Программа по курсу ХОБП

Программа по курсу ХОБП.
Осенний семестр 2009 года.
I часть – ХПС
Лекция 1. Что такое жизнь с точки зрения химика.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Зачем "Науки о живом" химику?
Определение живого. Основные свойства живого
Многообразие и систематика
Строение клеток
Биологические полимеры - три основных типа
Типы химической связи
Свойства воды как растворителя для биологических макромолекул
Лекция 2. Структура и функция белка.
Уровни организации структуры белка
Белок - линейный информационный полимер, обладающий полярностью
Аминокислоты: классификация по структуре бокового радикала
Метод определения первичной структуры белка - масс-спектрометрия
Типы вторичной структуры белка, водородная связь в полипептидной цепи
Третичная структура белка, конформация
Моделирование структуры аналогов, компьютерная симуляция
Сложная поверхность белка, специфичность взаимодействия с другими
молекулами
9. Четвертичная структура белка
10.
Cупрамолекулярные комплексы
11.
Функции белков
12.
Мутации в молекуле белка
13.
Протеом - белковый портрет клетки
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Лекция 3. Биологические мембраны, обмен веществом.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Биологические мембраны. Определение, строение и свойства
Липиды. Классификация, химическая структура.
Гидрофобные взаимодействия
Липидные мицеллы, бислои, липосомы
Мембранные белки. Особенности строения.
Мембранный транспорт
Ионные каналы и насосы.
Лекция 4. Обмен энергией.
1. Обмен энергией как предмет изучения биоэнергетики.
2. Аденозинтрифосфат (АТР) - универсальный реакционный модуль биохимических
реакций.
3. Термодинамика биохимических реакций.
4. Фотосинтез,
5. Электрохимический потенциал
6. Транспорт протонов,: бактериородопсин как протонный насос
Лекция 5. Структура нуклеиновых кислот.
1. Нуклеиновые кислоты - высокомолекулярные, линейные, полярные биополимеры.
ДНК и РНК.
2. Первичная структура полимерной цепи ДНК
3. Вторичная структура двутяжевой ДНК. Изогеометричность комплементарных пар,
стэкинг
4. Топология ДНК - суперспирализация.
Лекция 6. Биосинтез нуклеиновых кислот.
I. Понятие о репликации
1. Полуконсервативный механизм
2. Механизм полимеризации.
3. ДНК - полимераза.
4. Три этапа - инициация, элонгация и терминация.
5. Проблема полярности. Фрагменты Оказаки
6. Топологическая проблема репликации.
7. Ингибиторы топоизомеразы; антибиотики, противовирусные и противораковые
препараты.
II. Понятие о транскрипции.
8. Механизм полимеризации.
9. РНК-полимераза.
10.
Три этапа - инициация, элонгация и терминация. .
11.
Сигналы транскрипции, промотор.
12.
Ингибиторы транскрипции; яды, антибиотики, противовирусные и
противораковые препараты.
13.
Обратная транскриптаза.
Лекция 7. Биосинтез белка.
1. Первичная структура однотяжевой РНК. Отличия от ДНК
2. Вторичная структура однотяжевой РНК
3. Третичная структура РНК.
4. Мимикрия пространственной структуры РНК и белка.
5. РНК-ферменты - рибозимы
6. Функции нуклеиновых кислот
7. Понятие о трансляции. Основная "догма" молекулярной биологии.
8. Генетический код, его свойства.
9. Декодирование. Активация аминокислот. Аминоациладенилат.
10.
Рибосома - наноробот для биосинтеза белка.
11.
Схема реакции и процесса образования пептидной связи.
Лекция 8. Регуляция экспрессии генов. Система передачи сигнала.
1. Фенотип клетки. Протеом
2. Прокариоты: Операторно - промоторный участок ДНК, регуляторный белок,
оперон.
3. 2 типа контроля у прокариот: негативный и позитивный
4. 4 варианта регуляции экспрессии генов прокариот при участии лиганда.
5. Триптофановый оперон.
6. Для эукариот характерна избыточность и неоднозначность регуляции.
7. Сигналы для клетки. Ответы клетки.
8. Блоки, каскады, дифференцировка. Пример - эмбриогенез.
9. Три типа систем передачи сигнала. 4 свойства системы передачи сигнала
10.
Усиление и объединение сигнала. Каскад фосфокиназ
11.
Модель нейронной сети. Нелинейность функции выхода, обучаемость,
устойчивость.
12.
Рак как множественное нарушение системы передачи сигнала для деления
клеток.
Лекция 9. Геном, плазмиды, вирусы.
1.
2.
3.
4.
Динамика генома.
Рекомбинация ДНК.
Плазмиды - "генетические аксессуары". Структура плазмид.
Вирусы – неживые супрамолекулярные комплексы. Примеры вирусов прокариот и
эукариот. Ретровирусы.
5. Геном. Определение. Размеры.
6. Ген. Определение. Структура.
7. Строение генов эукариот
8. Сплайсинг, химия сплайсинга, "конструктор РНК"
9. Домены в структуре белка.
10.
Иммунный ответ, иммуноглобулины
11.
Комбинаторика экзонов антител.
Лекция 10. Генетическая инженерия.
Анализ геномов.
Определение первичной структуры ДНК; автоматический синтез ДНК.
