ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНТСТВА ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНО- МУ РАЗВИТИЮ» «СОГЛАСОВАНО» Декан медико-биологического факуль- тета профессор ________________ С.И. Карась «УТВЕРЖДАЮ» Проректор по учебной работе профессор ________________ А.И. Венгеровский РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по биохимии по специальности 060112.65 Медицинская биохимия Курс − 3, 4, 5 Семестры − 5, 6, 8, 9, 10 Кафедра биохимии и молекулярной биологии. Учебные часы по Государственному образовательному стандарту Министерства образования и науки Российской Федерации и Министерства здравоохранения и социального развития − 873 ч Учебные часы по действующему учебному плану − 893 ч Лекции − 235 Практические занятия − 360 Самостоятельная работа − 298 ч Зачет- 5, 10 семестр Экзамен −6, 8, 9, 10 семестр ОБЪЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к программе по биохимии Программа адаптирована ко всему периоду обучения студентов на кафедре биохимии медико-биологического факультета, включает все новейшие данные в области биологической химии, молекулярной биологии и физико-химической биологии.
Transcript
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНТСТВА ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНО-
МУ РАЗВИТИЮ»
«СОГЛАСОВАНО»
Декан медико-биологического факуль-тета профессор ________________
С.И. Карась
«УТВЕРЖДАЮ» Проректор по учебной работе профессор ________________
А.И. Венгеровский
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по биохимии
по специальности 060112.65 Медицинская биохимия
Курс − 3, 4, 5 Семестры − 5, 6, 8, 9, 10 Кафедра биохимии и молекулярной биологии. Учебные часы по Государственному образовательному стандарту Министерства образования и науки Российской Федерации и Министерства здравоохранения и социального развития − 873 ч Учебные часы по действующему учебному плану − 893 ч Лекции − 235 Практические занятия − 360 Самостоятельная работа − 298 ч Зачет- 5, 10 семестр Экзамен −6, 8, 9, 10 семестр
ОБЪЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к программе по биохимии
Программа адаптирована ко всему периоду обучения студентов на кафедре
биохимии медико-биологического факультета, включает все новейшие данные в области биологической химии, молекулярной биологии и физико-химической биологии.
2В связи с этим, структура программы скомпонована таким образом, чтобы
студенты последовательно, начиная с изучения основ биологической химии, пе-реходили к более углубленному изучению наиболее важных и фундаментальных разделов современной биохимии, таких как структура и функция белков с мето-дами белковой химии, ферментативная кинетика, структура и функция нуклеино-вых кислот с методами их получения и изучения физико-химических свойств, биоэнергетика с основами термодинамики и, наконец, химия патологических процессов.
Целый ряд частных вопросов метаболизма сознательно опущен в связи с тем, что с методической точки зрения они не способствуют становлению биохи-мического мышления и лишь только значительно увеличивают объем информа-ции, который может быть легко усвоен специалистом-выпускником в случае его конкретной профессиональной ориентации самостоятельно без каких-либо за-труднений.
Представленная программа состоит из следующих разделов: 1. Общая биохимия 2. Клиническая биохимия. 3. Химия патологических процессов. 4. Биоэнергетика. 5. Энзимология. 6. Методы биохимических исследований 7.Система гемостаза.
В разделе «Общая биохимия» рассматриваются основные сведения о физи-ко-химических свойствах биомолекул и методах их выделения и изучения, цен-тральные пути метаболизма и принципы регуляции на клеточном и организаци-онном уровне.
В разделе «Энзимология» представлены вопросы кинетики ферментативно-го катализа, механизма каталитического действия ферментов и анализ кинетиче-ских кривых.
В разделе «Химия патологических процессов» разбираются вопросы воз-никновения и развития основных патологических процессов и состояний с точки зрения физико-химической биологии.
В разделе «Клиническая биохимия» изучаются проблемы лабораторной ди-агностики, основные биохимические показатели заболеваний человека. Данный раздел представляется чрезвычайно актуальным в связи с тем, что выпускники медико-биологического факультета плодотворно трудятся в клинико-диагностических лабораториях медицинских учреждений.
В разделе «Биоэнергетика» изучаются строение и функционирование хлоро-
пластов и митохондрий, а также механизмы продукции и расходования энергии в клетке.
В разделе «Современные методы биохимических исследований» разбирают-ся принципы, лежащие в основе широкого круга методов исследования медико-биологических объектов, и области их применения.
понентов системы гемостаза. Стадии свертывания крови. Изучаются тррооммббооцции--ттааррнноо--ссооссууддииссттыыйй ии ккоагуляционный ггееммооссттаазз.. ДДааююттссяя ппррееддссттааввллееннииее оо мметодах определения показателей гемостаза. Характеризуются компоненты фибринолити-ческой системы и биохимические критерии активации фибринолиза
В связи с этим представляется возможным в рамках медико-биологического факультета готовить специалистов-биохимиков, ориентированных на решение проблем медицинской патологии на базе современных знаний по биохимии и мо-лекулярной биологии, которые хорошо представляют вопросы теории, владеют основными методами биохимических исследований, способны планировать и грамотно решать различные медико-биологические проблемы.
В программе обучения запланированы три практики: учебная - по технике лабораторных работ (6 семестр), производственная - клинической биохимии на базах лечебно-профилактических учреждений (8 семестр); научно-производственная (преддипломная) - по современным методам биохимических исследований на базах научно-исследовательских институтов и кафедр (10 се-местр).. На кафедре разработаны положения о практике, где изложены цели и за-дачи практики и требование к оформлению отчетов.
Целью лаборантской практики является закрепление навыков работы в био-химической лаборатории (расчет, приготовление и хранение реактивов, получе-ние биологического материала и работа с ним).
Целью производственной практики являются: знакомство с работой клини-ко-диагностической лаборатории, закрепление знаний и практических навыков по клинической биохимии, самостоятельное выполнение биохимических методик и анализ лабораторных показателей, применяемых для диагностики заболеваний.
Целью научно-производственной биохимической (преддипломной) практи-ки является углубление знаний по различным теоретическим разделам биохимии, закрепление практических навыков, освоение современных методов исследования и представления результатов.
Заканчивается процесс обучения защитой дипломной работы в 12 семестре. Дипломная работа на МБФ являются самостоятельными работами студентов и представляют важный этап подготовки специалиста "врача-биохимика". Выпол-нение дипломной работы способствует развитию самостоятельного мышления, умению связывать теоретические знания с практикой, дает навыки для написания научного отчета или статьи. Качественная дипломная работа представляет собой творческое решение научно-исследовательской или научно-практической задачи с использованием знаний, полученных на разных кафедрах в процессе обучения на факультете. Дипломная работа должна отражать уровень современных знаний по выбранной проблеме.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ БИОХИМИ
Основной целью преподавания дисциплины «Биохимия» студентам, обу-чающимися по специальности «медицинская биохимия» является изучение орга-низации метаболизма и его регуляции.
4Задачами раздела общей биохимии являются: 1. Знакомство со структурой, свойствами и функциями основных биомоле-
кул. 2. Изучение путей метаболизма нуклеиновых кислот, белков, углеводов и
липидов и их взаимосвязей. 3. Изучение этапов энергетического обмена, способов запасания и расходо-
вания метаболического топлива клетками. 4. Формирование представлений об основных принципах регуляции и их ме-
ханизмах.
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО БИОХИМИИ (раздел «ОБЩАЯ БИОХИМИЯ»), 5 и 6 семестры
Тема №
п/п
5 семестр
Количество часов лекций
Количество часов практи-ческих заня-
тий
1. Предмет, задачи и методы биохимии. 2 3 2. Аминокислоты, пептиды, белки. . 10 18 3. Ферменты 8 15 4. Витамины 4 6 5. Структура и обмен нуклеиновых кислот 6 6
6. Внешний обмен белка 2 3 Промежуточный обмен белка 8
Итого: 40 часов
9 Итого: 60 часов
7.
6 семестр
Зачет 6 семестр
8. Углеводы и обмен углеводов. 10 25 9. Липиды и обмен липидов. 8 25
Взаимосвязь обменов веществ. 2 10 10. 11. Биологическое окисление. 6 10 12. Гормональная регуляция обмена веществ. 8 15 Экзамен Итого: 34 час Итого: 85 час.
