Рекомендуемые формы и методы занятий

Результаты обучения

Учащиеся должны знать:

· Характеристику основных классов соединений,входящих в состав живой материи.

· Важнейшие разделы биохимии: белки, ферменты,липиды, нуклеиновые кислоты, витамины.

· Основные принципы, лежащие в основе количественного и качественного анализа.

· Определять принадлежность веществ к определенному классу соединений.

· Проводить качественные реакции на белки, ферменты, витамины.

· Наблюдать и вести записи грамотные записи наблюдаемых явлений.

· Производить сравнительный анализ полученных результатов, делать выводы.

Использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:

· формирования здорового образа жизни на основе теоретических знаний и практических умений в области биохимии человека;

· экологически грамотного поведения в окружающей среде;

· оценки влияния химического загрязнения окружающей среды на организм человека;

· критической оценки информации о веществах, используемых в быту.

Слушателей данного курса целесообразно объединить в школьный биохимический научный кружок (общество). В программе курса предусмотрено выполнение практических работ, имеющих исследовательский характер, которые можно расширить до рамок научно-исследовательской работы (практическая работа «Анализ пищевых продуктов»). Тематика исследований может быть предложена самими учащимися и их родителями. Школьная лаборатория должна иметь минимальное оборудование и набор реагентов для проводимых исследований. Любые химические исследования должны проводиться со строжайшим соблюдением правил безопасной работы в химической лаборатории. Целесообразно шире использовать средства «сухой химии», разнообразные тест-системы, не требующие специальных условий для проведения экспериментов. Учителя, осуществляющие преподавание данного курса, могут связываться с научно-исследовательскими учреждениями, кафедрами ВУЗов соответствующего профиля, промышленными, сельскохозяйственными, экологическими, контрольными и прочими региональными лабораториями для осуществления совместного планирования и выполнения научных исследований школьниками. Такой подход будет способствовать профориентации учащихся, привлекать подрастающее поколение к решению проблем региона проживания, формировать мотивационные критерии научных исследований в профессиональной деятельности.

Тематический план факультативного курса «Биохимия»

Содержание курса

Введение (1ч)

Биохимия как наука. История развития биохимии. Роль отечественных ученых в развитии биохимии (работы А. Я. Данилевского, Н. И. Лунина, А. Н. Баха, В. А. Энгельгардта, А. Н. Бело­зерского, А. С. Спирина, Ю. А. Овчинникова, В. П. Скулачева и др.). Взаимосвязь биохимии с молекуляр­ной биологией, биофизикой и биоорганической химией. Значение биохимии для развития биологии, медицины, биотехнологии, сельского хозяйства, генетики и эколо­гии. Методы биохимических исследований и их характе­ристика. Использование современных скоростных и ав­томатизированных физико-химических методов анализа для биохимических целей. Биохимические методы мони­торинга окружающей среды. Химический состав организмов и общее понятие об обмене веществ и энергии в живой природе.

Тема 1. Белки (4ч)

Роль белков в построении и функционировании жи­вых систем. Понятие о протеоме и протеомике. Аминокислотный состав белков. Понятие о протеиногенных аминокислотах. Способ связи аминокислот в бел­ковой молекуле. Пептиды. Природные пептиды (глутатион, вазопрессин, энкефалины, эндорфины и др.), их физиологическое значение и использование в качестве медицинских пре­паратов. Химический синтез пептидов заданного строения и возможности их применения. Структура белковых молекул.

Первичная структура белков. Принципы и методы определения первичной структуры белка. Автоматиче­ские и молекулярно-генетические методы определения первичной структуры. Компьютерные банки данных о первичной структуре белков. Эволюция первичной структуры белков (на примере цитохромов).

Вторичная и надвторичная структуры белков. Понятие об α- и β-конформаииях полипептидной цепи (работы Л. Полинга). Параметры α -спирали полипептидной це­пи. Надвторичные структуры в белках и их значение для функционирования специфических групп белков. Связь первичной и вторичной структур белковой молекулы. Классификация белков по элементам вторичной струк­туры. Доменный принцип структурной организации белков. Понятие о структурных и функциональных доменах (на примере иммуноглобулинов и каталитически активных белков).