Полимеразная цепная реакция.
Рестриктазы. Полиморфизм длины рестрикционных фрагментов.
Дактилоскопия ДНК
Клонирование. Примеры терапевтического клонирования.
Конструирование рекомбинантных ДНК.
Генная инженерия - 4 основных этапа. Векторная ДНК, введение ДНК в клетку,
клонирование, идентификация клонов.
9. Трансгенные организмы
10.
Генотерапия
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Программа по курсу ХОБП. Часть II – Энзимология.
Осенний семестр 2009 года.
1.
ТЕМА 1: ОБЩИЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРА ФЕРМЕНТОВ
14. Ферменты как природные катализаторы. Основные отличия ферментативного катализа
от традиционного химического. Ферменты в химии.
15. Источники ферментов. Нахождение ферментов в природных объектах,
локализация ферментов в клетке.
16. Биосинтез ферментов. Посттрансляционная модификация.
Сборка ферментов. Кофакторы и простетические группы.
17. Методы выделения биополимеров: особенности и
трудности. Методы
фракционирования белков. Хроматография, электрофорез и изоэлектрическая
фокусировка. Критерии чистоты ферментных препаратов
18. Энергия и силы в биосистемах. Взаимодействия в белковой молекуле: ковалентные,
водородные связи, гидрофобные и электростатические взаимодействия.
19. Уровни структурной организации белков: первичная, вторичная, третичная и
четвертичная структуры, понятие о сверхвторичных структурах и доменах.
20. Стабильность белков (ферментов). Денатурация и инактивация. Принципы
стабилизации ферментов
21. Химическая модификация белков (ферментов). Виды ферментных препаратов.
22. Классификация ферментов.
2.
ТЕМА 2: КИНЕТИКА И МЕХАНИЗМЫ ФЕРМЕНТАТИВНОГО
КАТАЛИЗА
23. Стационарная
кинетика
ферментативных
реакций.
Методы
обработки
экспериментальных данных.
24. Кинетические схемы Михаэлиса и Анри, их дискриминация.
25. Трехстадийная схема ферментативного катализа. Константы скорости в элементарных
стадиях ферментативного катализа. Лимитирующие стадии ферментативных реакций.
26. Ингибирование ферментов. Обратимые и необратимые ингибиторы. Основы
ингибиторного анализа.
27. Влияние рН на скорость ферментативной реакции, рН-зависимости кинетических
параметров.
28. Температурные зависимости скоростей ферментативных реакций. Термоинактивация
ферментов.
29. Активные центры ферментов. Каталитические и сорбционные подцентры ферментов.
Основные структурные элементы. Специфичность и эффективность ферментативного
катализа.
30. Физикохимические причины ускорения ферментативных реакций. Эффекты
сближения и ориентации , усиление реакционной способности в ансамблях
функциональных групп, эффекты среды. Теории ферментативного катализа.
31. Общий кислотно-основной катализ в механизме действия ферментов. Промежуточные
соединения в ферментативном катализе.
32. Активные центры ферментов и механизмы катализируемых реакций. Понятия о
химических механизмах действия -химотрипсина, трипсина, эластазы, папаина,
пепсина, лизоцима, карбоксипептидазы, рибонуклеазы, карбоангидразы.
ТЕМА 3: ПРИКЛАДНАЯ ЭНЗИМОЛОГИЯ
33. Прикладная энзимология, основные направления развития и области практического
использования ферментов. Биоконверсия вещества и энергии.
34. Иммобилизованные биокатализаторы. Носители и методы иммобилизации. Основные
характеристики иммобилизованных ферментов.
35. Использование ферментов в химическом синтезе. Принципы конструирования
реакционных систем.
36. Использование
ферментов
в
химическом
анализе
и
медицинской
диагностике.Иммуноферментный анализ. Биолюминесцентный анализ. Биосенсоры.
37. Ферменты в медицине. Лекарственные препараты на основе ферментов и их
регуляторов.
38. Основные мишени действия лекарственных препаратов.
39. Ферменты антибактериального действия. Особенности строения клеточной стенки
бактерий.
40. Транспорт в живых системах. Рецепторы и системы передачи сигнала. Понятие о
гормональной регуляции.
41. Механизмы обеспечения целостности организма и иммунитет.
42. Инженерия биокатализаторов и биокаталитических систем.
Рекомендуемая литература по курсу
ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ЧАСТЬ II . ЭНЗИМОЛОГИЯ
8.
9.
10.
11.
12.
13.
A.L.Leninger, D.L.Nelson, M.M.Cox “ Principles of Biochemistry”,
Worth Publishers, Inc.: N.Y., 1993
И.В.Березин, К.Мартинек « Основы физической химии
ферментативного катализа», М.: Высшая Школа, 1977
Г.Шульц, Р.Ширмер « Принципы структурной организации
белков» М.: Мир, 1982
Э.Фёршт « Структура и механизм действия ферментов», М.: Мир,
1980
С.Д.Варфоломеев «Химическая энзимология», М.: Академия,
2004
И.В.Березин, Н.Л.Клячко,А.В.Левашов и др. "Иммобилизованные
ферменты" (Биотехнология. кн.№7, а также кн. №1 и №8), М.:
Высшая Школа, 1987.