5
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО БИОХИМИИ (Раздел – ОБЩАЯ БИОХИМИЯ)
СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ
Тема 1. Предмет биохимии. 1.Задачи и возможности биохимии. Разделы науки. Основные этапы становления биохимии. Связь с другими науками. Материалы для исследования. Уровни изу-чения обмена веществ в организме. Тема 2. Аминокислоты, пептиды, белки. Структура, свойства, функции. Вы-деление и очистка. 1.Строение, физико-химические свойства и классификация аминокислот, 2.Биологическое значение. 3.Способы разделения и идентификации. 4.Пептидная связь. Первичная структура белков. 5.Связь первичной структуры и пространственной конформации. 6.Способы расшифровки первичной структуры. 7.Вторичные структуры белков. Фибриллярные белки. Коллаген. 8.Третичная конформация белков. Виды связей, их стабилизирующие. 9. Четвертичная конформация. 10. Связь нативной структуры и биологической активности белков. Шапероны и прионы. 11. Растворы белков – как коллоидные системы. 12. Высаливание. 13.Денатурация. 14.Изоэлектрическое фокусирование. 15.Препаративное и дифференциальное центрифугирование. 16. Хроматография. 17. Электрофорез. 18.Биологически активные пептиды. 19.Простые белки. Альбумин. Гистоны. 20. Примеры белков различного состава и конформации. Коллаген. Гемоглобин, миоглобин. Тема 3. Ферменты. 1. Химическая природа. 2. Сходство и отличия от неорганических катализаторов. 3.Локализация и структурная организация ферментов и ферментные комплексы. 4. Конститутивные и адаптивные ферменты. 5.Структура ферментов. Механизмы катализа. 6.Кинетика ферментативного катализа. 7.Классификация ферментов. 8.Способы определения активности ферментов.
69. Регуляция скорости ферментативных процессов. Зависимость от условий сре-ды. Ингибиторы и активаторы. Изоферменты. Компартментализация клетки. 10. Аллостерические ферменты. Тема 4. Витамины. 1. Понятие о витаминах. История открытия. 2.Источники витаминов. Понятие нормы потребления. Причины гипер-, гипо- и авитаминозов. 3. жирорастворимые витамины – участники важнейших процессов жизнедеятель-ности. 4.Водорастворимые витамины – как кофакторы ферментов. Тема 5. Структура и обмен нуклеиновых кислот. 1. Строение, свойства, локализация в клетке ДНК и РНК. 2. Функции нуклеиновых кислот и нуклеотидов. 3. Внешний обмен нуклеиновых кислот. 4. Промежуточный обмен: синтез и распад пуриновых и пиримидиновых нуклео-тидов. Нарушения обмена. 5. Механизмы репликации. Характеристика ДНК-полимераз. 6. Механизмы транскрипции. Характеристика РНК-полимераз. Сплайсинг РНК. 7. Трансляция. Этапы. Ферменты. Процессинг белковых молекул. 8. Регуляция и нарушения процессов синтеза ДНК, РНК и белка. Тема 6. Внешний обмен белков. 1. Понятие азотистого баланса. Потребность в аминокислотах и белках. 2. Протеиназы желудочно-кишечного тракта. Специфичность, оптимум рН. 3. Состав желудочного и кишечного соков. Регуляция секреции. 4.Роль соляной кислоты. 5. Механизмы всасывания аминокислот в кишечной стенке. 6. Превращение аминокислот в толстом кишечнике. Образование токсинов и их обезвреживание. Реакции конъюгации с ФАФС и УДФ-глюкуроновой кислотами. Тема 7. Промежуточный обмен белка. 1.Пополнение внутриклеточного пула аминокислот. 2.Общие и специфические пути обмена аминокислот. 3.Синтез заменимых аминокислот. 4. Механизмы дезаминирования аминокислот. 5. Механизмы трансаминирования. Роль пиридоксальфосфата. 6.Декарбоксилирование аминокислот. Биогенные амины. 7. Судьба углеродного скелета аминокислот. Глико- и кетогенные аминокислоты. 8. Примеры нарушения обмена аминокислот. 9. Конечные продукты обмена белков. Механизмы токсичности аммиака. 10. Утилизация и обезвреживание аммиака. 11.Пути утилизации аминокислот без освобождения аммиака.
7Тема 8.Углеводы и обмен углеводов. 1. Роль углеводов в процессах жизнедеятельности. 2. Внешний обмен углеводов. Амилазы и дисахаридазы. 3. Всасывание сахаров в кишечной стенке. Взаимопревращения гексоз. Фосфори-лирование. 4.Промежуточный обмен глюкозы. Проникновение в клетки. 5. Анаэробные и аэробные пути обмена. Взаимоотношения брожения и дыхания. 6.Гликолиз. Ферменты. Этапы. Продукты. Регуляция. 7.Шунты гликолиза. Биологическое значение. 8. Аэробный путь обмена глюкозы. Декарбоксилирование пирувата. Роль витами-нов. 9. Окисление универсального метаболического топлива –ацетил-КоА. Цикл Креб-са. 10.Глюконеогенез. ферменты. Биологическое значение. 11. Обмен гликогена. Регуляция. Тема 9. Липиды и обмен липидов. 1. Классификация, свойства и роль липидов в организме. 2.Внешний обмен липидов. Желчные кислоты. Липазы. 3.Всасывание продуктов гидролиза липидов. Энтерогепатическая рециркуляция желчных кислот. 4. Ресинтез жиров в кишечнике. 5. Транспортные формы липидов в крови. Состав, формирование и роль липопро-теиновых комплексов в обмене липидов. ЛП-липазы тканевых капилляров. 6.Промежуточный обмен липидов. Липолиз. Окисление жирных кислот. Энерге-тическая ценность. 7. Метаболизм кетокислот. Биологическое значение. 8. Метаболизм глицерина. Взаимосвязь углеводного и липидного обменов. 9.Липогенез. Синтез жирных кислот, нейтральных липидов, фосфолипидов. 10. Обмен холестерина. 11. Регуляция и нарушения липидного обмена. Тема 10. Взаимосвязь обменов веществ. Характеристика метаболизма клеток млекопитающих. Этапы энергетического обмена. 1.Взаимосвязь обмена углеводов и липидов, углеводов и белков, липидов и бел-ков. 2. Роль нуклеотидов в обмене веществ. 3. Метаболические «перекрестки». 4.Запасы метаболического топлива в организме и его расходование. Тема 11. Биологическое окисление. 1. Формы аккумулирования энергии в живой клетке. 2. Адениновые нуклеотиды –универсальные аккумуляторы энергии. 3. Субстратное и окислительное фосфорилирование. 4.Гипотезы сопряжения окисления и фосфорилирования.
85.Хемиоосмотическая гипотеза Митчелла. 6. Структура ферментных комплексов внутренней мембраны митохондрий. 7.АТФ-аза – фактор сопряжения дыхания и фосфорилирования. 8. Ингибиторы дыхания, фосфорилирования и разобщители дыхания и фосфори-лирования. 9. Эффективность фосфорилирования, коэффициент дыхания. Тема 12. Гормональная регуляция обмена веществ. 1. Понятие о гормональной регуляции. Связь с нервной и внутриклеточной систе-мами регуляции. 2.Классификация гормонов по химической структуре. 3.Механизмы действия гормонов. Рецепторы, вторичные посредники. 4.Рилизинг –факторы гипоталамуса. 5.Тропные гормоны гипофиза. Соматотропный гормон. 6.Гормоны щитовидной и паращитовидных желез. 7. Гормоны поджелудочной железы. 8. Катехоламины. 9. Стероидные гормоны.
СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Тема 1. Предмет, задачи и методы биохимии. 1. Знакомство со структурой практикума по общей биохимии. Правила
поведения и техника безопасности в лаборатории. Посуда. Оборудование. 2. Работа на фотоэлектроколориметре и спектрофотометре. Выбор кювет,
фильтра, длины волны.
