МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Биологический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-методической работе
_________________ Е.Г. Елина
"____" ______________ 2012 г.
Рабочая программа дисциплины
Методы исследования биологических макромолекул
Специальность
020501 Биоинженерия и биоинформатика
Квалификация выпускника
Специалист
Форма обучения
очная
Саратов
2012
1. Цели освоения дисциплины
Цель курса – познакомить обучающихся с современными подходами и методами
физико-химического анализа биологического материала в целях изучения процессов,
происходящих в ходе жизнедеятельности, на молекулярном уровне; познакомить
студентов с последними достижениями и принципами установления структурнофункциональных особенностей биомолекул.
2. Место дисциплины в структуре ООП специалитета
Цикл С.3., вариативная часть, дисциплина изучается в 7 семестре.
Дисциплина «Методы исследования биологических макромолекул» опирается на
основные знания и представления по неорганической, органической, аналитической
химии, физики, биохимии и молекулярной биологии, использует методы прикладной
математики. Предмет является междисциплинарным и изучается после указанных курсов,
что логично развивает приобретённые ранее знания и умения. Подготовка по дисциплине
даёт возможность на основе полученных знаний разрабатывать стратегию исследования
сложных смесей биомакромолекул, установления их взаимодействия и взаимного
влияния. Дисциплина применяет экспериментальные и расчетные данные физикохимической биологии.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины формируются следующие компетенции ПК-12,
ПК-14, ПК-17, ПК-18, ПК-19, ПК-20, ПК-21.
- способностью к проведению лабораторных работ и знает требования техники
безопасности и приемов оказания первой помощи при несчастных случаях (ПК-12);
- способность применять методы биоинженерии и биоинформатики для получения
новых знаний и для получения биологических объектов с целенаправленно измененными
свойствами, применять современные методы исследований; определять актуальность
целей и задач и практическую значимость исследования; проводить анализ результатов и
методического опыта исследования применительно к общей фундаментальной проблеме в
избранной области (ПК-17);
- способность ориентироваться в основных проблемах и задачах биологии, физикохимической биологии, биоинженерии и биоинформатики и использовать эти знания в
экспериментальной и теоретической деятельности (ПК-18);
- - способностью получать и грамотно использовать информацию, накопленную в
базах данных по структуре геномов, белков и другой биологической информации (ПК-19);
- способность проводить наблюдения, описания, идентификации, классификации,
культивирования биологических объектов, выделять и исследовать субмикроскопические
структуры, использовать методические приемы для целенаправленного изменения
природных генов и геномов (ПК-20);
- способность владеть приемами экспериментальной работы с клетками и
культурами клеток, физико-химическими методами исследования макромолекул,
методами исследования и анализа живых систем, математическими методами обработки
результатов биологических исследований, опытом лабораторных работ, основами
биоинженерии, необходимыми для создания биоинженерных объектов (ПК-21);
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
знать:
- основные методы пробоподготовки биологического материала;
- принципы методов анализа химических и физико-химических свойств биомолекул;
- современные представления об основных принципах выбора того или иного метода
анализа, в зависимости от предполагаемой структуры;
2
уметь:
- использовать знания об общих особенностях использования физико- химических
методов исследования для установления структурно-функциональных особенностей
биомолекул;
владеть:
- навыками использования методов биохимического анализа, для мониторинга и оценки
эффективности технологий получения биомакромолекул для фундаментальных целей и
прикладных.
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы 144 часа.
4.1 Структура дисциплины
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9
10
5
2
7
1
2-3
4
Колориметрические методы,
принципы и разнообразие сфер
применения.
Электрофорез, принципы метода,
возможности, использование в
практике.
Изоэлектрофокусирование, 2Dэлектрофорез и капиллярный
электрофорез – современные
методы молекулярных анализов.
Спектроскопия ЯМР высокого
разрешения.
Рентгеноструктурный анализ,
принципы метода, примеры
использования.
