Рабочая программа дисциплины «энзимология» Код дисциплины по учебному плану дс. Ф. 5

Вид материала

Рабочая программа

Содержание Рабочая программа 1. Организационно-методический раздел 2. Распределение часов по темам и видам работ 3. Содержание программы Тема 2. Структурная организация ферментов Тема 3. Механизм действия ферментов Тема 4. Кинетика ферментативных реакций Тема 5. Регуляция и секреция ферментов Тема 6. Методы выделения, очистки и использования ферментов 4. Формы промежуточного и итогового контроля Учебно-методическое обеспечение дисциплины Лист обновления

Подобный материал:

• Рабочая программа дисциплины «Зоология» Код дисциплины по учебному плану опд, 751.31kb.
• Рабочая программа дисциплины «Цитология и гистология» Код дисциплины по учебному плану, 271.37kb.
• Рабочая программа дисциплины «экологический мониторинг» Код дисциплины по учебному, 254.39kb.
• Рабочая программа дисциплины «математические методы и модели в экологии» Код дисциплины, 129.07kb.
• Рабочая программа дисциплины «физико-химические методы в экологии» Код дисциплины, 213.86kb.
• Рабочая программа дисциплины «методика преподавания биологии» Код дисциплины по учебному, 350.54kb.
• Рабочая программа дисциплины «методика преподавания экологии» Код дисциплины по учебному, 283.89kb.
• Рабочая программа дисциплины «радиационная экология» Код дисциплины по учебному плану, 137.34kb.
• Рабочая программа дисциплины «Экологическая экспертиза пищевого сырья и продуктов питания», 226kb.
• Рабочая программа дисциплины «введение в биотехнологию» Код дисциплины по учебному, 155.76kb.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Иркутский государственный университет»

(ФГБОУ ВПО «ИГУ»)


«Утверждаю»

_____________________

Первый проректор,

проректор по учебной работе,

проф. И. Н. Гутник

«____»_____________20____г.


Биолого-почвенный факультет

Кафедра физико-химической биологии


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА


дисциплины «ЭНЗИМОЛОГИЯ»


Код дисциплины по учебному плану ДС.Ф.5

Для студентов специальности 020209.65 «Микробиология»





г. Иркутск


1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ


Цель

Цель дисциплины заключается в формировании системы знаний о химической структуре, свойствах ферментов, особенностях ферментативного катализа, регуляции ферментативных реакций в клетке и использования ферментов в практической деятельности.

Задачи

• сформировать представление о современном состоянии и перспективах развития науки о ферментах;
  
• ознакомить с класификацией ферментов, методами их изучения
  
• дать характеристику структурно-функциональной организации ферментов, механизмам действия, способам регуляции, получения и использования ферментов
  
• научить умению самостоятельного поиска и анализа информации , использованию ее в процессе научно-практической деятельности,
  

Место дисциплины в процессе подготовки специалиста

Дисциплина «Энзимология» входит в цикл дисциплин специализации (ДС) и занимает важное место в профессиональной подготовке по специальности «Микробиология». Изучение курса базируется на знании студентами физики, химии, биохимии, которые создают необходимую теоретическую базу и практические навыки для понимания и осмысления положений, излагаемых в данном курсе. Для освоения курса предусмотрены лекционные занятия и самостоятельное изучение предложенных в программе вопросов.


2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ПО ТЕМАМ И ВИДАМ РАБОТ

для студентов очного отделения

№	Темы, разделы	Всего часов	Виды подготовки		Самост. работа
			Лекции	Практические, семинарские, лабораторные занятия	Самост. работа студентов	КСР
1	Тема 1. Научные и практические аспекты энзимологии	3	2	-	1	-
2	Тема 2. Структурная организация ферментов	5	2	-	2	1
3	Тема 3. Механизм действия ферментов	5	3	-	2	-
4	Тема 4 Кинетика ферментативных реакций	4	2	-	2	-
5	Тема 5. Регуляция и секреция ферментов	8	3	-	4	1
6	Тема 6. Методы выделения, очистки и использования ферментов	5	2	-	3	-
ВСЕГО ( (часы)		30	14	-	14	2

3. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ


3.1. Общее (по всем темам)

Тема 1. Научные и практические аспекты энзимологии

Предмет «Энзимология» его цели и задачи, значение. История развития, вклад отечественных и зарубежных ученых в развитие энзимологии. Перспективы развития энзимологии. Роль ферментов в биогенных системах. Многообразие ферментов, их общие и специфические свойства. Особенности действия ферментов: высокая эффективность, специфичность, мягкие условия протекания реакции, способность к регуляции. Классификация ферментов. Международная классификация ферментов (КФ). Общая характеристика основных классов ферментов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы (синтетазы). Изоферменты, мультимолекулярные ферментные системы, зимогены. Рибозимы и каталитические антитела (абзимы). Локализация ферментов в клетке. Значение энзимологии для биологии, медицины, промышленности и сельского хозяйства.

Тема 2. Структурная организация ферментов

Иерархия структур ферментов. Простые и сложные ферменты. Уровни структурной организации ферментов. Первичная, вторичная, третичная структура ферментов, связи участвующие в формировании этих структур и методы изучения. Доменная структура и её роль в функционировании. Четвертичная структура ферментов. Особенности строения и функционирования олигомерных ферментов. Кооперативные эффекты. Методы изучения олигомеров. Биологическая роль олигомерной структуры. Активный центр и его субстрат-связывающий и каталитический участки. Статические и динамические модели активных центров ферментов. Специфичность действия ферментов и ее виды. Механизмы обеспечения высокой специфичности ферментов: комплиментарность, баланс между прочностью и лабильностью структуры активного центра, индуцированное связывание, многоточечность связывания субстрата в активном центре, повышение специфичности по принципу «двойного сита» в двух-субстратных реакциях. Строение и функции небелковых компонентов ферментов: ионы металлов и коферменты. Роль кофакторов в функционировании ферментов. Классификация коферментов. Специфичность коферментов для определенного типа реакций. Роль ионов металлов в ферментативном катализе. Металлоферменты и ферменты, активируемые металлами.