Тема 2. Аминокислоты. Пептиды. Белки. Структура, свойства, функции. Выделение и очистка. 1.Цветные реакции на аминокислоты и белки. 2. Хроматографическое разделение смеси аминокислот. 3. Осаждение белков из растворов. Высаливание. Денатурация солями тяжелых металлов, минеральными и органическими кислотами, щелочами, алкалоидами. Тепловая денатурация. 4. Диализ. 5.Изоэлектрическая точка белка. 6. Качественные реакции на сложные белки. 7.Количественное определение белка. Построение калибровочного графика. Ме-тод Лоури, Брэдфорд. Биуретовый и микробиуретовый методы. Спектрофотомет-рическое определение количества белка. 8. Понятия правильности, воспроизводимости, специфичности и чувствительно-сти методов. Тема 3. Ферменты
91. Свойства ферментов. Субстратная специфичность, зависимость активности от температуры, рН среды, наличия активаторов и ингибиторов. 2. Определение активности ферментов. 3. Решение задач по кинетике ферментативных реакций. 4.Семинар: «Регуляция скорости ферментативных реакций». Тема 4. Витамины. 1.Качественное и количественное определение витаминов. 2.Семинар; «Водорастворимые витамины –как кофакторы ферментов». 3. Реферативные сообщения о роли витаминов в обмене веществ. Тема 5. Структура и обмен нуклеиновых кислот. 1. Выделение ДНК и РНК из биологического материала. 2. Определение чистоты и нативности выделенных препаратов нуклеиновых ки-слот. 3. Количественное определение содержания нуклеиновых кислот. 4. Конечные продукты распада нуклеотидов. Определение мочевой кислоты. 5.Семинар: « Механизмы репликации, транскрипции и трансляции». Тема 6. Внешний обмен белков. 1.Состав желудочного сока. Определение фракций соляной кислоты в желудоч-ном соке. 2. Семинар: «Потребность в белковой пище. Биологическая ценность белков» Тема 7. Промежуточный обмен белка. 1.Определение активности аминотрансфераз. 2. Фракции остаточного азота. 3. Реферативные сообщения; «Обмен аминокислот и нарушения обмена». 4. Конечные продукты обмена аминокислот. Определение мочевины крови. 5. Семинар; «Значение белкового обмена. Особенности обмена белков в разных органах и тканях». Тема 8. Углеводы и обмен углеводов. 1.Выделение гликогена из биологического материала. 2.Количественное определение гликогена в печени и мышцах. 3. Определение содержания глюкозы в биологических жидкостях и тканях. Редук-тометричекий, колориметрический и глюкозооксидазный методы. 4. Определение конечных продуктов гликолиза –пирувата и лактата в тканях и крови. 5. Семинар; «Взаимоотношения брожения и дыхания». 6. Тема 9. Липиды и обмен липидов. 1.Внешний обмен липидов. Исследование влияния желчи на гидролиз липидов молока, масла и желтка панкреатином.
102.Выделение нейтральных и полярных липидов из желтка яиц. 3. Тонкослойная хроматография фракций нейтральных и полярных липидов. 4. Семинар; « Структура и обмен липопротеинов». 5.Реферативные сообщения; «Биологически активные липиды» Тема 10. Взаимосвязь обменов. Характеристика метаболизма клеток млеко-питающих. Этапы энергетического обмена. 1.Реферативные сообщения; « Запасы метаболического топлива в организме». 2. Семинар; «Метаболические перекрестки». Тема 11. Биологическое окисление. 1.Семинар; «Аккумулирование энергии в клетке», «Строение и функционирова-ние ферментов внутренней мембраны митохондрий», «Сопряжение дыхания и фосфорилирования». Тема 12. Гормональная регуляция обмена веществ. 1. Семинар: « Классификация гормонов по механизму действия». 2. Реферативные сообщения:. 3. Лабораторная работа: «Влияние адреналина и инсулина на содержание сахара крови».
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО БИОХИМИИ, РАЗДЕЛ «КЛИНИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ», 8 семестр
В процессе изучения клинической биохимии решаются следующие задачи:
1. Познакомить студентов с принципами, понятиями и объемом биохимических исследований в лабораторной диагностике
2. Показать зависимость между нарушением структуры, функций органов и их биохимическими показателями в плазме крови
3. Выявить основные закономерности нарушений белкового, липидного, угле-водного обменов при заболеваниях человека
зы 1. Определение активности α-амилазы. Определение активности трипсина
Тема 6. Сахарный диабет
1. Определение содержания глюкозы натощак 2. Глюкозотолерантный тест. Постпрандиальная гипергликемия
Тема 7. Заболевания сердечно-сосудистой системы
1. Определение содержания общих липидов, холестерола 2. Определение содержания триацилглицерола, β-липопротеинов 3. Энзимодиагностика заболеваний сердца. Определение активности креатин-
фосфокиназы 4. Определение активности лактатдегидрогеназы. Семинар: «Патология под-
желудочной железы и ее лабораторная диагностика. Биохимические показа-тели заболеваний сердечно-сосудистой системы»
17Тема 8. Заболевания почек
1. Фильтрационная, реабсорбционная функции почек. Определение содержа-ния мочевины, креатинина и мочевой кислоты. Определение клиренса креа-тинина
2. Определение содержания белка в моче сульфосалициловым и пирогалоло-вым методами.
3. Экспресс методы определения содержания белка, глюкозы, кетоновых тел в моче. Семинар «Патология почек и ее лабораторная диагностика»
Тема 9. Водно-электролитный обмен
1. Определение содержания кальция, фосфора 2. Определение содержания меди в сыворотки крови
ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ УМЕНИЙ ПО КЛИНИЧЕСКОЙ БИОХИМИИ
После окончания изучения дисциплины «Клиническая биохимия» студент
должен: 1. Иметь представления:
о методических подходах при оценке нарушений метаболизма о возможностях биохимических исследований в клинике о стандартах, используемых в клинической биохимии о проблемах контроля качества об унифицированных методах исследования
2. Знать:
Применение биохимических методов для скрининговых, профилакти-ческих, диагностических целей, их использование для оценки эффективно-сти лечения и степени выздоровления
Основные биохимические критерии при оценке функций печени, поджелудочной железы, сердечно-сосудистой системы, почек
Правила работы с реактивами, пожарной безопасности Правила работы с биологическими жидкостями
3. Уметь: Определить содержание общего белка и белковых фракций Определить концентрацию общего, свободного и связанного билиру-
бина Определить активность аланинаминотрансферазы, щелочной фосфа-
тазы, амилазы, креатинфосфокиназы Определить содержание общих липидов, холестерола, триглицеридов
18Определить содержание общего железа, железосвязыавющей способ-
ности Определить содержание мочевины, креатинина Интерпретировать полученные данные
4. Овладеть навыками: работы с лабораторным оборудованием, реактивами приготовления реактивов центрифугирования хранения опасных веществ утилизации отходов
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО БИОХИМИИ, РАЗДЕЛ «БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ КЛЕТКИ»,
9 семестр
В процессе изучения дисциплины “Биоэнергетические механизмы клетки” решаются следующие задачи:
1. Изучить о процесс фотосинтеза, иметь представление о стандартной свободной энергии и причинах макроэргичности молекулы АТФ.
2. Иметь представление о стандартном восстановительном потенциале и его значении для процессов биоэнергетики.
3. Представлять устройство компонентов и комплексов дыхательной цепи митохондрий и механизмы транспорта через мембраны митохондрий
4. Представлять суть гипотез сопряжения окисления и фосфорилирования.
устройство и функционирование протонной АТФ-азы митохондрий 5.Ориентироваться в процессах регуляция энергетического обмена в клетке,
представлять устройство генома митохондрий, его мутациях. И митохондриаль-ных болезнях.
6. Иметь представление о методических подходах к исследованию функции митохондрий и энергетического обмена.
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
по Биохимии, раздел “Биоэнергетические механизмы клетки»
№ п/п Тема Количество часов лекций
Количество ча-сов практиче-ских занятий
1 Общее представление о биоэнерге-тических механизмах. Фотосинтез.
3 Этапы унификации продукции энергии в клеточных процессах. Гликолиз. Цикл трикарбоновых кислот. Представление о стандарт-ном восстановительном потенциа-ле и его значение для процессов биоэнергетики.
4 5
4 Источники электронов и их пере-нос по компонентам дыхательной цепи митохондрий.
4 5
5 Роль ингибиторного анализа в изу-чении функционирования мито-хондрий. Химическая и конформа-ционная гипотезы энергетического сопряжения окисления и фосфори-лирования.
4 5
6 Хемоосмотический принцип энер-гетического сопряжения Питера Митчелла. Экспериментальное подтверждение хемоосмотической гипотезы. Прямой и обратный пе-ренос электронов в дыхательной цепи.
8 Методические подходы к исследо-ванию функции митохондрий и энергетического обмена.
2 5
9 Транспорт через мембраны мито-хондрий.
2 5
10 Регуляция энергетического обмена в клетке.
6
11 Строение генома митохондрий и его мутации. Митохондриальные болезни.
2 5
Итого: 38 часов Итого: 60 часовЭкзамен
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
20“Биоэнергетические механизмы клетки”
СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ
Тема 1. Общее представление о биоэнергетических механизмах. Фото-
синтез. История развития биоэнергетики и формирование современных представле-
ний. Роль советских учёных в развитии взглядов об окислительном фосфорилиро-вании. Общий план энергетики клетки. Основной источник и пути превращения энергии на земле. Фотосинтез: основные реакции и общая схема. Молекулярная организация фотосинтезирующих систем. Механизм фотосинтеза и транспорт электронов в окислительной цепи хлоропластов, роль I и II систем фотосинтеза. Циклический и ациклический потоки электронов по системам фотосинтеза, их основные различия. Сопрягающие факторы реакций фотосинтеза, их топогра-фия в мембране. Энергетический выход фотосинтеза, образование органических продуктов в темновой фазе фотосинтеза, функции цикла Кальвина. Тема 2. Законы термодинамики в механизмах биоэнергетики. Стандартная свободная энергия. Природа макроэргичности молекулы АТФ.