7
7
7
7
7
7
7
7
2-3
4
4
5
6
6
7
8
9
9
10
11
11
12
13
13
14
15
15
16
16
17
6
Самостоятельная
работа
4
1
Семинарские
3
7
Практиче ские
2
Роль физико-химических методов
исследования в решении задач
биологии
Способы консервации биологического материала при дезинтеграции
биологических тканей
Методы разделения и концентрирования, области применения.
Классификация методов фракционирования по физико-химическим
свойствам и селективности.
Спектрофотометрические
исследования биопрепаратов. ИКи УФ- спектры биомолекул.
Раздел дисциплины
Лекции
Неделя семестра
1
1.
Семестр
№
п/п
Виды учебной работы,
включая самостоятельную
работу студен-тов и
трудоемкость (в часах)
Формы текущего
контроля
успеваемости (по
неделям семестра)
Формы промежуточной аттестации
(по семестрам)
7
8
2
9
отчет
2
2
опрос
4
2
опрос
2
2
2
отчет
2
опрос
2
отчет
2
опрос
2
отчет
2
опрос
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
4
2
2
4
4
2
2
4
4
2
4
2
4
3
1
11
2
Микроскопические методы
исследования: виды микроскопии.
Электронная микроскопия.
Промежуточная аттестация
ИТОГО:
3
7
4
17
18
5
2
2
6
7
8
9
34
36
54
Экзамен
144
4
7
36
20
4.2. Содержание дисциплины
1. Роль физико-химических методов исследования в решении задач экологии
История формирования "физико-химической биологии" - качественно нового
уровня развития естествознания. Вклад биологов, химиков и физиков в развитие этого
направления биологии. К. Бернар (1813- 1878), Г. Гельмгольц (1821- 1894), Л. Пастер
(1822- 1895), И.М. Сеченов (1829- 1905), И.П. Павлов (1849-1936), С.Н. Виноградский
(1856- 1953), К.А. Тимирязев (1843- 1920), И.И. Мечников (1845- 1916) и др. Химические
основы лабораторных технологий. Классификация физико-химических методов анализа.
2. Способы консервации биологического материала при дезинтеграции
биологических тканей.
Значение методов разделения и концентрирования, области применения.
Подготовка пробы к проведению анализа – неотъемлемый элемент лабораторных
методик. Дезинтеграция биологического материала, способы дезинтеграции в
зависимости от свойств. Защита биомакромолекул от разрушения эндоферментами.
3. Методы разделения и концентрирования, области применения.
Классификация
методов
концентрирования
и
разделения.
Сочетание
концентрирования с методами определения гомогенности: комбинированные и гибридные
методы. Основные понятия и термины. Условия экстракции веществ. Количественные
характеристики экстракции, классификация экстракционных систем, способы
осуществления экстракции. Криоконсервация, концентрирование с помощью
ротационного упаривания и лиофилизации.
4. Классификация методов фракционирования по физико-химическим свойствам.
Сочетание концентрирования с методами фракционирования и анализа. Ультрафильтрация. Полупроницаемые мембраны, предел исключения мембран. Диализ, электродиализ. Центрифугирование, виды центрифугирования: аналитическое, препаративное,
зонально-скоростное, изопикническое, равновесное, ультрацентрифугирование.
5. Спектрофотометрические исследования биопрепаратов. ИК- и УФ- спектры
биомолекул.
Закон Ламберта-Бера. Оптическая плотность, пропускание, поглощение.
Количественный анализ веществ. Проверка соблюдения закона и особенности
приложения к биологическим объектам. Свойства аддитивности оптической плотности.
Анализ смеси веществ по спектрам поглощения. Основные хромофоры биологически
важных соединений, влияние растворителя на спектры поглощения. Методы
абсорбционной спектроскопии биологических систем. Спектры поглощения белков и
нуклеиновых
кислот.
Спектры
люминесценции
биологических
объектов.
Спектрофлуориметрическое исследование ароматических аминокислот и белков с
использованием спектральной и компьютерной техники. Инфракрасная спектроскопия
биополимеров.
