Биология клетки Биохимия и молекулярная биология

Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
Тематика и планы аудиторной работы студентов по изученному материалу (планы
последовательного проведения занятий: ПР, СМ, ЛБ) по предлагаемой схеме:
 тема;
 план;
 вопросы для коллективного обсуждения;
 задания для самостоятельной работы;
 литература (основная, дополнительная).
Модуль «Биохимия»
Лабораторные занятия
Лабораторная работа №1
Реакции в растворах белков
Опыт 1. Высаливание белков.
Ход работы: к коллоидному раствору желатина или белка куриного яйца добавьте
несколько кристаллов хлорида натрия. Наблюдается выпадение хлопьев белка
(осаждение). Добавьте несколько миллилитров воды до исчезновения хлопьев. Объясните
причину выпадения и исчезновения хлопьев белка.
Опыт 2. Определение изоэлектрической точки желатина по коагуляции
Ход работы: в три пробирки налейте по 0,5 мл буферных растворов (или растворов
соляной кислоты) с рН равной 3,7; 4,7; 5,7. В каждую пробирку добавьте по 0,5 мл
раствора желатина. Коагуляции не происходит, так как желатин – гидрофильный белок,
обладающий двумя факторами устойчивости: зарядом молекулы и гидрофильной
оболочкой. Затем во все пробирки прилейте по 1 мл 96% этилового спирта. В одной из
пробирок должна произойти коагуляция.
Объясните, почему без добавления спирта коагуляции не наблюдается, а после –
выпадают хлопья белка.
Опыт 3. Обнаружение белков и пептидов в растворах биуретовой реакцией
Ход работы: к 1 мл раствора белка куриного яйца добавить 1 мл свежеосажденного
Cu(ОН)2 ( для этого смешать в отдельной пробирке 1 мл 10% р-ра NaOH и две капли 1%
р-ра CuSO4). При необходимости подогреть на спиртовке. Постепенно появляется розовофиолетовое окрашивание.
Запишите уравнение реакции :
Вопросы для коллективного обсуждения:
 Аминокислоты: строение молекулы, физические и химические свойства
 Амфотерность аминокислот
Опыт 4. Обнаружение в белке аминокислот с циклическим радикалом с помощью
ксантопротеиновой реакции.
К 1 мл р-ра белка куриного яйца добавить 5-6 капель концентрированной азотной
кислоты. Пробирку осторожно нагрейте в пламени спиртовки. Появляется желтое
окрашивание за счет нитрования бензольного кольца.
Запишите уравнение реакции нитрования на примере тирозина:
Опыт 5. Обнаружение в белке аминокислот, содержащих серу с помощью реакции
Фоля.
В пробирку налейте 1 мл р-ра белка куриного яйца, добавьте 5 капель 30% р-ра NaOH и 1
каплю 5% р-ра уксуснокислого свинца. Нагревайте содержимое пробирки в пламени
спиртовки в течение нескольких минут. Наблюдается появление черного осадка
сернистого свинца.
Запишите уравнение реакции Фоля, происходящей в две стадии:
 Отщепление SH-групп аминокислот и переход серы из органического соединения в
неорганическое:

Образование сульфида свинца.
Лабораторная работа № 2по теме «Липиды»
Опыт 1. Обнаружение непредельных жирных кислот
В пробирку поместите 8-10 капель бромной воды, добавьте 2-3 капли растительного
масла. Пробирку встряхните. Наблюдается обесцвечивание бромной воды, так как бром
присоединяется по месту двойной вязи в остатке жирной кислоты. Запишите реакцию
взаимодействия олеиновой кислоты с бромной водой.
Опыт 2. Омыление жиров
В фарфоровую чашку поместите 0.5 мл касторового масла и 4-5 капель 35% раствора
гидроксида натрия. Поставьте чашку на электрическую плитку при небольшом нагреве,
постоянно помешивая содержимое стеклянной палочкой, пока не появится однородная,
прозрачная, желтоватая жикость. Добавьте 2 мл дистиллированной воды и продолжайте
помешивать до полного упаривания воды, после чего снимите с плитки.