Законы термодинамики, философские категории в биоэнергетике. Понятие о свободной энергии химических реакции, стандартной свободной энергии (ΔGo). Экзэргонические, эндэргонические химические реакции. Условия термодинами-ческого анализа биохимических систем. Определение стандартной свободной энергии гидролиза АТФ. Структурные аспекты, природа макроэргичности мо-лекул АТФ. Факторы, влияющие на стандартную свободную энергию гидро-лиза АТФ. Общая характеристика макроэргических соединений, роль макроэргов в клеточном метаболизме, их классификация. функция адениловой системы. Ве-личина стандартной свободной энергии АТФ. Представление об энергетическом заряде Аткинсона для аденилнуклеотидов. Особенности обмена и функции дру-гих нуклеотидтриофосфатов. Тема 3. Этапы унификации продукции энергии в клеточных процессах. Представление о стандартном восстановительном потенциале и его значение для процессов биоэнергетики.
Общий план энергетики клетки. Этапы унификации энергии, разложение полимеров до СО2 и Н2О, протонов и электронов. Основные метаболические пути, связанные с накоплением и использованием высокоэнергитических продуктов: гликолиз, цикл трикарбоновых кислот, пентозофосфатный путь, липолиз, глю-конеогенез. лимитирующие реакции и регулирующие ферменты. Гликолиз - I и II этапы, роль процессов анаэробного окисления и обеспечение клеток энергией, пути образования макроэргов в клетке. Механизмы аккумуляции энергии при субстратном фосфорилировании: окисление ФЭП; 1-3 ДФГ и кетокислот. Харак-теристика донора, акцептора, сопрягающего компонента в реакциях. структури-рованность процессов. Окислительное фосфорилирование. Представление о стандартном восстановительном потенциале, уравнение Нернста.
21 Тема 4. Источники электронов и их перенос по компонентам дыхательной цепи митохондрий.
Общая характеристика процессов тканевого дыхания. Перенос электронов по дыхательной цепи митохондрий. основные ферменты - переносчики. Пири-дин-зависимые дегидрогеназы. Спектральная характеристика ферментов, содер-жание пиридиннуклеотидов в клетках различных тканей, их компартментали-зация, соотношение окисленных и восстановленных форм. Флавопротеиды. особенности строения и функционирования сукцинатдегидрогеназы, её роль в цикле трикарбоновых кислот и дыхательной цепи митохондрии. Убихинон, цито-хромы a, b, c - их строение, физико-химические свойства. Спектральные харак-теристики. Характер связи гемов с белковой частью цитохромов. Роль ионов металлов. Характеристика потоков электронов по дыхательной цепи, доказа-тельство последовательности переносчиков электронов. Стехиометрия перенос-чиков, их удельная активность и отношения в дыхательной цепи. Процессы фос-форилирования в мембранах митохондрий. Доказательство локализации пунктов фосфорилирования и их соответствие термодинамическим расчётам. Значение ЦТК в энергетическом обмене. Тема 5. Роль ингибиторного анализа в изучении функционирования мито-хондрий. Химическая и конформационная гипотезы энергетического сопря-жения окисления и фосфорилирования.
Соединения, используемые для исследования переноса электронов по дыха-тельной цепи. Роль ингибиторов и ингибиторного анализа в изучении функцио-нирования митохондрий. Шунтирующие дыхательную цепь препараты, разоб-щающие агенты. Механизм их действия. Структурная организация энергетиче-ских процессов и механизмы окислительного фосфорилирования. Сопрягающие мембраны. Типы трансформации энергии в мембранах. Основные гипотезы энергетического сопряжения окисления и фосфорилирования. Химическая гипо-теза - экспериментальные предпосылки её возникновения и развития. Наиболее сильные и слабые места гипотезы химического сопряжения. Доказательства су-ществования фосфорилированного интермедиата. Конформационная гипотеза, как вариант химической гипотезы сопряжения окисления и фосфорилирования. Основные экспериментальные предпосылки её возникновения. Тема 6. Хемоосмотический принцип энергетического сопряжения Питера Митчелла. Экспериментальное подтверждение хемоосмотической гипотезы. Прямой и обратный перенос электронов в дыхательной цепи.
Хемоосмотический принцип энергетического сопряжения по П.Митчеллу. История, предпосылки возникновения и развития хемоосмотической гипотезы. Основные положения. Экспериментальные подходы в изучении топографии пе-реносчиков дыхательной цепи во внутренней мембране митохондрий. Совре-менные представления о локализации дыхательных переносчиков и транспорт электронов в мембране. Перенос протонов через мембрану и образование элек-трохимического градиента протонов согласно гипотезе П.Митчелла. Подробная
22характеристика 1, 2, 3 и 4 участков дыхательной цепи. Трансгидрогеназное звено дыхательной цепи, как 4 пункт сопряжения в дыхательной цепи митохондрий. Прямой и обратный перенос электронов в дыхательной цепи, изменение мем-бранного потенциала. Соотношение окисленных и восстановленных форм НАД, НАДФ в зависимости от направления потока электронов. Функция трансгидроге-назного звена в условиях гипоксии и субстратного голодания. Эксперименталь-ное подтверждение хемоосмотической гипотезы: изучение мембраны, её потен-циала, протондвижущей силы, механизм действия разобщителей и ионофоров. Тема 7. Строение и функционирование протонной АТФ-азы митохондрий. Реконструкция цепи окислительного фосфорилирования.
Механизм синтеза АТФ, характеристика АТФ-синтетазы. Сопрягающие факторы F1, F2, F6 и OSCP. АТФ-синтетазная и АТФ-азная активность препара-тов. Реконструкция сопрягающего устройства, его топография. Роль олигоми-цина в нзучении механизма синтеза АТФ. Реконструкция цепи окислительного фосфорилирования. Экспериментальное подтверждение сопряження переноса электронов и синтеза АТФ. Реконструкции СМЧ с бактериородопсином и оли-гомицинчувствительной АТФ-азы митохондрий Э.Рэкером и У.Стоккениусом. Окончательное доказательство хемоосмотической гипотезы. Взаимосвязь энер-гии переноса электронов и химической энергии. Тема 8. Методические подходы к исследованию функции митохондрий и энергетического обмена
Пути преобразования и использования энергии в клетке. Митохондрии как основные энергетические станции клетки. Методические подходы к исследова-нию функции митохондрий и энергетического обмена. Полярографический ме-тод изучения скорости дыхания митохондрии. Основные метаболические со-стояния органелл. Ферменты митохондрий, их компартментализация. Прони-цаемость и транспорт через митохондриальные мембраны. Активный перенос ионов: протонный, кальциевый насосы. Взаимоотношение транспорта ионов Ca2+ и окислительного фосфорилирования. Тема 9. Транспорт через мембраны митохондрий
Обменно-диффузные реакции в мембране митохондрий. Характеристика ос-новных переносчиков: адениновых нуклеотидов, фосфата, ди- и трикарбоно-вых кислот: кетоглутарат, пирувата и других. Компартментализация энергети-ческих процессов в клетке. Содержание пирндиннуклеотидов, адениннуклеоти-дов, субстратов в цитозоле и митохондриях. Челночные механизмы транспорта восстановленных эквивалентов пиридиннуклеотидов и субстратов. Малатный, глицерофосфатный и пируват-малатный циклы. Роль мембран в метаболизме клетки. Тема 10. Регуляция энергетического обмена в клетке.