6.Колориметрические методы, принципы и разнообразие сфер применения
Характеристики спектральных приборов, используемых в спектроскопии.
Количественный анализ загрязнений в экологических системах. Качественные и
количественные анализы с использованием колориметрии, предел чувствительности
метода и применимость к анализу веществ разных классов.
4
7. Электрофорез, принципы метода, возможности, использование в практике
Принцип электрофоретического разделения заряженных молекул, виды
электрофореза. Пробоподготовка образцов к электрофорезу. Носители для выполнения
электрофореза, виды детергентов и механизм их действия. Электрофорез биополимеров,
особенности проведения и способы визуализации результатов.
8. Изоэлектрофокусирование, 2D-электрофорез и капиллярный электрофорез
– современные методы молекулярных анализов
Принципы
метода,
основные
преимущества,
возможности
изоэлектрофокусирования в сравнении с электрофорезом. Изоэлектрофокусирование в
протеомных исследованиях. Особенности проведения и техника 2D-электрофореза,
преимущества и сложности реализации метода. Капиллярный электрофорез, применения в
системах секвенирования, схема прибора, производительность. Преимущества метода и
сложности.
9. Спектроскопия ЯМР высокого разрешения
Принцип метода спектроскопии ЯМР, методы детекции молекулярных сдвигов,
схема прибора, виды ЯМР спектров. Возможности ЯМР спектроскопии при проведении
структурных исследований, изучении пространственной конфигурации молекул.
10. Рентгеноструктурный анализ, принципы метода, примеры использования.
Кристаллы и кристаллические решетки. Природа рентгеновского излучения.
Дифракция рентгеновского излучения на кристаллической решетке. Закон Вульфа-Брэгга,
преобразование Фурье, фазовая проблема. Этапы рентгеноструктурного исследования.
Кристаллизация биологических соединений: принципиальные основы методов получения
кристаллов. Определение качества и структурных характеристик кристаллов. Получение
рентгеновских лучей, способы регистрации излучения. Расчет фаз и карт электронной
плотности. Анализ карт электронной плотности и кристаллографическое уточнение
структуры молекулы.
11. Микроскопические методы исследования: виды микроскопии.
Световой микроскоп: инвертированный микроскоп; методы наблюдения в
проходящем и отраженном свете, фазового контраста, темного поля; области применения.
Флуоресцентные микроскопы: устройство и принципиальные особенности эпифлуоресцентного и конфокального сканирующего микроскопов; области применения.
Устройство и принцип работы сканирующих зондовых микроскопов. Сканирующая
туннельная микроскопия. Атомно-силовая микроскопия. Исследование белков,
нуклеиновых кислот и нуклеопротеиновых комплексов с помощью сканирующей
зондовой микроскопии. Сканирующая зондовая микроскопия и биочипы. Рамановская
микроспектроскопия и КАРС-микроскопия для биологических применений.
Темы практических работ
Определение изоэлектрической точки белка.
Разделение аминокислот методом хроматографии.
Количественное определение белков и углеводов колориметрическими методами.
Разделение белков и нуклеиновых кислот методом электрофореза.
Спектрофотометрическое определение количества нуклеиновых кислот.
Концентрирование растворов биологически активных веществ упариванием при
пониженном давлении. Лиофилизация растворов биологически активных веществ.
7. Знакомство с работой электронного микроскопа.
8. Знакомство с работой системы MALDI-TOF и TOF/TOF
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Вопросы к семинарским занятиям
Семинар №1. Способы консервации биологического материала при дезинтеграции
биологических тканей.
5
Вопросы к семинару:
1. Химические способы фиксации биологического материала.
2. Использование технологии «азотной бомбы» для дезинтеграции растительных
тканей.
3. Пресс Френча в дезинтеграции бактериальной массы. Различия способов
дезинтеграции, используемых для разрушения биомассы грамотрицательных и
грамположительных бактерий.