Третичная структура белков. Типы связей, обеспечи­вающих поддержание третичной структуры. Динамич­ность третичной структуры белков. Самоорганизация третичной структуры белковой молекулы и роль специ­фических белков-шаперонов в этом процессе. Предсказа­ние пространственного строения белков исходя из их первичной структуры.

Четвертичная структура белков. Субъединицы (протомеры) и эпимолекулы (мультимеры). Конкретные приме­ры четвертичной структуры белков (гемоглобин, лактатдегидрогеназа, каталаза и др.). Типы связей между субъ­единицами в эпимолекуле.

Номенклатура и классификация белков. Функци­ональная классификация белков и характеристика от­дельных групп: структурных, сократительных, защитных, токсических, рецепторных и регуляторных. Белки (металлотионеины, гемоглобин и др.) как детоксиканты ксено­биотиков в организме.

Практическая работа №1 «Разделение аминокислот методом распределительной хроматографии на бумаге»

Практическая работа №2 Приготовление раствора белка (яичного альбумина). Разделение белков куриного яйца по их растворимости. Денатурация белков (обратимая и необратимая).

Тема 2. Ферменты (4ч)

Разнообразие каталитически активных молекул. Ката­литически активные белки (энзимы), каталитически ак­тивные РНК (рибозимы), каталитически активные анти­тела (абзимы). Каталитическая функция белков. Разли­чия в свойствах ферментов и катализаторов иной природы. Специфичность действия ферментов. Роль отечественных ученых (И. П. Павлов, А. Е. Браунштейн, П. А. Энгельгардт и др.) в развитии эизимологии. Понятие о субстратном и аллостерическом центрах в молекуле ферментов. Ферменты мономеры (трипсин, ли-юцим) и мультимеры (глутатион-редуктаза). Понятие о коферментах. Коферменты — переносчики водорода и электронов (НАД, НАДФ, ФАД), и атомных групп (АТФ, кофермент-А, НДФ-сахара).

Множественные формы ферментов и их функци­ональное значение. Изоферменты лактатдегидрогеназы. Значение исследования множественных форм ферментов для медицины, генетики, селекции и мониторинга окру­жающей среды. Мультиэнзимные комплексы, метаболо-ны и полифункциональные ферменты. Механизм действия ферментов. Фермент-субстратные комплексы. Константа диссоциации фермент-субстрат­ного комплекса (K_S) и константа Михаэлиса (К_М) Активаторы и ингибиторы ферментов. Влияние ксе­нобиотиков на активность ферментов.

Номенклатура и классификация ферментов. Принци­пы классификации ферментов.

Промышленное получение и практическое использо­вание ферментов. Иммобилизованные ферменты. Перс­пективы практического использования рибозимов и абзимов для борьбы с заболеваниями человека.

Практическая работа №3: «Сравнительный анализ продуктов кислотного и ферментативного гидролиза ди- и полисахаридов (на примере сахарозы и крахмала)

Практическая работа №4: «Влияние на активность ферментов температуры, рН, активаторов и ингибиторов»

Витамины и некоторые другие биологически активные соединения (3ч)

История открытия витаминов. Роль витаминов в пита­нии человека и животных. Авитаминозы, гиповитаминозы, гипервитаминозы. Соотношение витаминов и коферментов. Витамерия.

Жирорастворимые витамины. Витамин А и его учас­тие в зрительном акте. Витамины D, К и Е и их роль в об­мене веществ. Водорастворимые витамины. Витамины В₁, В₂, В₅, В₆, В₁₂, их значение в обмене веществ. Витамин С (аскорби­новая кислота).

Разнообразие биологически активных соединений: антивитамины, антибиотики, фитонциды, гербициды, дефолианты, ростовые вещества (важнейшие представи­тели и механизмы действия).

Практическая работа №5: «Качественные реакции на витамины»

Тема 3. Нуклеиновые кислоты и их обмен (4ч)

История открытия и изучения нуклеиновых кислот, их химический состав. Характеристика пуриновых и пиримидиновых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот. Два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Различия между ДНК и РНК по составу главных азотистых оснований, пентозам, молекулярной массе, ло­кализации в клетке и функциям. Центральный постулат молекулярной биологии: ДНК — РНК — белок и его раз­витие.