Запишите уравнение реакции омыления на примере триглицерида, образованного двумя
остатками пальмитиновой и одним остатком олеиновой кислоты
Опыт 3. Окрашивание запасных жиров семянки подсолнечника реактивом Судан
III
Семя подсолнечника раздавите между двумя предметными стеклами, нанесите каплю
раствора реактива Судан III. Липиды окрашиваются в розовый цвет
Вопросы для коллективного обсуждения:
 Классификация липидов
 Жирные кислоты (строение молекулы). Написать на доске структурные формулы
капроновой, пальмитиновой, стеариновой, олеиновой, линолевой, линоленовой
 Гидрогенизация жирных кислот. Написать на доске уравнение реакции
гидрогенизации любой непредельной жирной кислоты.
 Функции дипидов (глицеридов и восков, фосфолипидов, гликолипидов, стероидов)
Вопросы для самостоятельной работы:
Сравнить физические свойства олеиновой и арахидоновой кислоты
Лабораторная работа №3
Решение задач
Составить структурную формулу трипептида, состоящего из указанных аминокислот и
определить его суммарный заряд (+ или -)
1. серин, аланин, цистеин
2. метионин, глицин, лейцин
3. аланин, фенилаланин, глицин
4. глутаминовая кислота, серин, глицин
5. аргинин, глицин, аланин
6. глутамин, аспарагин, серин
7. цистеин, глицин, аланин
8. треонин, аланин, метионин
9. Валин, лейцин, серин
10. глицин, лейцин, глутаминовая кислота
11. глутамин, аланин, лейцин
12. Валин, цистеин, аланин
Вопросы для коллективного обсуждения:
 Уровни организации белковых молекул: первичный, вторичный, третичный,
четвертичный. Связи, обеспечивающие поддержание эти структур.
 Денатурация белка: обратимая и необратимая.
 Классификация белков в связи с выполняемыми функциями
 Классификация белков по химическому составу (простые и сложные, примеры)
 Природные пептиды, примеры, функции.
 Классификация ферментов по катализируемой реакции
Лабораторная работа № 4
Качественные реакции на углеводы
Опыт 1. Реакция Троммера
В пробирку поместите 1 мл 1% раствора глюкозыи несколько капель раствора
свежеосажденного гидроксида меди ( к 1-2 мл раствора NaOH прилейте несколько
капель раствора CuSO4). Подогрейте пробирку на спиртовке. Происходит образование
осадка закиси меди оранжево-красного цвета. Глюкоза окисляется до глюконовой
кислоты. Запишите уравнение реакции (глюкоза в виде линейной молекулы)
Опыт 2. Реакция серебряного зеркала
В чистую пробирку поместите 5 капель 0,2 н. раствора AgNO3, 5 капель 2 н. NaOH и
несколько капель (до растворения осадка) NH4OH. Образуется аммиачный раствор оксида
серебра Ag2O. К полученному раствору добавьте 4-5 капель 1% раствора глюкозы и
слегка нагрейте в пламени спиртовки. В результате образуется осадок металлического
серебра, выпадающий на дно или оседающий на стенках пробирки в виде серебряного
зеркала. Глюкоза окисляется до глюконовой кислоты
Запишите уравнение реакции взаимодействия глюкозы (в линейной форме) с оксидом
серебра
Опыт 3. Обнаружение восстанавливающих сахаров с помощью реактива Фелинга
В пробирку поместите по 1 мл раствора Фелинга I и II, добавьте несколько капель 1%
раствора глюкозы, нагрейте в пламени спиртовки. Выпадает красный осадок Cu2O.
Глюкоза восстанавливается с образованием многоатомного спирта сорбита
Вопросы для коллективного обсуждения:
1. Строение и изомерия моносахаридов
2. Классификация углеводов
3. Химические свойства моносахаридов
4. Значение углеводов
Лабораторная работа № 5
Витамины
Опыт 1 Восстановление рибофлавина
В пробирку налейте 1 мл раствора рибофлавина, добавьте 1 мл концентрированной серной
кислоты и несколько цинковых стружек. Раствор сначала окрашивается в розовый цвет, а
затем обесцвечивается. В ходе реакции выделяется водород. Определите, какое вещество
является восстановителем рибофлавина в этой реакции.