4. Криоконсервация материала, охлаждающие смеси и агенты, приборы для
криоконсервации.
Темы докладов:
1. Ферменты – как основные деструкторы биологических молекул, разрушающие
биоматериал в ходе его дезинтеграции. Ингибиторы активности ферментов.
2. Особенности строения клеточных стенок растений и способы дезинтеграции
растительного материала.
3. Особенности используемых методов дезинтеграции биомассы грамположительных
и грамотрицательных бактерий.
Семинар №2. Классификация методов фракционирования по физико-химическим
свойствам.
Вопросы к семинару:
1. Центрифугирование как методы фракционирования смесей веществ.
2. Виды центрифугирования: аналитическое, препаративное, зонально-скоростное,
изопикническое, равновесное, ультрацентрифугирование.
3. Охарактеризовать используемые в фракционном разделении «полупроницаемые
мембраны», дать понятие предела исключения полупроницаемых мембран.
4. Диализ и электродиализ как методы фракционирования и характеристики молекул.
Темы докладов:
1. Методы определения молекулярной массы биомакромолекул.
2. Оптическая активность растворов биомолекул, и использование этого свойства для
анализа веществ.
Семинар №3. Хроматографические методы разделения смесей на основе различий
их физико-химических свойств.
Вопросы к семинару:
1. Классификация видов хроматографии по принципу и способу проведения.
2. Качественный хроматографический анализ.
3. Хроматографические методы, основанные на разделении биомакромолекул по
массе и размеру частиц. Адсорбционная хроматография; распределительная
хроматография; ионообменная хроматография; проникающая хроматография;
осадочная
хроматография;
адсорбционно
комплексообразовательная
хроматография.
Темы докладов:
1. Газо-жидкостная хроматография, принцип метода, сферы применения,
особенности пробоподготовки материала.
2. Жидкостная и высокоэффективная жидкостная хроматография, принцип метода,
использование в анализе биомолекул.
Семинар №4. Спектрофотометрические методы анализа, прошлое и настоящее.
Вопросы к семинару:
1. Зависимость интенсивности поглощения падающего света от длины волны, как
основная характеристика, изучаемая в спектрофотометрии.
6
2. Характеристика биомолекул, поглощающих в ультрафиолетовой (200—400 нм),
видимой (400—760 нм) и инфракрасной (>760 нм)областях спектра.
3. Спектрофотометрия - при изучении строения и состава различных соединений
(комплексов, красителей, аналитических реагентов и др.).
4. Характеристика и принцип работы прибора — спектрофотометра.
Темы докладов:
1. Приложения абсорбционной спектроскопии органических соединений.
2. Приборы и методы анализа в ближней инфракрасной области.
3. Адсорбционная спектроскопия, характеристика, приложение для исследования биомолекул.
4. Фурье-спектроскопия, особенности, применение.
Семинар №5. Колориметрические методы, принципы и разнообразие сфер применения.
Вопросы к семинару:
1. Физические закономерности, лежащие в основе метода колориметрии.
2. Принципы построения калибровочных графиков для проведения колориметрических
исследований.
3. Основы специфичности и универсальности колориметрических методов, предел
чувствительности и ошибки измерений при колориметрии.
Темы докладов:
1. Приборы для проведения колориметрических анализов.
2. Использование колориметрических методов для проведения экологических
исследований и в клинической практике.
Семинар №6. Изоэлектрофокусирование, 2D-электрофорез и капиллярный
электрофорез – современные методы молекулярных анализов.
Вопросы к семинару:
1. Принципы метода, основные преимущества, возможности изоэлектрофокусирования
в сравнении с электрофорезом.
2. Особенности проведения и техника 2D-электрофореза, преимущества и сложности
реализации метода.
3. Подготовить рецензию научной работы (статьи), выполненной с использованием
этих методов.
Темы докладов:
1. Капиллярный электрофорез, применения в системах секвенирования, схема
прибора, производительность. Преимущества метода и сложности.
2. 2D-электрофорез в протеомных исследованиях.