Структура и функции ДНК. Содержание ДНК в орга­низме и локализация ее в клетке (ядро, митохондрии, хлоропласты, эписомы). Размер и формы молекул ДНК. Кольцевая форма ДНК некоторых фагов, митохондрий и хлоропластов. Первичная структура ДНК. Успехи и перс­пективы в расшифровке структуры геномов микроорга­низмов, растений и животных. Проект «Геном человека». Вторичная структура ДНК (модель Дж. Уотсона и Ф. Крика). Комплементарность азотистых оснований и ее значение для воспроизведения структуры геномов. Полиморфизм вторичной структуры ДНК (А-, В-, С- и Z-формы ДНК). Третичная структура ДНК. Сверхспирализация ДНК. Избыточность и компактность молекул ДНК. Строение хроматина.

Мутации в ДНК и факторы, их вызывающие. Репара­ция структуры ДНК и ее значение для сохранения видов. Наследственные заболевания. РНК, их классификация (тРНК, рРНК, мРНК, мяРНК, тмРНК, вирусные РНК). Сравнительная характеристика видов РНК по их структуре и функциям. Концепция «Мир РНК». Механизм биосинтеза (репликации) ДНК. Ферменты (РНК-полимераза, ДНК-полимераза, ДНК-лигаза) и белковые факторы, участвующие в репликации ДНК. Репликационная вилка и этапы биосинтеза ДНК. Осо­бенности репликации у про- и эукариот. Теломерные повторы в ДНК и ДНК-теломеразы. Биосинтез РНК (транскрипция) и ее регуляция у про-и эукариот. Понятие о транскриптонах и оперонах. Со­зревание (процессинг) РНК, Сплайсинг и его виды. Аутосплайсинг. «Редактирование» РНК. Обратная транскрипция и ее значение для существо­вания вирусов (на примере вируса иммунодефицита че­ловека и вирусов гриппа) и внутригеномных перестроек. Понятие о подвижных генетических элементах и их зна­чении для эволюции геномов.

Понятие о генетической инженерии. Принципы и стратегии молекулярного клонирования. Достижения и перспективы молекулярной биотехнологии.

Практическая работа №6 «Выделение рибонуклеопротеинов из дрожжей.»

Практическая работа №7 «Качественное определение продуктов гидролиза рибонуклеопротеинов».

Тема 4. Распад и биосинтез белков (3ч)

Распад белков. Ферменты, осуществляющие распад белков. Протеасомы — комплексы протеолитических ферментов. Мажорные белки крови как источники био­логически активных пептидов. Метаболизм аминокислот. Конечные продукты распада белков и пути связывания аммиака в организме. Пути новообразования аминокис­лот. Первичные и вторичные аминокислоты. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Биосинтез белков. Матричная схема биосинтеза бел­ков. Активирование аминокислот (синтез аминоацил-тРНК). Строение рибосом. Состав прокариотических и эукариотических рибосом. Полирибосомы. Этапы трансляции (инициация, элонгация, терминация) и их регуляция. Возможность перепрограммирования транс­ляции.

Код белкового синтеза. История его открытия; работы М. Ниренберга, С. Очоа, X. Г. Кораны и др. Особенности генетического кода митохондрий и хлоропластов.

Практическая работа №8: Энзиматический метод выделения и количественного определения мочевины

Тема 5. Углеводы и их обмен (4 ч)

Классификация углеводов. Простые углеводы (моно­сахариды) и их представители (рибоза, глюкоза, фрукто­за, галактоза). Сложные углеводы. Дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза). Полисахариды, их структура и пред­ставители (гликоген, крахмал, клетчатка, хитин). Функ­ции углеводов (энергетическая, метаболическая, рецепторная и др.). Гликопротеины как детерминанты групп крови.

Обмен углеводов. Пути распада полисахаридов. Регу­ляция фосфоролиза при участии гормонов, G-белков, цАМФ и протеинкиназ. Обмен глюкозо-6-фосфата (ди­хотомический и апотомический пути). Обмен пировиноградной кислоты. Гликолиз. Спиртовое брожение. Действие этанола на организм человека. Полиферментный комплекс окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты. Цикл трикарбоновых и дикарбоновых кислот, его значение в обмене веществ и обеспечении организма энергией.

Биосинтез углеводов. Понятие о первичном биосинтезе углеводов. Глюконеогенез. Биосинтез олиго- и полиса­харидов.