Опыт 2. Реакция на витамин РР
В пробирку поместите несколько кристаллов сухого витамина РР ( или 1-2 мл раствора
витамина в 10% уксусной кислоте), нагрейте до кипения и добавьте 1-2 мл 5% раствора
ацетата меди. Жидкость становится мутной, затем окрашивается в голубой цвет, а при
стоянии выпадает синий осадок медной соли никотиновой кислоты.
Запишите формулу медной соли никотиновой кислоты.
Опыт 3. Реакция на пиридоксин
В пробирку налейте 1 мл водного раствора пиридоксина, добавьте 2 капли 5% раствора
хлорида железа III, пробирку встряхните. Происходит окрашивание жидкости в красный
цвет вследствие образования комплексной соли фенолята железа. Запишите формулу
фенолята железа.
Вопросы для коллективного обсуждения
1. Каковы источники водорастворимых витаминов?
2. Какова биологическая роль витаминов?
3. Антиоксидантная функция витаминов
Вопросы для самостоятельного изучения
Устойчивость витаминов в процессе кулинарной обработки продуктов
Потери витаминов при хранении продуктов
Лабораторная работа №6
Количественное определение витаминов
Опыт 1. Количественное определение аскорбиновой кислоты йодиметрическим
титрованием в овощах и фруктах
2 г растительного материала тщательно измельчите в ступке с небольшим количеством
битого стекла или натрите на терке, добавьте 10 мл 2% раствора соляной кислоты.
Полученную массу отфильтровать в колбу на 50-100 мл через бумажный фильтр в
стеклянной воронке, добавляя на фильтр небольшими порциями воду. В фильтрат прилить
1 мл 0,5% раствора крахмала и титровать рабочим раствором 0,003 н. I2 до появления
синего окрашивания.
Рассчитайте содержание витамина С по формуле
М=( н*Э/1000) *V, где
н – молярная концентрация эквивалента йода
Э – молярная масса эквивалента аскорбиновой кислоты, равная в данном случае 88 г
V – объем использованного н6а титрование йода в мл.
Для перерасчета на содержание витамина С в 100 г продукта используйте формулу
Х = (М*1000)/2
Сравните результаты, полученные с различным растительным сырьем (сырой и вареный
картофель, яблоки, апельсины, другие фрукты и овощи)
Лабораторная работа №7
Липиды
Опыт 1. Получение масляного экстракта каротинов
Измельчите на мелкой терке 20 г растительного материала, поместите в делительную
воронку, прилейте 50 мл воды и 20 мл растительного масла. Встряхивайте делительную
воронку в течение минуты. Дайте смеси отстояться, после чего отделите масляный
экстракт.
Для опыта можно использовать свежие и замороженные овощи и фрукты (морковь,
сладкий перец, тыкву, помидоры), а также пюре и соки с мякотью
Опыт 2. Определение йодного числа растительных масел
В коническую колбу на 50-100 мл налейте 5 мл 10% раствора растительного масла в
хлороформе, добавьте 1-2 капли 2% раствора крахмала. Оттитруйте смесь 0,05%
раствором йода до появления синей окраски.
Рассчитайте йодное число – количество йода в граммах, присоединяющегося к 100г масла.
Практические занятия
Тема: ОБМЕН ЛИПИДОВ
Контрольные вопросы:
1. Какие железы пищеварительного тракта выделяют ферменты, действующие на
липиды?
1. Напишите реакцию гидролиза нейтрального жира и лецитина.
2. Какова роль желчи в переваривании и всасывании липидов?
3. Чем отличается жир, синтезированный в стенке кишечника, от пищевого жира?
4. Каким путем транспортируется жир от стенки кишечника к тканям?
5. Какие ткани являются жировыми депо?
6. Какие ферменты производят гидролитическое расщепление липидов в органах и
тканях?
7.
-окисления на примере капроновой кислоты.
8. Какова судьба водорода, отщепленного дегидрогеназами от жирных кислот в
-окисления?
9. Какова
-окислении жирных кислот?
10. Какие продукты неполного окисления жирных кислот могут накапливаться в крови и
выделяться с мочой и в каких случаях это бывает?
11. Какие железы внутренней секреции участвуют в регуляции липидного обмена?
Тема: ОБМЕН БЕЛКОВ
Контрольные вопросы:
1. Какие железы пищеварительного тракта выделяют ферменты, действующие на
белки?
2. Какова роль соляной кислоты желудочного сока в переваривании белков?