Семинар №7. Микроскопические методы исследования: виды микроскопии.
Вопросы к семинару:
1. Методы наблюдения объектов в проходящем и отраженном свете, фазовом
контрасте и тёмном поле; области применения.
2. Флуоресцентные микроскопы: устройство и принципиальные особенности эпифлуоресцентного и конфокального сканирующего микроскопов, области применения.
3. Устройство и принцип работы сканирующих зондовых микроскопов.
Сканирующая туннельная микроскопия.
4. Исследование белков, нуклеиновых кислот и нуклеопротеиновых комплексов с
помощью сканирующей зондовой микроскопии.
5. Сканирующая зондовая микроскопия и биочипы.
Темы докладов:
1. Атомно-силовая микроскопия. Принципы, приборы, области применения.
2. Сканирующая зондовая микроскопия и нанотехнологии.
7
5. Образовательные технологии
Для реализации программы используются следующие образовательные
технологии, способы и методы формирования компетенций: проблемная лекция, лекциядискуссия, написание докладов, творческие задания, просмотр, анализ и обсуждение
видео- и мультимедийных материалов. При реализации различных видов учебной работы
предусматривается использование интерактивных технологий. Наибольшее внимание в
данном курсе должно быть уделено знакомству с современными технологиями
исследования биомакромолекул с использованием различных физико-химических
подходов исследования. В ходе освоения курса будут организованы демонстрационные
занятия на базе Центра коллективного пользования при СГУ и ИБФРМ РАН, которые
позволят познакомиться с работой и возможностями современной хромотографической,
микроскопической и спектрометрической техникой, современными методами протеомных
исследований.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
Для организации самостоятельной работы студентов по курсу следует использовать
современные информационные технологии: разместить в сетевом доступе комплекс
учебных и учебно-методических материалов (программа, список рекомендуемой
литературы и информационных ресурсов, задания для самоконтроля), а также обеспечить
свободный доступ к сети Интернет для работы с молекулярными базами данных. В рамках
самостоятельной работы студенты готовят рефераты, а также доклады к семинарским
занятиям. Примерный перечень тем для этих работ приведен ниже. Подготовленный
реферат по выбранной теме предоставляется преподавателю на проверку. Рефераты,
получившие высокую оценку, представляются другим студентам на семинарском занятии.
Текущий контроль проводится преподавателем в форме опросов, тестирования,
наблюдения за процессом выполнения задачи на компьютере с оценкой результатов
проведенного расчета. Темы докладов, тесты, и вопросы к курсу приведены далее.
6.1. Темы докладов и рефератов
История развития масс-спектрометрии органических веществ.
Рентгеновская кристаллография белов, достижения и перспективы.
Взаимодействие электронов с образцом и электронная микроскопия.
Характеристика трансмиссионной электронной микроскопии и её практического
использования.
5. Сканирующий ближнепольный оптический микроскоп – преодоление ограничений
классической оптики.
6. Технология «лаборатории на чипе» и масс-спектрометрические сканеры.
7. Протеомика – высокопроизводительный функциональный анализ белков.
1.
2.
3.
4.
