтеза, терминирующие кодоны, рилизинг-факторы. Посттрансляционные
превращения белков.
50. Роль катаболизма в обновлении белков в клетке. Время жизни белка в клетке.
Селективность деградации белков. Стадии деградации белков. Протеолитические
ферменты. Активация протеаз. Лизосомы. Механизм действия и функции убиквитина.
Ферменты, участвующие в убиквитировании белка. Биологический смысл
убиквитирования. Структура протеосомы. Роль убиквитин-протеосомной системы в
протеолизе белков.
51. Ферменты. Активный центр ферментов. Природа активных центров ферментов и их
формирование. Каталитический и адсорбционный участки. Аллостерический центр и его
роль в регуляторных процессах.
52. Изоферменты,
зимогены
и
мультиферменты.
Структура
изоферментов.
Лактатдегидроденаза как классический пример изозимов, распределение её изоформ в
различных органах и тканях. Изоферменты в онтогенезе. Использование изоферментов в
клинической диагностике. Зимогены - неактивные предшественники ферментов,
активируемые ограниченным протеолизом. Активация трипсиногена и химотрипсинигена.
Особенности организации, функционирования и регуляции мультиферментных систем.
53. Коферменты и простетические группы. Коферменты – переносчики атомов водорода и
электронов, НАД+, ФМН и ФАД, убихинон, липоевая кислота. Коферменты –
переносчики химических групп: нуклеотидфосфаты. Кофермент ацетилирования
(ацелирования), кофермент А (КоА), тетрогидрофолиевая кислота, пиридоксалиевые
коферменты.
54. Коферменты и простетические группы.
Коферменты синтеза, изомеризации и
расщепления углерод-углеродных связей: тиаминпирофосфат, биотин, цианкобаламин.
Роль металлов. Ферменты, для действия которых, необходимы железо, медь, цинк,
марганец, селен.
55. Взаимодействие фермента с субстратом. Основное и переходное состояния. Энергия
активации. Фермент-субстратный комплекс. Взаимодействие фермента и субстрата:
эффект сближения и ориентации. Эффект напряженной конфигурации. Эффект
деформации фермента. Теории индуцированного конформационного соответствия и
теория преимущественного связывания переходных состояний.
56. Специфичность действия ферментов. Субстратная специфичность - важное свойство
ферментов как катализаторов белковой природы.
Абсолютная субстратная
специфичность, групповая субстратная специфичность, стереоспецифичность.
57. Ингибиторы и активаторы ферментов Обратное и необратимое ингибирование.
Конкурентные ингибиторы, Ингибирование сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой.
Фосфорорганические вещества как ингибиторы ацетилхолинэстеразы. Ингибиторы
ферментов как лекарственные препараты. Активаторы ферментов, действие катионов и
анионов. Влияние на активность ферментов температуры, рН среды.
58. Аллостерическая регуляция активности ферментов. Механизмы аллостерических
эффектов. Регуляторные домены. Основные черты моделей, описывающих кооперативное
действие ферментов. Примеры, иллюстрирующие механизмы аллостерической регуляции.
59. Регуляция ферментативной активности. Регуляция белок-белковыми взаимодействиями:
регуляции активности ферментов ассоциацией/диссоциацией протомеров, Активация
ферментов в результате присоединения регуляторных белков. Регуляция ковалентным
связыванием.
60. Регуляция ферментативной активности. Регуляция ограниченным протеолизом, активация
проферментов, механизм активации панкреатических протеолитических ферментов,
механизм активации панкреатических протеолитических ферментов. Прямое влияние на
активный центр – действие конкурентных ингибиторов.
61. Гормональный контроль активности ферментов. Роль вторичных посредников в
активации протеинкиназ. Регуляция биосинтеза ферментов.
62. Общие представления об обмене веществ. Ассимиляция и диссимиляция. Гетеротрофные,
автотрофные организмы.
Закономерности обмена энергии. Роль макроэргических
соединений в трансформации энергии.
63. Углеводы, их биологическая роль, классификация и номенклатура. Распад полисахаридов.
Гидролиз и фосфоролиз крахмала и гликогена. Переваривание и всасывание углеводов в
желудочно-кишечном тракте. Распад и синтез гликогена в тканях. Гормональная
регуляция этого процесса.
64. Анаэробный распад углеводов. Гликолиз. Фосфорилирование на уровне субстрата.
Энергетический эффект, регуляция, биологическая роль. Брожение, биологическая роль.
Глюконеогенез, реципрокная регуляция глюконеогенеза и гликолиза.
65. Аэробный метаболизм пирувата. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной
кислоты. Пируватдегидрогеназный мультиферментный комплекс. Цикл ди- и
трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Биологическая роль цикла Кребса, его роль в
катаболизме и анаболизме белков и липидов. Пентозофосфатный путь обмена углеводов,
его биологическая роль и энергетический эффект.