3. Где и в результате каких превращений образуются токсические продукты – фенол,
крезол, индол, скатол, аммиак? Каким образом и где происходит их
обезвреживание в организме?
4. Назовите основные реакции промежуточного обмена аминокислот.
5. Какие гормоны образуются в организме из аминокислот?
6. Как определить азотистый баланс и вычислить, какое количество белка распалось в
организме?
Тема: БИОХИМИЧЕСКАЯ АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМА К МЫШЕЧНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Контрольные вопросы:
1. В чем состоит сущность процессов адаптации организма к физическим нагрузкам?
2. На какие два этапа подразделяют адаптацию организма к физическим нагрузкам?
Дайте характеристику каждого этапа.
3. Как изменяется соотношение интенсивности анаэробных и аэробных процессов: а)
в состоянии покоя; б) в начале мышечной работы; в) при дальнейшей
деятельности; г) в период отдыха?
4. Почему МПК спринтера меньше МПК лыжника? Приведите схему
последовательного включения различных механизмов ресинтеза АТФ в организме
спринтера и лыжника в период тренировочного процесса.
5. Как можно объяснить состояние утомления с точки зрения биохимических
процессов, протекающих в мышцах?
6. На примере восстановления запасов креатинфосфата в мышцах в период отдыха
объясните явление суперкомпенсации.
Тема: БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРИНЦИПЫ СПОРТИВНОЙ
ТРЕНИРОВКИ
Контрольные вопросы:
 Каковы основные принципы спортивной тренировки? Как они согласуются с
процессами адаптации организма к мышечной нагрузке?
 Каковы правила выбора момента повторения работы на основании явления
суперкомпенсации?
 В чем заключается специфичность биохимической адаптации организма в процессе
тренировки? Приведите примеры.
 По каким биохимическим показателям отличается тренированный организм от
нетренированного?
 Каковы основные принципы питания спортсменов?
 Используя формулу сбалансированного питания спортсменов, рассчитайте
количество (в г) белков, жиров и углеводов в суточном рационе: а) лыжника; б)
велогонщика; в) хоккеиста; г) боксера.
Модуль «Молекулярная биология»
Лабораторные занятия
Лабораторная работа № 1. Идентификация патогенных бактерий с использованием
полимеразной цепной реакции (виртуальная лаборатория).
План работы:
1. Выделение тотальной бактериальной ДНК из образцов проб крови пациентов.
2. Амплификация фрагментов ДНК, кодирующих 16S рРНК.
3. Секвенирование фрагментов ДНК.
4. Анализ полученных последовательностей ДНК и идентификация бактерий.
Вопросы для коллективного обсуждения:
1. Как осуществляется полимеразная цепная реакция? Для чего ее используют?
2. Как отделить фрагменты ДНК, необходимые для данного анализа, от других
фрагментов ДНК?
3. Как работает ДНК-секвенсор?
Лабораторная работа № 2. Синтез РНК и белка.
План работы: решение задач по теме.
Вопросы для коллективного обсуждения:
 Отличительные особенности транскрипции у прокариот и эукариот.
 Регуляция транскрипции.
 Свойства генетического кода.
 Этапы синтеза белка в клетке.
 Регуляция трансляции у прокариот и эукариот.
Лабораторная работа № 3. Репликация. Механизмы репарации.
План работы: решение задач по теме.
Вопросы для коллективного обсуждения:
 Белки и ферменты, участвующие в репликации ДНК.
 Принципы репликации.
 Обратная транскрипция.
 Типы репарации ДНК.
Лабораторная работа № 4. Механизмы генетической рекомбинации.
План работы: решение задач по теме.
Вопросы для коллективного обсуждения:
 Типы генетической рекомбинации.
 Молекулярный механизм гомологической рекомбинации.
 Сайт-специфическая рекомбинация.
 Конверсия генов.
Лабораторная работа № 5. Вирусы, плазмиды и транспозоны.
План работы: решение задач по теме.
Вопросы для коллективного обсуждения:
1. Типы генетического материала и механизм его репликации у разных вирусов.
2. Типы взаимодействия вируса с клеткой-хозяином.
3. Бактериальные плазмиды и эписомы.
4. Подвижные генетические элементы бактерий и эукариот.