6.2. Тесты для проведения текущего контроля знаний
Выбрать правильный (ные) ответ(ы):
1. Какой из названных методов не может быть использован для разрушения
растительных тканей:
1) азотная бомба
2) осмотический шок
3) гомогенизация в прессе Френча
4) обработка в гомогенизаторе - мельнице
5) обработка ферментом a-гликозидазой
8
2. С помощью диализа можно:
1) фракционировать смеси веществ;
2) отделять низкомолекулярные примеси;
3) отделять белки от полисахаридов;
4) отделять кислоты от щелочей;
5) отделять заряженные молекулы от электронейтральных;
3. Диализом могут быть освобождены от примесей только:
1) вещества с линейной конформацией молекул;
2) вещества с молекулярной массой выше предела исключения диализной мембраны;
3) вещества с молекулярной массой ниже предела исключения диализной мембраны;
4) нерастворимые в воде вещества;
4. Нативный электрофорез белков от денатурирующего отличается:
1) методом предобработки проб;
2) принципом разделения смеси веществ;
3) скоростью проведения процесса;
4) способом визуализации результатов электрофореза;
5. Капиллярный электрофорез отличается от обычного электрофореза в
полиакриламиднном геле:
1) принципом разделения смеси веществ;
2) скоростью и производительностью процесса разделения смесей;
3) способом детекции результатов разделения;
4) способом подготовки образца;
6. Лиофилизация – это метод:
1) разделения компонентов смеси;
2) концентирования веществ;
3) получения высокоочищенных препаратов веществ;
4) определения степени очистки препарата;
7 . Принцип лиофилизации:
1) упаривание при пониженном давлении;
2) выпаривание при нормальном давлении из замороженного состояния;
3) испарение при пониженном давлении веществ из замороженного состояния;
4)упаривание из замороженного состояния при повышенном давлении;
8. Метод концентрирования вещества:
1) электрофорез;
2) гель-фильтрация;
3) лиофилизация;
4) ротационное упаривание;
9. Выберите методы фракционирования веществ из перечисленных:
1) ротационное упаривание;
2) изоэлектрофокусирование;
3) ионообменная хроматография;
4) гель-фильтрация;
10. Каким методом можно отделить низкомолекулярные вещества от высокомолекулярных:
1) ионообменной хромптографией;
2) гель-хроматографией;
3) диализом;
4) аффинной хроматографией;
11. Колориметрия – это:
1) метод исследования зависимости концентрации от растворимости;
2) метод определения концентрации веществ по оптической плотности в УФ-области спектра;
9
3) метод определения концентрации веществ по оптической плотности растворов в ИКобласти спектра;
4) метод определения концентрации веществ по оптической плотности окрашенных
растворов.
12. Калибровочный график – это зависимость:
1) экстинции продуктов реакции от концентрации вещества;
2) оптической плотности продуктов реакции от концентрации вещества;
3) концентрации вещества от растворимости;
4) концентрации вещества от скорости диссоциации;
5) концентрации вещества от поглощения;
13. При колориметрическом определении продукты реакции обязательно:
1) должны поглощать в ультрафиолетовой области спектра;
2) должны обладать флуоресценцией;
3) должны быть окрашенными;
4) не должны образовывать осадок;
14. Спектрофотомерическое определение возможно только для веществ, которые:
1) поглощают в ультрафиолетовой области спектра;
2) поглощают в видимой области спектра;
3) образуют прозрачные растворы;
4) образуют окрашенные растворы;
15. Для определения концентрации веществ по интенсивности окрашивания продуктов
реакции используют приборы:
1) полярографы;
2) хромато-масс-спектрометры;
3) фотоэлектроколориметры;
4) спектрофотометры;
16. Для определения молекулярной массы высокомолекулярных веществ используют:
1) диализ;
2) гель-фильтрацию;
3) ионообменную хроматографию;
4) ультрацентрифугирование;
5) гель-электрофорез;
17. Для определения заряда вещества используют:
1) диализ;
2) гель-электрофорез;
3) ионообменную хроматографию;
4) ультрацентрифугирование;
18. Разделение веществ по заряду производят с помощью:
1) аффинной хроматографии;
2) ионообменной хроматографии;
3) гель - электрофореза;
4) изоэлектрофокусирования;
19. Определяют степень гомогенности препаратов с помощью методов:
1) газо-жидкостной хроматографии;
2) хромато-масс-спектрофотометрии;
3) гель-электрофореза;
4) изоэлектрофокусирования.
20. При проведении 2D-электрофореза:
1) двукратное разделение смеси методом электрофореза;
2) разделение, смеси в одном направлении по заряду, в другом – по массе;
10
3) разделение смеси в электрическом и магнитном поле;
4) разделение смеси по сродству к молекулам геля при двукратном увеличении напряжения.
