Магистерская программа «Биохимия и молекулярная биология

1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Петрозаводский государственный университет
Эколого-биологический факультет
Кафедра молекулярной биологии, биологической и органической химии
Программа утверждена
на заседании Учёного совета
эколого-биологического факультета
от 15 декабря 2011 г. (протокол № 4)
Декан эколого-биологического факультета
чл.-корр. РАН, профессор
_______________ Э. В, Ивантер
Программа государственного экзамена
по направлению 020400.68 – Биология
Магистерская программа
«Биохимия и молекулярная биология»
Аминокислоты. Протеиногенные аминокислоты: способы классификации,
номенклатура, физико-химические свойства, биологическая роль. Непротеиногенные
аминокислоты, их роль в метаболизме. Природные олигопептиды.
Моно- и олигосахариды. Классификация, номенклатура. Структура, изомерия.
Физико-химические свойства. Важнейшие представители. Гликозиды, амино-, фосфо- и
сульфосахариды. Дезоксисахара. Нуклеозиддифосфатсахара.
Нуклеотиды. Компонентный состав, биологическая роль. Номенклатура азотистых
оснований, нуклеозидов и нуклеотидов. Циклические нуклеотиды. Минорные пуриновые
и пиримидиновые основания.
Липиды. Классификация, многообразие биологических функций, свойства.
Жирные кислоты. Изомерия ненасыщенных жирных кислот. Полиненасыщенные жирные
кислоты – незаменимые факторы питания. Моно-, ди-, триацилглицеролы.
Глицерофосфолипиды и сфинголипиды. Гликолипиды и сульфолипиды. Стероиды,
холестерин, желчные кислоты. Эйкозаноиды. Воска. Изопреноиды. Терпеноиды.
Полисахариды. Гомо- и гетерополисахариды. Крахмал и гликоген, клетчатка и
гемицеллюлозы, их структура и свойства. Хитин. Полифруктозиды. Гликозаминогликаны.
Протеогликаны. Полисахариды бактерий.
Белки. Биологическая роль. Свойства пептидной связи. Уровни структурной
организации белков. Виды вторичной структуры белков. Структурные мотивы. Домены.
Олигомеры. Спираль коллагена. Методы определения аминокислотного состава и
первичной структуры белка. Методы изучения пространственной структуры белков.
Физико-химические свойства белков. Методы выделения, очистки и фракционирования
белков. Принципы классификации белков. Полиморфизм белков. Понятие о протеомике.
Принципы функционирования белков. Понятие о лиганде, рецепторе. Роль
нативной конформации белка в осуществлении его функций. Регуляция взаимодействия
белка с его лигандом на примере гемоглобина.
Рибонуклеиновые кислоты. Виды (мРНК, тРНК, рРНК, малые РНК), биологическая
роль. Пространственная структура.
ДНК. Биологическая роль. Первичная структура и методы ее определения.
Полиморфизм конформационных состояний ДНК. Параметры А-, В-, Z- формы двойной
2
спирали. Правила Чаргаффа. Суперспирализация ДНК, роль топоизомераз. Хроматин:
структурная организация нуклеосом, роль модификации гистонов в функционировании
хроматина, структура хромосом. Кольцевые молекулы ДНК. Геномика. Генная
инженерия.
Ферменты – биологические катализаторы белковой природы. Рибозимы. Абзимы.
Ферменты-протеины и ферменты-протеиды. Коферменты и кофакторы, структура, роль в
ферментативном катализе. Понятие об активном центре фермента. Международная
классификация ферментов. Изоферменты, биологическая роль и значение в диагностике.
Принципы регуляции активности ферментов в живых системах. Аллостерический
центр фермента, аллостерические эффекторы. Регуляция активности путем химической
модификации. Роль белок-белковых взаимодействий. Мультиэнзимные комплексы.
Теория
ферментативного
катализа.
Основные
положения.
Гипотеза
"индуцированного соответствия". Механизм снижения энергии активации. Образование
"фермент-субстратного" комплекса. Обратимость действия ферментов. Специфичность
действия ферментов.
Кинетика ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Константа
Михаэлиса. Зависимость активности ферментов от физико-химических условий среды.
Единицы активности ферментов, число оборотов. Ингибирование активности ферментов
(специфическое/неспецифическое,
обратимое/
необратимое,
конкурентное/
неконкурентное).
Витамины:
жирорастворимые,
водорастворимые.
Биологическая
роль.
Антивитамины.
Биоэнергетика. Сопряжение биохимических реакций. Катаболические и
анаболические процессы. Макроэргические соединения клетки. АТФ – универсальный
источник энергии в биологических системах. Внутриклеточная локализация процессов
биологического окисления. Компоненты дыхательной цепи переноса электронов.
Сопряжение биологического окисления и окислительного фосфорилирования,
хемиосмотическая теория Митчелла. Строение и механизм работы АТФ-азы. Действие
разобщителей. Термогенез. Активные формы кислорода, значение, пути обезвреживания.
Микросомальное окисление.
Фотосинтез. Растительные пигменты. Молекулярная организация фотосистем.
Компоненты электрон-транспортной цепи хлоропластов. Фотофосфорилирование. Цикл
Кальвина.