Взаимоотношения гликолиза и тканевого дыхания. Эффекты Пастера и Крэб-три. Регуляция энергетического обмена. Краткая характеристика регуляторных
23ферментов. Гликолиз. Основные лимитирующие реакции. ФФК, как важнейший регуляторный фермент углеводного и энергетического обменов. Циклы субстрат-ных взаимопревращений, их роль в усилении регуляции. Представление об авто-колебаниях и автономной регуляции энергетического обмена. Гексокиназа и пи-руваткиназа, регуляция их активности. Основные ферменты синтеза и расщепле-ния гликогена и их регуляция. Глюконеогенез, источник и пути образования глю-козы. Ключевая роль синтеза ФЭП. Основные лимитирующие реакции глюконе-огенеза, роль активности их ферментов. Роль митохондрий в этом процессе, гор-мональная регуляция глюконеогенеза. Соотношение гликолиза, липолиза и глю-конеогенеза в клетке. Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), регулирующие фер-менты, изменение направления реакций цикла Кребса, пути образования янтар-ной кислоты за счёт обращения ЦТК, окисления липидов, глутаминовой кислоты. Регуляция цикла Кребса соотношением окисленными и восстановленными фор-мами ПН. Механизм переключения ЦТК образования янтарной кислоты, значение для энергетического обмена в условиях гипоксии. Пути утилизации сукцината. Регуляция основных метаболических путей энергетическим статусом клетки. Роль адениловой системы: АТФ, АДФ, АМФ, субстратов, цитрата, ацетил КоА, Фр-6-Ф, ФЭП и других в переключении потока расщепления и синтеза веществ. Гормональная регуляция энергетических процессов в клетке. Действие инсулина, глюкагона, глюкокортикоидов, катехоламинов, тироксина на обмен веществ. Состояние и регуляция энергетического обмена при патологии. Пути утилизации кислорода, перекисное окисление липидов, антиокислительная система, их роль в энергетическом метаболизме. Низкоэнергетический сдвиг, показатель энерге-тического обмена при гипоксии. Основные направления развития и проблемы биоэнергетики. Тема 11. Строение генома митохондрий и его мутации. Митохондриальные болезни.
Митохондриальные болезни. Определение. История открытия. Митохондри-альный геном и его мутации . Особенности и классификация митохондриальных болезней. Синдром Luft. Мутации рибосомальной РНК митохондрий. Болезни MERRF и MELAS Представление о Mенделевском типе наследования. Частота встречаемости мутаций митохондриальной ДНК.
СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО РАЗДЕЛУ «БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ КЛЕТКИ»
Тема 1. Изучение этапов унификации продукции энергии в клеточных про-цессах.
1. Количественное определение содержания фруктозо-1,6-фосфата в гомоге-нате тканей крыс.
2. Количественное определение содержания пировиноградной кислоты в го-могенате тканей крыс.
3. Выделение миозина из скелетных мышц крысы. Определение ферментативной активности миозина.
4. Выделение G-актина из скелетных мышц крыс.
24Тема 2. Методические подходы к исследованию функции митохондрий и энергетического обмена.
1. Определение Н+-АТФ-азной активности митохондрий печени. 2. Изучение дыхания гомогената печени крыс с помощью полярографического
метода. 3. Количественное определение содержания компонентов адениловой системы методом тонкослойной хроматографии.
Тема 3. Вспомогательные методы для изучения биоэнергетических функций. 1. Построение калибровочных графиков на неорганический фосфат и белок. Семинар «Механизм процессов фотосинтеза. Общие вопросы биоэнергети-
ки». Семинар «Механизмы биоэнергетических процессов в митохондриях, их ре-
гуляция и нарушения. Митохондриальные болезни». После окончания изучения раздела «Биоэнергетические механизмы
клетки» студент должен: 1. Иметь представления:
Об особенностях структуры и функций сопрягающих мембран митохонд-рий.
О строении и закономерностях работы дыхательной цепи митохондрий О митохондриально-цитоплазматических взаимодействиях Об основных гипотезах, касающихся механизмов фотосинтеза и сопряже-
ния окисления и фосфорилирования
2. Знать: Структуру дыхательной цепи митохондрий Механизмы действия разобщителей и ингибиторов дыхания Пути переноса восстановительных эквивалентов через внутреннюю мембра-
ну митохондрий Количество пунктов фосфорилирования в дыхательной цепи митохондрий
при окислении НАДН- и ФАД-зависимых субстратов. Строение и механизм функционирования АТФ-синтетазы дыхательной цепи
Смысл коэффициентов Р/О, АДФ/О и дыхательный контроль по Чансу и Ларди
3. Уметь: Выделять митохондрии из биологического материала
Определить активность Н+-АТФ-азы и сукцинатдегидрогензы митохондрий Оценивать дыхательную активность митохондрий с помощью полярографи-ческого метода Определять скорость дыхания митохондрий в различных метаболических состояниях, вычислять дыхательный контроль и коэффициент АДФ/О
9 семестр, В процессе изучения дисциплины «Химия патологических процессов» ре-
шаются следующие задачи: 1. Познакомить студентов с типами повреждения клетки 2. Акцентировать внимание на обратимых и необратимых нарушениях внут-
риклеточных процессов 3. Изучить процессы и основные показатели повреждения мембран клетки 4. Дать характеристику процессов некроза и апоптоза, приводящих к гибели
клетки 5. Охарактеризовать процессы перекисного окисления липидов и антиокси-
дантных систем, участвующих в повреждениях мембран 6. Рассмотреть процессы метаболизма ксенобиотиков и нарушения микросо-
мального окисления 7. Изучить биохимические процессы в лизосомах и показать значение лизосо-
мальных ферментов при наследственных и воспалительных заболеваниях
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
ПО БИОХИМИИ (раздел ХИМИЯ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ)
№ п/п Тема Количество ча-сов лекций
Количество часов прак-тических за-
нятий 1 Задачи медицинской химии 2 7 2 Механизмы адаптации организ-
ма 2 0
3 Типы повреждения и гибели клеток 6 7
4 Структура и функции мембран 12 7 5 Перекисное окисление липидов 8 28 6 Микросомальное окисление,
токсический тип повреждения клетки
4 3
7 Лизосомы, апластический тип повреждения клетки 4 14
Итого 38 66 Экзамен
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО РАЗДЕЛУ
«ХИМИИ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»
СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ
26
Тема 1. Задачи медицинской химии Биохимия клетки как раздел медицинской биохимии. Объект исследования,
экспериментальные модели. Клетка как единица живого, понятие «минимальной клетки». Методические подходы к изучению биохимии клетки. Значение биохи-мических исследований для клеточной биологии и медицины. Внутриклеточные компартменты.
Тема 2. Механизмы адаптации организма Понятие общей неспецифической реакции. Г.Селье, учение о стрессе. Роль
ЦНС, гипофиз-адреналовой системы в стресс-реакциях организма. Стадии трево-ги, резистентности, истощения. Стресс-реализующие и стресс-лимитирующие системы. Зависимость адаптивных реакций от силы раздражителя: реакции тре-нировки, активации. Срочная и долговременная адаптация. Психо-эмоциональное напряжение. Глюкокортикоид-зависимые реакции метаболизма клеток печени и лимфоцитов.
Тема 3.Типы повреждения клетки и гибели клетки Типы повреждения: перекисный, гипоксический, токсический, апластиче-
ский. Типы гибели клеток: некроз и апоптоз. Обратимые и необратимые измене-
ния клеток при некрозе (на примере ишемии и теплового ожога). Причины гибели клеток при апоптозе. Межнуклеосомная деградация ДНК, конденсация хромати-на, образование апоптотических телец, фагоцитоз.
Внутриклеточные и внеклеточные сигналы апоптоза. Индукторы апоптоза: цитокины, глюкокортикоиды, белок р53. Митохондриальные факторы Bcl-2, протеаза AIF, цитохром с. Ингибиторы апоптоза, теломераза. Каспазы, семей-ства, инициирующие и эффекторные каспазы. Механизмы запуска апоптоза при повреждении хромосом и мембран клеток. Апоптоз при дефиците сигнала. Fas-опосредуемый апоптоз, образование апоптосомы. Биологическое значение апоптоза. Значение апоптоза в развитии заболеваний.
Тема 4. Структура и функции мембран Плазматическая мембрана клетки. Подвижные ансамбли белковых и липид-
ных молекул. Строение и химический состав мембран. Функции мембран в клет-ке: проницаемость, участие в метаболизме, рецепторные и контактные свойства, секреция, генерация нервных импульсов, всасывание, переваривание. Образова-ние мономолекулярных и бислойных мембран с участием фосфолипидов. Под-вижность, способность самозамыкаться, непроницаемость для молекул, раство-римых в воде. Модели строения мембран. Жидкостно-мозаичная модель С.Сингера и Г.Николсона.
Химический состав мембран. Липиды: фосфолипиды, гликолипиды, холе-стерол. Структура липидов мембран, жирнокислотный состав. Биогенез мем-бран. Образование дефектов в мембране, кинки. Подвижность липидов: латераль-ная, «флип-флоп», внутримолекулярная. Фазовый переход. Холестерол, значение в регуляции состояния мембраны. Липиды и адаптация. Фосфолипидный состав мембран у зимнеспящих животных. Асимметричность мембранных липидов. Ан-нулярные липиды. Взаимодействие белков и липидов в мембране.
ные. Белки мембраны эритроцитов: спектрин, гликофорин, белок полосы III. Маркерные ферменты мембран: 5’- нуклеотидаза, Na+, K+ - АТФ-аза, аденилат-циклаза. Рецепторы, опосредуемый рецепторами эндоцитоз, интернализация. Действие холерного токсина на мембрану.