21. Для определения структуры молекул используют метод:
1) гель-электрофореза;
2) хромато-масс-спектрометрии;
3) спектроскопии ЯМР;
4) полярографии;
22. Метод изоэлектрофокусирования белковых молекул позволяет:
1) осуществлять разделение смеси белков по молекулярной массе;
2) разделить смеси по заряду;
3) разделять заряженные молекулы по молекулярной массе в градиенте рН;
4) разделять заряженные молекулы по молекулярной массе в градиенте рН и
определять изоэлектрическую точку белка.
23. Рентгеноструктурный анализ используется для:
1) определения состава макромолекул в сложных смесях;
2) определения структуры макромолекул и макромолекулярных комплексов;
3) определения молекулярной массы биополимеров;
4) определения оптического вращения.
24. Капиллярный электрофорез превосходит электрофорез в ПААГ
1) по стоимости анализа одного образца;
2) по доступности;
3) по производительности;
4) по простоте процедуры.
25. При сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) анализ поверхности
образца исследуется с помощью туннельного тока. Туннельный ток это:
1) ток, возникающий между молекулами образца при приложении напряжения;
2) ток, возникающей в шнуре электропитания СЗМ;
3) поток электронов на сканере СЗМ;
4) ток, возникающий между образцом при приближении острия иглы СЗМ на
расстояние 1 нм
26. Принцип сканирования СЗМ состоит в следующем:
1) в получении усредненной информации об объекте исследования.
2) в перемещении зонда от линии к линии в объекте исследования.
3) в дискретном перемещении зонда и считывании информации в каждой точке.
4) в получении усредненной информации о химическом составе материала объекта исследования.
27. Рентгеновское излучение можно получить:
1) при бомбардировке вещества быстро летящими электронами;
2) при бомбардировке вещества быстро летящими протонами;
3) при воздействии на вещество ультрафиолетом;
4) при облучении вещества y –излучением.
28. Рентгеновское излучение регистрируется благодаря способности
1) засвечивать светочувствительные материалы;
2) вызывать свечение некоторых веществ;
3) ионизировать газы;
4) вызывать окислительно-восстановитительные реакции.
29. Денатурирующие агенты, использующиеся при проведении электрофореза
1) додецилсульфат натрия;
2)трихлоруксусная кислота;
3)этилендиаминотетрауксусная кислота;
4) бензойная кислота.
11
30. При колориметрическом исследовании используются приборы:
1) спектрофотометр
2) фотоэлектроколорметр
3) поляриметр
4) рефрактометр.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
6.3. Вопросы для промежуточной аттестации
Методы и приемы дезинтеграции биологического материала: бактериальных клеток,
растительных и животных тканей.
Методы экстракции, консервации, фиксации биологического материала.
Методы концентрирования биологического материала с сохранением нативности,
области применения.
Сочетание концентрирования с методами фракционирования (диализ, электродиализ,
ультрафильтрация, дробное осаждение, вымораживание и т.д.).
Ротационное упаривание, принцип метода, сферы использования.
Лиофилизация, принцип метода, применение.
Колориметрический анализ. Принцип метода, назначение.
Физические закономерности, лежащие в основе метода колориметрии.
Принципы построения калибровочных графиков для проведения колориметрических
исследований.
Основы специфичности и универсальности колориметрических методов, предел
чувствительности и ошибки измерений при колориметрии.
Приборы для проведения колориметрических анализов.
Использование колориметрических методов для проведения экологических
исследований и в клинической практике.
ИК- спектры биомакромолекул, принципы, практическое использование в анализе.
УФ-спектрофотометрия, принцип метода, практическое использование в анализе.
Методы фракционирования и изучения физико-химических характеристик биомолекул.
Методы исследования молекулярной массы биомакромолекул.
Электрофорез. Принцип метода, примеры использования для анализа материала.
Денатурирующий и нативный электрофорез в ПААГ. Различия, примеры использования.
Электрофорез биомакромолекул в агарозном геле, методы визуализации результатов
электрофореза.