Биомембраны. Модели строения биологических мембран. Особенности липидного
состава. Трансмембранные белки. Солюбилизация биомембран с помощью ПАВ.
Физические свойства биомембран. Транспорт веществ через биомембраны. Роль в
поддержании ионного гомеостаза клеток. Мицеллы, липосомы. Методы изучения
биологических мембран.
Механизмы трансмембранной передачи сигналов. Классификация мембранных
рецепторов. G-белки, структурно-функциональная организация, механизм активации.
Генерация вторичных мессенджеров. Аденилатциклазная и инозитолфосфатная системы
передачи сигналов. Протеинкиназы А и С. Передача сигналов от рецепторов митогенов.
Биохимия пищеварения. Распад белков, липидов, углеводов и нуклеиновых кислот
в процессе пищеварения. Протеиназы, пептидазы, липазы, нуклеазы, гликозидазы. Роль
желчных кислот в метаболизме липофильных соединений. Пристеночное пищеварение.
Всасывание продуктов гидролиза пищевых соединений. Ресинтез жиров. Липопротеины
плазмы крови.
Метаболизм гликогена и его регуляция.
Катаболизм глюкозы. Аэробный гликолиз. Окислительное декарбоксилирование
пирувата и цикл трикарбоновых кислот. Энергетический выход. Анаэробный распад
глюкозы. Брожение.
Глюконеогенез. Регуляция гликолиза и глюконеогенеза в печени.
3
Пентозофосфатный путь превращения глюкозы.
Окислительный распад жирных кислот. Энергетическая эффективность процесса.
Бета- альфа- и омега-окисление жирных кислот. Перекисное окисление липидов. Обмен
кетоновых тел.
Биосинтез жирных кислот. Синтаза жирных кислот. Образование двойных связей.
Биосинтез триацилглицеролов. Гормональная регуляция биосинтеза и мобилизации
жиров. Синтез фосфолипидов.
Холестерин. Биосинтез и регуляция. Роль липопротеинов плазмы крови в
транспорте и обмене холестерина. Синтез желчных кислот.
Ассимиляция молекулярного азота и нитратов. Нитрогеназа, нитратредуктаза и
нитритредуктаза. Первичный биосинтез аминокислот растениями.
Распад аминокислот. Основные пути деградации аминокислот. Реакции
трансаминирования и дезаминирования. Аминотрансферазы: механизм катализа.
Декарбоксилирование аминокислот. Специфические пути превращения отдельных
аминокислот.
Обмен аммиака. Роль глутаминсинтетазы. Орнитиновый цикл.
Биосинтез и распад гема.
Биосинтез и распад нуклеотидов. Синтез de novo и альтернативные пути
биосинтеза. Синтез дезоксинуклеотидов.
Репликация. ДНК-полимеразы прокариот и эукариот. Ориджины репликации.
Структура репликативной вилки. Принципы регуляции инициации синтеза ДНК у про- и
эукариот. Связь репликации с клеточным циклом. Проблема репликации концов
линейных хромосом, теломераза.
Репарация повреждений ДНК. Виды повреждений ДНК. Причины мутаций.
Варианты систем репарации.
Транскрипция. РНК-полимеразы прокариот и эукариот. Регуляторные участки
гена. Этапы транскрипции. Посттранскрипционный процессинг мРНК, тРНК, рРНК.
Сплайсинг пре-мРНК. Негативная и позитивная регуляция транскрипции. Теория Жакоба
и Моно на примере индукции лактозного оперона и репрессии триптофанового оперона.
САР-белок. Аттенюация транскрипции, триптофановый оперон. Факторы транскрипции
эукариот, особенности структуры. Эукариотические энхансеры. Обратная транскрипция.
Рибосомы. Морфология и состав эукариотических и прокариотических рибосом.
Пространственная организация рибосомальных РНК и белков. Рибосома как рибозим.
Полирибосомы.
Трансляция. Генетический код, его свойства, отклонения от универсальности.
Гипотеза неоднозначного соответствия при кодон-антикодоновом спаривании.
Аминоацил-тРНК-синтетазы и подготовительный этап трансляции. Белковые факторы
трансляции, роль ГТФ. Особенности инициации трансляции у прокариот и эукариот.
Транспептидация и транслокация. Антибиотики и токсины – ингибиторы биосинтеза
белка. Основные принципы регуляции трансляции у про- и эукариот.
Фолдинг
и
посттрансляционные
модификации
белков.
Шапероны.
Фосфорилирование белков, ограниченный протеолиз, N- и О- гликозилирование,
гидроксилирование, пренилирование, ADP-рибозилирование и др. Особенности
процессинга секретируемых и трансмембранных белков. Сигнальные последовательности
в белках. Транслокация белков через биомембраны.
Гормональная регуляция клеточного метаболизма. Принципы классификации
гормонов и их рецепторов. Многообразие путей внутриклеточных путей передачи
гормонального сигнала. Иерархия гормональной регуляции. Регуляция энергетического
обмена, водно-солевого обмена, обмена кальция и фосфора. Гормоны ядерной рецепции и
их участие в регуляции экспрессии генов.
4
Руководитель магистерской программы
«Биохимия и молекулярная биология»,
зав. кафедрой молекулярной биологии,
биологической и органической химии,
д.б.н., профессор, член-корреспондент РАН
Н. Н. Немова