Методы выделения и исследования мембран. Методы изучения мембранных белков: солюбилизация, фракционирование, идентификация. Детергенты. Кон-станта мицелообразования. Методы экстракции и фракционирования липидов мембран.
Транспорт веществ через мембрану: неспецифическая диффузия, облечен-ная диффузия, активный транспорт. Унипорт, симпорт, антипорт. Переносчик глюкозы мембран эритроцитов. Валиномицин, грамицидин, ионофор А23187. Ионные насосы. Протонные АТФазы, Na+,K+-АТФ-аза, Са2+-АТФаза. Биохимиче-ские изменения мембран при миотонии.
Тема 5.Перекисное окисление липидов Значение продуктов ПОЛ для функционирования клетки. Активные формы
кислорода: свободные радикалы, перекись водорода. Свободнорадикальный ме-ханизм ПОЛ, стадии инициации, элонгации и обрыва цепи. Образование продук-тов ПОЛ на примере линоленовой кислоты. Малоновый диальдегид, диеновые и триеновые коньюгаты, основания Шиффа.
Образование перекиси водорода в клетке: неферментативный и энзимати-ческий пути. Пероксисомы, участие в метаболизме клетки. Значение пероксисом в развитии заболеваний.
Регуляция перекисного окисления липидов в клетке. Прооксиданты, роль ионов Fe2+. Антиоксиданты: витамин Е, убихинон. Глутатион-пероксидазная сис-тема-антирадикальные и антиперекисные свойства. Характеристика перекисных систем в клетке. Биологическое значение перекисного окисления липидов. Обра-зование простагландинов. Образование перекисей липидов в микросомах. Обра-зование желчных кислот из холестерола.
Роль перекисного окисления липидов при патологии. Действие ионизи-рующих излучений, кислородный эффект. Злокачественный рост. Атеросклероз, дефицит витамина С. Окислительный стресс. Три линии защиты от активных форм кислорода: супероксидисмутаза, каталаза, глутатион-пероксидаза. Перекис-ный тип повреждения клетки.
Тема 6. Микросомальное окисление, токсический тип повреждения клетки Эндоплазматический ретикулум. Представление о микросомах. Микро-сомальное окисление, монооксигеназная система. НАДФН- и НАДН-зависимые системы. Структура и функции цитохромов Р450 и b5. Методы изучения процес-сов микросомального окисления. Основные этапы гидроксилирования, схема Эс-табрука. Метаболизм ксенобиотиков и природных соединений. Реакции дезалки-
28лирования, гидроксилирования циклических и алифатических соединений, вос-становительное дегалоидирование, восстановление нитросоединений. НАДН-зависимые реакции. Реакции коньюгации.
Индукторы и ингибиторы микросомальных монооксигеназ. Субстраты I и II типа, фенобарбитал и метилхолантрен. Токсификация и детоксикация. Бензан-трацен, афлатоксины, нитрозамины. Микросомальное окисление в физиологии и патологии клетки. Токсический тип повреждения клетки. Биохимические основы экологии.
Тема 7. Лизосомы, апластический тип повреждения клетки Общая характеристика, структура, гетерогенность лизосом. Первичные и
вторичные лизосомы. Методы выделения и исследования лизосом. Мембрана ли-зосом, проницаемость для субстратов и ферментов. Ферменты лизосом, особенно-сти их функционирования в клетке.
Регуляция лизосомальной активности. Физиологические функции лизосом. Роль лизосом в адаптации и воспалении. Защитная функция лизосом. Лизосо-мальные болезни накопления. Апластический тип повреждения клетки.
СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
по химии патологических процессов
Тема 1. Задачи медицинской химии. 1. Построение калибровочного графика для определения фосфата и белка
Тема 3. Типы повреждения и гибели клеток 1. Определение содержания цитохрома С. Семинар «Апоптоз».
Тема 4. Структура и функции мембран 1. Определение активности 5’-нуклеотидазы в гомогенате печени крыс.
Тема 5. Перекисное окисление липидов 1. Определение концентрации малонового диальдегида в сыворотке крови.
Семинар «Перекисное окисление липидов». 2. Определение содержания диеновых конъюгатов в гомогенате печени крыс
при спонтанных и аскорбат-зависимых процессах. 3. Определение активности супероксиддисмутазы и каталазы в гомогенате пе-
чени и сыворотке крови крыс 4. Оценка окислительной модификации белков крови крыс компонентами сис-
темы Фентона по уровню карбонильных производных Тема 6. Микросомальное окисление, токсический тип повреждения
клетки 1. Определение показателей антипиринового теста в слюне
Тема 7. Лизосомы, апластический тип повреждения клетки 1. Определение активности катепсина Д в гомогенате печени крыс. Семинар
«Локализация ферментов в клетке». 2. Определение активности кислой фосфатазы в гомогенате печени крыс
29После окончания изучения дисциплины «Химия патологических процес-
сов» студент должен: 4. Иметь представления:
О типах повреждения и гибели клеток О реакциях организма и клетки в процессах адаптации О структуре и функциях мембран О межклеточных взаимодействиях О процессах гидроксилирования чужеродных и природных соединений Об участии лизосом во внутриклеточном переваривании биополимеров
5. Знать: Механизмы развития апоптоза Химический состав мембран
Механизмы транспорта веществ через мембрану Пути образования активных форм кислорода и продуктов перекисного
окисления липидов в клетке Механизмы регуляции перекисного окисления липидов про- и анти-
оксидантами Роль перекисного окисления липидов в норме и при патологии Механизмы гидроксилирования гидрофобных субстратов и окисления
ксенобиотиков Условия функционирования лизосомальных ферментов в клетке
6. Уметь: Выделить внутриклеточные структуры Выделить и разделить белки и липиды мембран Определить активность маркерных ферментов внутриклеточных
структур Оценить процессы перекисного окисления липидов и антиоксидант-
ной системы Оценить активность лизосомальных ферментов
7. Овладеть навыками Выделения внутриклеточных фракций методом дифференциального
центрифугирования Фракционирования белков и липидов Определения активности мембранно-связанных ферментов Определения малонового диальдегида, диеновых коньюгатов, актив-
ности каталазы Определения активности маркерных ферментов лизосом
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
ПО БИОХИМИИ,раздел «ЭНЗИМОЛОГИЯ», 10 семестр
В процессе изучения дисциплины «Энзимология» решаются следующие задачи:
1. Ознакомить студентов с принципами современной классификации фер-ментов и важнейшими вехами в истории энзимологии.
302. Изучить структурные особенности ферментного белка. 3. Рассмотреть термодинамику ферментного катализа. 4. Дать характеристику механизмам ферментного катализа, изучить стадии
взаимодействия субстрата с активным центром фермента и кинетику фермента-тивных реакций.
5. Сформировать современные представления об инактиваторах и ингибито-рах ферментов, изучить методы определения характера действующего ингибито-ра.
6. Рассмотреть механизмы регуляции ферментативной активности. 7. Изучить особенности строения и функционирования аллостерических
ферментов. 8. Ознакомит студентов с основными методами выделения ферментов из
биологических объектов и способами получения их очищенных препаратов.
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ по Биохимии, раздел “Энзимология», 10 семестр
Тема
№ п/п
10 семестр
Количество часов лекций
Количество ча-сов практиче-ских занятий
1 Предмета энзимологии. Классификация, номенклатура и строение ферментов.
2
2 Структура ферментов 2 3 Термодинамика ферментативного катализа. 4 4 Стадии ферментативной реакции. Образо-
10 Методы энзимологии. Очистка ферментов. Определение активности ферментов
2
11 Регуляция биосинтеза ферментов. 4
Зачет
31УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА «ЭНЗИМОЛОГИЯ»
СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ
Тема 1. Предмет энзимологии. Классификация, номенклатура и строение ферментов.
Предмета энзимологии. История развития и современные проблемы энзимо-логии. Значение структуры для упорядоченности метаболизма клетки. Компар-тментализация ферментов. Классификация и номенклатура ферментов. Строение ферментов. Кофермент и простетическая группа. Вторичная третичная и четвер-тичная структура ферментов. Активный центр фермента: его функциональные группы, характеристика карбоксильных, аминных, имидазольных и др. аминокис-лотных остатков. Теории Фишера, Дженкса, Кошланда.
Тема 2. Структура ферментов. Вторичная и третичная структура ферментов. Физические и химические мето-
ды изучения различных типов связей, определяющих вторичную и третичную структуру ферментного белка. Четвертичная структура молекул ферментов. Функции различных субъединиц.