Практическая работа №9: Выделение гликогена из печени животных. Сопоставление структуры гликогена и крахмала.

Практическая работа №10: «Качественные реакции на углеводы. Определение водорастворимых углеводов по методу Бертрана»

Тема 5. Липиды и их обмен (4 ч)

Общая характеристика и классификация липидов. Структура и функции липидов. Роль липидов в постро­ении биологических мембран. Структура и функции липопротеинов.

Обмен жиров. Распад жиров и (3-окисление высших жирных кислот. Глиоксилевый цикл и его роль во взаи­мосвязи обмена липидов и углеводов. Механизм биосин­теза высших жирных кислот. Биосинтез триглицеридов. Нарушения в обмене жиров. Ожирение и его причины.

Воски, их строение, функции и представители (спер­мацет, пчелиный воск). Стериды. Стеролы (холестерол, эргостерол и др.). Структура и функции стероидов (холевая кислота, стероидные гормоны). Фосфолипиды. Биологическая роль фосфолипидов. Фосфоинозитиды как источники вторичных посредни­ков гормонов.

Практическая работа №11: Гидролиз жиров под действием липазы. Влияние желчи на активность липазы.

Тема 6. Биологическое окисление и синтез АТФ (2ч)

История изучения процессов биологического окисле­ния: работы А. Н. Баха, В. И. Палладипа, О. Варбурга, В. А. Энгельгардта. Разнообразие ферментов биологиче­ского окисления.

Системы микросомального окисления в клетке. Цитохром Р-450 и его роль в детоксикации ксенобиотиков. Супероксиддисмутаза, каталаза и их роль в защите организ­ма от активных форм кислорода.

Сопряжение окисления с фосфорилированием. Суб­стратное фосфорилирование и фосфорилирование на уровне электронно-транспортной цепи. Понятие о со­прягающей мембране митохондрий. Строение про

Тема 7. Гормоны и их роль в обмене веществ (2ч)

Классификация гормонов. Стероидные гормоны: котикостерон, тестостерон, эстрадиол, экдизон. Механизм действия стероидных гормонов. Пептидные гормоны. Характеристика инсулина, гор­мона роста, тиреотропина, гастрина, вазопрессина. Ме­ханизм действия пептидных гормонов (на примере глюкагена и инсулина). Сахарный диабет и его виды.

Прочие гормоны (адреналин, ауксин, гиббереллины, цитокинины, простагландины), их структура и механизм действия. Рилизинг-факторы гормонов. Нейрогормоны (эндорфины и энкефалины). Применение гормонов в ме­дицине и сельском хозяйстве.

Тема 8. Взаимосвязь и регуляция обмена веществ. Проблемы биохимической экологии (4ч)

Общие представления о взаимосвязи обмена веществ в клетке. Понятие о ключевых метаболитах (пировиноградная кислота, кофермент-Аи др.) Взаимосвязь белкового и нуклеинового обмена, значе­ние регуляторных белков. Взаимосвязь углеводного и белкового обмена. Роль пировиноградной кислоты и цикла Кребса в этой взаимо­связи. Взаимосвязь обмена углеводов и ли пидов; роль ацетилкоэнзима-А в этом процессе.

Уровни регуляции обмена веществ: клеточный, организменный и популяционный.

Транскрипционный (оперонный) уровень регуляции. Основные механизмы регуляции обмена веществ в клет­ке. Организменный уровень регуляции. Гормональная ре­гуляция обмена веществ. Каскадный механизм регуляции с участием гормонов и вторичных посредников.Популяционный уровень регуляции. Антибиотики микробов, фитонциды растений, телергоны животных и их влияние на процессы жизнедеятельности.

Эколого-биохимические взаимодействия с участием различных групп организмов: микроорганизмов, грибов, высших растений, животных. Токсины растений. Пище­вые детерренты и антифиданты. Пищевые аттрактанты и стимуляторы. Хеморегуляторы, воздействующие на по­звоночных животных. Накопление и использование жи­вотными вторичных метаболитов растений.

Антропогенные биоактивные вещества и проблемы химического загрязнения биосферы. Экологически без­опасные способы воздействия на различные виды живот­ных, растений и микроорганизмов.

Календарно-тематический план факультативного курса «Биохимия»

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 72; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!