66. Окислительное фосфорилирование. Дыхательная цепь. Структура компонентов
дыхательной цепи и последовательность расположения переносчиков электронов.
Кислород, как терминальный акцептор электронов. Сопряжение работы дыхательной цепи
с процессом синтеза АТФ, хемиоосмотическая теория Митчела.
67. Трансформация энергии на сопрягающих мембранах. Электрохимический потенциал движущая сила фосфорилирования и мембранного транспорта. Структура и функции
протонной АТФазы. Энергетический эффект дыхания.
68. Переваривание и всасывание липидов в желудочно-кишечном тракте. Роль печени в этом
процессе. Распад липидов в тканях. Окисление жирных кислот, энергетический эффект.
Биосинтез нейтральных жиров и фосфолипидов. Мультиферментный комплекс синтетазы
жирных кислот.
69. Ферментативный гидролиз белков. Протеолитические ферменты, их специфичность.
Активация
зимогенов.
Метаболизм
аминокислот.
Дезаминирование
и
декарбоксилирование аминокислот. Трансаминирование, роль пиридоксальфосфата.
Амиды и их физиологическое значение. Транспорт аммиака. Биосинтез мочевины.
Биогенные амины. Основные пути новообразования аминокислот.
70. Обмен веществ как единая система процессов. Взаимосвязь обмена белков, жиров и
углеводов. Общие промежуточные продукты обмена веществ.
71. Гормоны, химическая природа, свойства, механизмы действия и биологическая роль
важнейших представителей в регуляции обмена веществ. Рецепторы гормонов.
Химическая природа и физиологическая роль важнейших гормонов. Их роль в регуляции
обмена веществ. Функции циклических нуклеотидов. Регуляция синтеза гормонов,
нейромедиаторов, факторов роста.
72. Витамины. Классификация, номенклатура, функции. Гиповитаминоз, авитаминоз,
гипервитаминоз. Структура и функции жирорастворимых витаминов. Структура и
функции водорастворимых витаминов: В1 В2, В3, В5, В6, В12, В15, Вс, С, Р, Н.
6. Образец тестового задания
1. Серосодержащая аминокислота – это:
а) лизин
б) серин
в) метионин
г) валин
2. К классу оксидоредуктаз не относится фермент:
а) пероксидаза
б) холинэстераза
в) аскорбатоксидаза
г) лактатдегидрогеназа
3. Компонентом мононуклеотидов не является:
а) углевод
б) гетероциклическое азотистое основание
в) амин
г) фосфорная кислота
4. При полном окислении одной молекулы пирувата до СО2 и Н2О может
максимально образоваться:
а) 24 молекулы АТФ
б) 12 молекул АТФ
в) 38 молекул АТФ
г) 15 молекул АТФ
5. Активированные аминокислоты присоединяются
а) к псевдоуридиновой петле тРНК
б) к антикодону тРНК
в) к 3’-ОН-группе рибозы концевого аденозина триплета АЦЦ тРНК
г) к фосфату на 5’-конце тРНК
7. Ключ к образцу
Номер
1
2
3
4
5
Вариант ответа
в
б
в
г
в
8. Литература
1. Биохимия человека: [учебник]: в 2 т. / Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл.
– М.: Мир, 2004.
2. Верещагина В. А. Основы общей цитологии / В. А. Верещагина. – М. : ИЦ
«Академкнига», 2007.
3. Галковская Г. А. Популяционная экология / Г. А. Галковская. – М. : Из-во
Гревцова, 2009.
4. Генетика / Б. Гуттман [и др.] – М. : ФАИР- ПРЕСС, 2004.
5. Грин Н. Биология: в 3 т. / Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор. – М. : Мир, 2003.
6. Жимулев И. Ф. Общая и молекулярная генетика / И. Ф. Жимулев. – Новосибирск.:
Изд-во Нов. Сиб. Универ., 2006.
7. Комов В. П. Биохимия: учебник для вузов / В. П. Комов, В. И. Шведова. – М.:
Дрофа, 2008. – 640 с.
8. Коничев А. С. Молекулярная биология / А. С. Коничев, Г. А. Севастьянова. – М.:
Академия, 2005.
9. Нельсон Д, Кокс М. Основы биохимии Ленинджера: в 3 т. Т.1 / Д. Нельсон, М.
Кокс. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011.
10. Нельсон Д, Кокс М. Основы биохимии Ленинджера: в 3 т. Т.2 / Д. Нельсон, М.
Кокс. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
11. Северцов А. С. Теория эволюции / А. С. Северцов. – М. : Владос, 2005.
Программа вступительного испытания разработана: канд. биол. наук, доцентом
кафедры физиологии растений, клеточной биологии и генетики Донской Людмилой
Ивановной, доцентом кафедры физиологии растений, клеточной биологии и генетики
Музалевской Ольгой Васильевной, канд. биол. наук, доцентом кафедры физиологии
растений, клеточной биологии и генетики Третьяковой Анастасией Валерьевной.