ние Аррениуса. Влияние ферментов на энергетический барьер биохимической ре-акции.
Тема 4. Стадии ферментативной реакции и образование промежуточных комплексов. Состояние динамического равновесия фермент-субстратного ком-плекса. Промежуточные комплексы, стадии ферментативной реакции.
Тема 5. Механизмы взаимодействия фермента с субстратом. Механизмы взаимодействия фермента с субстратом. Основные закономерно-
сти химической кинетики и кинетики ферментативных процессов. Порядок реак-ции. Константа скорости химической реакции, ее физический смысл.
Ментен. Основные константы - Km, Ki, KS, Kd, способы их определения. Механиз-мы взаимодействия ферментов с субстратом: независимое присоединение, меха-низм "пинг-понг". Построение графиков Лайнуивера-Берка, Корниш-Боудена, Вульфа. Факторы, влияющие на скорость ферментативной реакции. Ингибиторы ферментов и их классификация. Представления об обратимом и необратимом ин-гибировании. Субстратное торможение.
Тема 7. Ингибиторы ферментов. Ингибиторы и инактиваторы ферментативных процессов. Ингибиторы и их
классификация. Представления об обратимом и необратимом ингибировании. Ти-пы обратимого ингибирования: конкурентное, неконкурентное, субстратное тор-
32можение, ингибирование продуктом реакции. Константа ингибирования и спосо-бы ее определения. Графическая интерпретация.
Тема 8. Аллостерические ферменты. Особенности строения, функцио-
нирования и кинетики. Кооперативность: гомо- и гетеротропная, положительная и отрицательная.
Взаимодействие между функциональными центрами. Аллостерические регулято-ры. Кинетика аллостерических ферментов. Уравнение и коэффициент Хилла. Модели функционирования аллостерических ферментов. Согласованная модель Моно-Уаймена-Шанже. Последовательная модель Кошланда. Особая роль алло-стерических ферментов в обеспечении процессов жизнедеятельности.
Тема 9. Методы энзимологии. Выделение ферментов. Методы выделения и очистки ферментов: фракционирование органическими
растворителями, фракционное высаливание, избирательная адсорбция на гелях. Тема 10. Методы энзимологии. Очистка ферментов. Ионообменная, аффинная хроматография. Электрофорез, изоэлектрическое
фокусирование. Иммунохимические, радиоиммунологические методы. Кристал-лизация. Методы оценки чистоты и активности препарата выделенного фермента. Методы определения активности ферментов. Абсорбционная спектроскопия. Флуоресцентная спектросокпия.
Тема 11. Регуляция биосинтеза ферментов. Негативные и позитивные системы регуляции транскрипции. Природа ре-
прессоров и активаторов. Регуляция трансляции. Сопряженная регуляция транс-ляции и транскрипции. Гормональная регуляция активности ферментов на разных уровнях. Проферменты и их роль в регуляции энзиматической активности по ти-пу протеолитических ферментов. Понятие о компартментализации ферментов в клетке. Изоферменты и мультиферментные комплексы.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА По БИОХИМИИ, раздел «МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
СИСТЕМЫ ГЕМОСТАЗА», 10 семестр
В процессе изучения раздела «Методы исследования системы гемостаза»
решаются следующие задачи: 1. Сформировать у студентов современные представления о свертывающей и
антисвертывающей системах организма. 2. Изучить биохимическую организацию факторов свертывающей системы,
методы выделения, определения активности и выявления дефицита.
333. Дать представление о методах диагностики коагуляционного и тромбоци-
тарно-сосудистого гомеостаза. 4. Охарактеризовать систему антикоагулянтов. 5. Дать характеристику системе фибринолиза.
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ по Биохимии, раздел «Методы исследования системы гемостаза», 10 семестр
4 Факторы III, X, V, II, I. Биохимическая структура, механизм активации, выделение и очистка.
4
5 Методы диагностики коагуляционного ге-мостаза. Определение времени свертыва-ния, АПТВ, протромбинового, тромбиново-го времени, МНО. Ядовая диагностика.
4
6 Антикоагулянты. Принципы классифика-ции Ингибиторы образования протромби-назы. Ингибитор пути тканевого фактора. Гепарин и гепаран сульфат, сходства и от-личия. Кофактор II гепарина.
8 Фибринолиз. Плазминоген и плазмин Ак-тиваторы и ингибиторы плазминогена. Ин-гибиторы активаторов плазминогена. Кри-терий активации фибринолиза.
4
зачет
34УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
Раздел «Методы исследования системы гемостаза»
СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ Тема 1. Методы определения показателей гемостаза.
Определение, общая характеристика биохимических компонентов гемостаза. Стадии свертывания крови. Образование протромбиназы. Показатели, характери-зующие первую стадию свертывания: время свертывание, каолиновое время, ААЧЧТТВВ,, ааккттииввннооссттьь ффааккттоорроовв XXIIII,,XXII,,IIXX,,VVIIIIII,,XX.. ППооккааззааттееллии,, ххааррааккттееррииззууюющщииее ссттаа--ддииюю ттррооммббииннооооббррааззооввааннииее:: ППррооттррооммббииннооввооее ввррееммяя,, требования к препарату тромбопластина. Международное нормализованное отношение. Определение аакк--ттииввннооссттии ффааккттоорроовв VV,,VVIIII,,IIII..ППооккааззааттееллии,, ххааррааккттееррииззууюющщииее ккооннееччннууюю ссттааддииюю ссввеерр--ттыывваанниияя.. ФФииббррииннооооббррааззооввааннииее.. ТТррооммббииннооввооее ввррееммяя ККооннццееннттрраацциияя ффииббррииннооггееннаа,, Определение растворимого фибрина или РФМК. Этаноловый тест, протаминовый тест, Фенантролиновый тест. Определение активности ффааккттоорраа XXIIIIII.. Ядовая диаг-ностика: лебетокс время и лебетокс-кефалиновое время. Эхитоксовый, анцистро-новый тест
Тема 2. ТТррооммббооццииттааррнноо--ссооссууддииссттыыйй ггееммооссттаазз Функции эндотелия. Роль тромбоцитов в гемостазе. Рецепторы тромбоцитов.
Методы исследования. Индукторы агрегации. Действие стимуляторов агрегации при патологии тромбоцитов. Типы агрегатограмм. Контроль за дезагрегантной терапией. Особенности тромбоцитарного гемостаза у лабораторных животных (лягушки, птицы, крысы, кролики, кошки, собаки). Гемостаз в онтогенезе. Осо-бенности гемостаза у плода, новорожденных.
Строение, организация гена и его регуляция, синтез фактора, механизмы актива-ции, недостаточность, диагностика, выделение и очистка, определение активно-сти.
Тема 4. Коагуляционный гемостаз (продолжение). Факторы IX, VIII, VII, Виллебранда. Строение, механизм активации, выделе-ние и очистка. Лабораторная диагностика недостаточности. Дифференциаль-ная диагностика гемофилий по аутокоагулограмме. Методы коррекции дефи-цита факторов свертывания. Факторы III, X, V, II, I. Биохимическая структура, механизм активации, выделение и очистка. Тема 5. Коагуляционный гемостаз (продолжение). Методы диагностики коагуляционного гемостаза. Определение времени
свертывания, АПТВ, протромбинового, тромбинового времени, МНО. Ядовая ди-агностика.
Тема 6. Антикоагулянты. Принципы классификации Ингибиторы образова-ния протромбиназы. Ингибитор пути тканевого фактора. Гепарин и гепаран суль-фат, сходства и отличия. Кофактор II гепарина.
4 Сатурационный заместительный анализ: радиоизотопные и иммуноферментные ва-рианты анализа
2
5 Масс-спектрометрия: варианты методоло-гии, приборы, применение в протеомике
2
366 Автоматизация лабораторных исследова-
ний в клинической и экспериментальной медицине.
2
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА «Современные методы биохимических исследований»
СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ
Тема 1. Методы разделения и идентификации веществ. Центрифугирование. Принцип метода. Относительное центробежное ускоре-
ние (g). Факторы, определяющие скорость седиментации частиц в центробежном поле. Аналитическое и препаративное центрифугирование. Классификация цен-трифуг. Методы определения частоты вращения ротора центрифуги, необходи-мые для достижения требуемого относительного центробежного ускорения. Ос-новные методы центрифугирования, их характеристика и область применения: дифференциальное, зонально-скоростное, изопикническое центрифугирование, равновесное центрифугирование в градиенте плотности.
Хроматография. Принцип метода. Коэффициент распределения. Классифика-ция методов хроматографии, основанная на принципе фракционирования (разно-видности, аппаратура и область применения): распределителььная хроматогра-фия, проникающая хроматография, адсорбционная хроматография, ионообменная хроматография, аффинная хроматография.