Изоэлектрофокусирование и 2D-электрофорез. Принципы, примеры использования.
Капиллярный электрофорез, принцип метода, сферы использования.
Природа рентгеновского излучения. Дифракция рентгеновского излучения на
кристаллической решетке.
Этапы рентгеноструктурного исследования, принцип метода.
Анализ карт электронной плотности и кристаллографическое уточнение структуры
молекулы при рентгеноструктурном анализе.
Принцип метода спектроскопии ЯМР, методы детекции молекулярных сдвигов.
Одномерные и двумерные спектры ЯМР, использование для определения структуры молекул.
Световой микроскоп: методы наблюдения в проходящем и отраженном свете,
фазового контраста, темного поля; области применения.
Флуоресцентные микроскопы: устройство и принципиальные особенности эпифлуоресцентного и конфокального сканирующего микроскопов, области применения.
Устройство и принцип работы сканирующих зондовых микроскопов.
Сканирующая туннельная микроскопия. Принцип метода, примеры использования.
Атомно-силовая микроскопия. Исследование белков, нуклеиновых кислот и
нуклеопротеиновых комплексов с помощью сканирующей зондовой микроскопии.
Сканирующая зондовая микроскопия и биочипы.
12
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) Основная литература
1. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. М., 2003.
2. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. М., 2003.
б) Дополнительная литература
1. Артюхов В.Г., Путинцева О.В. Оптические методы анализа интактных и модифицированных систем. – Изд. Воронежского государственного университета, 1996 г.
2. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М., 1982 – 2002.
3. Землянухин А.А. Практикум по биохимии. Воронеж, 1975.
4. Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия: учебник для вузов. М., Дрофа, 2004. 638 с.
5. Ленинджер А. Биохимия. М., 1976., 1985.
6. Основы биохимии / Под ред. А.А. Анисимова. М., 1986.
7. Филиппович Ю.Б. Биохимия белка и нуклеиновых кислот. М, 1976.
8. Филиппович Ю.Б. Основы биохимии. М., 2000.
9. Фролов Ю.П. Современные методы биохимии – Самара, 2003. - 412 с
1 0 . Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. М., 2002.
в) программное обеспечение и интернет-ресурсы
1. Компьютерные программы «Primer 3», «Vector NT1», «RestrictionMapper».
2. MOLBIOL.RU – Методы, информация и программы для молекулярных биологов //
www.molbiol.ru.
3. Практическая молекулярная биология // www.molbiol.edu.ru.
4. Fermentas Life Sciences // www.fermentas.com.\
5. National Center for Biotechnology Information // www.pubmed.com.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
1. Обрудование учебно-научной лаборатории молекулярной биологии СГУ, в том
числе: миницентрифуги на 10 тыс. об/мин и 13,4 тыс. об/мин, ПЦР-амплификатор,
шейкер-термостат, аналитические весы, СВЧ-печь, аквадистиллятор, холодильник и
морозильник, система очистки воды, микробиологический бокс, вытяжной шкаф,
встряхиватель, комплект электрофоретического оборудования, трансиллюминатор,
стеклянная и пластиковая лабораторная посуда и расходные материалы.
2. Материально-техническая база кафедры биохимии и биофизики, учебнонаучного центра физико-химической биологии СГУ и ИБФРМ РАН.
3. Мильтимедийное оборудование для лекционного сопровождения и другая
оргтехника.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО № 66 от
17.03.2011 г. с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по специальности 020501
Биоинженерия и биоинформатика.
Автор:
Зав. кафедрой биохимии и биофизики
д.б.н., професор
_______________________ С.А. Коннова
13
Программа одобрена на заседании кафедры биохимии и биофизики от «____»
_____________ 2012 года, протокол №____.
Подписи:
Зав. кафедрой биохимии и биофизики,
д.б.н., профессор
_______________________ С.А. Коннова
Декан биологического факультета
д.б.н., профессор
_______________________ Г.В. Шляхтин
14