Тема 2. Методы разделения и идентификации веществ: электрофорез.
Принцип метода. Факторы, определяющие различия в скоростях движения заря-женных молекул разделяемой смеси вдоль носителя. Современные виды носите-лей, используемые для электрофореза. Диск-электрофорез, изоэлектрическое фо-кусирование, иммуноэлектрофорез. Область применения методов препаративного и аналитического электрофореза.
Тема 3. Аналитическая спектроскопия в ультрафиолетовой и видимой
областях спектра. Абсорбционная спектроскопия. Законы взаимодействия электромагнитного
излучения с веществом. Синглетное возбужденное состояние атомов и молекул. Поглощение квантов электромагнитного излучения при взаимодействии с веще-ством. Спектр поглощения. Закон Ламберта-Бугера-Бэра. Аппаратура для спек-троскопии. Фотометры и спектрофотометры. Явление светорассеяния. Ралеевское светорассеяние и его зкономерности. Турбидиметрия и нефелометрия. Явление флуоресценции и флуориметрия. Триплетное возбужденное состояние. Спектры возбуждения и флуоресценции. Сдвиг Стокса. Закон Вавилова. Пламенная фото-
37метрия: эмиссионная пламенная фотометрия и абсорбционная фотометрия пламе-ни. Области применения в биологии и медицине.
Тема 4. Сатурационный заместительный анализ: радиоизотопные и им-
муноферментные варианты анализа. Сатурационный заместительный анализ: принцип, связывающие биндинг-
системы, метки. Варианты радионуклидного сатурационного анализа, основы ме-тодологии и особенности: радиоиммунологический анализ РИА, иммунорадио-метрический анализ ИРМА, радиоконкурентный анализ РКА, радиорецепторный анализ РРА, радиоэнзиматический анализ РЭА. Тест-системы для радиолигандно-го анализа – radioimmunoassay kit. Комплектация, характеристика необходимых компонентов kit на примере РИА: метка, стандарты, связывающий агент, система разделения. Классификация и варианты основных методов для разделения свя-занных и свободных антигенов в РИА-анализе. Калибровочная кривая, способы построения. варианты отклонения от стандартного калибровочного графика. При-боры для радиометрии проб и математической обработки информации.
Тема 5. Масс-спектрометрия: варианты методологии, приборы, приме-
нение в протеомике. Протеомика, задачи протеомного анализа. Инвентаризация белков: связь ге-
номики и протеомики в идентификации модифицированных белков. Аналитиче-ские технологии протеомных исследований – двумерный электрофорез, рентгено-структурный анализ, высокоэффективная жидкостная хроматография, тандемная масс-спектрометрия. Методология масс-спектрометрии, ее отличие от других аналитических методов. Этапы масс-спектрометрии. Методы ионизации в совре-менной масс-спектрометрии, ионизация органических соединений. Особенности детекции в масс-спектрометрии. Масс-спектры, примеры, допинг-контроль. Хро-мато-масс-спектрометры для протеомики, последние разработки ведущих фирм, примеры.
Тема 6. Автоматизация лабораторных исследований в клинической и экспериментальной медицине.
Актуальность автоматизации лабораторных исследований. Возможности и преимущества автоматизации в клинической химии с использованием компьюте-ризированных анализаторов. Понятие уровня автоматизации. Методы автомати-зированных клинико-биохимических исследований. Классификация биохимиче-ских автоанализаторов. Основные отличия систем открытого и закрытого типа. Дискретные, непрерывно-проточные, центрифужные анализаторы «жидкой хи-мии». Анализаторы «сухой химии». Преимущества и недостатки методов экс-пресс-анализа. Формы носителей «сухих» реактивов. Слайдовая система СМАП. После окончания общего курса биохимии (5,6,8,9,10 семестры)
Врач-биохимик должен знать: Теоретические и методические основы биохимии. Физико-химические основы функционирования живых организмов.
38 Физико-химические и биохимические процессы, протекающие в живом орга-низме на субмолекулярном и, молекулярном, клеточном, органном и организ-менном уровнях.
Принципы регуляции метаболизма живых клеток и тканей. Правила техники безопасности и охраны труда.
Врач-биохимик должен уметь: Владеть основами современных биохимических методов и разрабатывать новые методические подходы
Грамотно формулировать и планировать задачи исследований в теоретической и практической биохимии.
Использовать методы и теоретические основы биохимии в целях изучения при-роды и механизмов патологических процессов, а также разрабатывать теорети-ческие позиции для коррекции метаболизма при различных патологических со-стояниях.
Для решения проблем практического здравоохранения (сердечно-сосудистые заболевания, онкология, заболевания иммунной системы, трансплантация и др.) применять достижения биохимии и на этой основе способствовать диагностике заболеваний, совершенствовать существующие и разрабатывать новые методы диагностики и лечения.
Интерпретировать экспериментальные результаты с целью выяснения молеку-лярных механизмов биохимических процессов в норме и патологии.
Участвовать в разработке и совершенствовании систематического биохимиче-ского контроля за течением патологического процесса и его лечением.
Пользоваться компьютерной техникой применительно к биохимическим экспе-риментам.
Литература Основная
Айвазов Б.В. Введение в хроматографию. М.: Высшая школа, 1983.
Арчаков А.И. Микросомальное окисление. – М.: Наука, 1975.
Баркаган З.С., Момот А.П. Диагностика и контролируемая терапия нарушений
гемостаза.- М.: «Ньюдиамед».-2001.-296 С.
Белки и пептиды (в 2-х томах). – М.: Наука, 1995.
Биохимия. Учебник для вузов под редакцией Е.С.Северина. – М.: ГЭОТАР-
МЕД,2004. -784 С.
Биохимические основы патологических процессов: Учебное пособие /Под ред.
Е.С.Северина.-М.: Медицина, 2000.- 394 С.
Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. – М.: Медицина, 1990.
39Бородин Е.А. Биохимический диагноз (физиологическая роль и диагностическое
значение биохимических компонентов крови и мочи). Учебное пособие в 2-х час-
тях.- Благовещенск.1991
Бышевский А.Ш., Галян С.Л., Терсенов О.А. Биохимические сдвиги и их оценка в
ностика в кардиологии. – Томск: изд-во Томского университета, 1991, 232 С.
Мак-Мюррей У. Обмен веществ у человека. – М.: Мир, 1980.
Марри Р., Греннер Д., Мейс П. Биохимия человека. – М.: Мир, 1993.
Маршал В.Д. Клиническая биохимия/Пер с англ.-СПб.: Издательство «Бином-
Невский диалект»-2000.-368 с.
Мецлер Д. Биохимия (в 3-х томах). – М.: Мир, 1980.
Мищенко В.П., Мищенко И.В. Физиология системы гемостаза.-Полтава.: ООО
«АСМИ».- 2003.-124 С.
Молекулярные основы лучевой болезни. /Е.Ф.Романцев, В.Д.Блохина,
З.И.Жуланова и др.-М.: Медицина, 1984.
Мусил Я. Основы биохимии патологических процессов. – М.: Медицина, 1985.– 432 с. Мусил Я., Новакова О., Кунц К. Современная биохимия в схемах. – М.: Мир,
1981.
Мушкомбаров Н.Н. , Кузнецов С.Л. Молекулярная биология.- М.: Медицинское
информационное агенство. - 2003.- 544 с.
41Назаренко Г.И., Кишкун А.А. Клиническая оценка результатов лабораторных ис-
следований..- М.: Медицина, 2000.-554 С.
Николаев А.Н. Биологическая химия. – М.: Высшая школа, 1989.
Николс Д.Д. Биоэнергетика. – М.: Мир, 1985.
Ньюсхолм Э., Старт К."Регуляция метаболизма".-М.: Мир.-1977.- 87 c.
Окада Ш. Радиационная биохимия клетки.-М.: Мир, 1974
Остерманн Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. – М.: Наука,
1981.
Остерман Л.А. Исследование биологических макромолекул электрофокусирова-
нием, иммуноэлектрофорезом и радиоизотопными методами. М.: Наука, 1983.
Остерман Л.А. Хроматография белков и нуклеиновых кислот. М: Наука, 1985.
Плакунов В.К. Основы энзимологии. – М.: Логос, 2002. – 128 с.
Покровский А.А., Тутельян В.А. Лизосомы. – М.: Наука, 1976.
Практикум по физико-химическим методам в биологии. Под ред. д.б.н.
Ф.Ф.Литвина. Издательство МГУ, 1981.
Практическая химия белка. Под ред. А.Дебре. М.: Мир, 1989.