Тема 3. Механизм действия ферментов

Общий механизм ферментативного катализа. Многостадийность ферментативной реакции. Проблема понижения свободной энергии переходного состояния. Образование фермент-субстратного комплекса. Последовательные этапы катализа: сближение и необходимая ориентация реагентов, удаление молекул воды, стабилизация переходного состояния, перенос группы, высвобождение продукта. Модель Фишера и индуцированного соответствия.Типы взаимодействия в механизме действия сложных ферментов. Положительная и отрицательная кооперация субъединиц. Аллостерические ферменты. Аллостерический центр, его роль в регуляции обменных процессов. Полифункциональные ферментные системы: мультиферментные комплексы и коньюгаты. Функциональные последствия объединения ферментов. Регуляторные эффекты.

Тема 4. Кинетика ферментативных реакций

Особенности каталитического действия ферментов. Стабилизация продуктивного переходного состояния. Подтверждение значения стабилизации переходного состояния методами белковой инженерии. Абзимы - антитела, обладающие каталитической активностью. Предстационарная и стационарная фазы ферментативного процесса. Понятие начальной скорости. Роль необратимых реакций в стратегии метаболизма.

Уравнение Михаэлиса-Ментен. Отклонение от уравнения Михаэлиса-Ментен. Значение kcat, Km, Vm, Ks'. Методы расчета каталитических констант. Уравнение Лайнуивера-Берка и другие.

Единицы ферментативной активности. Методы определения активности ферментов. Выражение активности ферментов. Факторы, определяющие активность ферментов: концентрация фермента, концентрация субстрата, температура, рН среды, активаторы и ингибиторы.

Влияние температуры на кинетику ферментативных реакций. Закон Вант-Гоффа. Зависимость кинетических и равновесных параметров ферментативной реакции от температуры. Изучение термодинамики конформационных изменений активных центров ферментов. Примеры исследования температурных зависимостей. рН-зависимость ферментативной реакции. Константы диссоциации групп свободного фермента и фермент-субстратного комплекса. Значение эффективных каталитических констант. Нахождение значений рК по кривым рН-зависимостей ферментативных реакций. Примеры исследования рН-зависимостей.

Типы ингибирования. Графическое представление ингибирования. Влияние активаторов на кинетику ферментативных реакций.Графическое представление активации. Значение Ka и постоянных. Примеры ингибирования и активирования ферментативных реакций.

Тема 5. Регуляция и секреция ферментов

Характеристики метаболических путей: пространственная локализация ферментов, компартментализация, ткане- и органоспецифичность. Понятие о ключевых ферментах. Регуляция количества молекул фермента изменением скорости синтеза, активации и распада. Регуляция скорости ферментативной реакции доступностью субстратов и кофакторов/коферментов. Ассоциация/диссоциация ферментов в регуляции их активности. Регуляция ковалентной модификацией. Аллостерическая регуляция. Регуляция по принципу обратной связи. Понятие о конститутивных и индуцибельных ферментах. Регуляция под действием условий окружающей среды: индукция, репрессия, катаболитная репрессия, нетрадиционные типы репрессии синтеза ферментов конечными продуктами. Секреция ферментов.Котрансляционная, пострансляционная секреция. Особенности генетической регуляции и секреции у прокариот и эукариот. Модель Жакоба и Моно. Факторы, влияющие на биосинтез ферментов.

Тема 6. Методы выделения, очистки и использования ферментов

Особенности выделения и получения ферментов из растительного, животного сырья и микроорганизмов. Экстрагирование ферментов и концентрирование ферментных растворов. Высаливание и осаждение органическими растворителями. Мембранные методы очистки ферментных растворов. Разделение и очистка ферментов хроматографическими методами. Препаративный электрофорез. Иммобилизованные ферменты. Получение иммобилизованных ферментов. Преимущества и недостатки иммобилизованных ферментов. Основной принцип конструирования ферментных электродов и их рабочие параметры. Использование ферментных электродов в практике.


3.2. Темы семинарских занятий

Учебным планом не предусмотрены


3.3.Тематика заданий для самостоятельной работы

1. Какова химическая природа ферментов, и каковы отличия их от неорганических катализаторов?
   
2. На каком уровне структурной организации белков формируется активный центр фермента?
   
3. Чем обусловлена специфичность ферментов? Какое биологическое значение она имеет?
   
4. Перечислите факторы, влияющие на скорость ферментативной реакции.
   
5. Как можно обнаружить присутствие фермента в биологическом материале?
   
6. Каков принцип определения активности ферментов?
   
7. По изменению концентрации каких веществ можно измерить скорость реакций, катализируемых протеолитическими ферментами? Какие реакции для этого можно использовать?
   
8. Опишите реакцию, катализируемую пируватдегидрогеназой. Напишите формулу ацетил-КоА и укажите его значение.
   
9. Как помимо пируватдегидрогеназной реакции в организме может синтезироваться ацетил-КоА?
   
10. Как бактериям и растениям, в отличие от животных удается превратить ацетил-КоА в углеводы?
    
11. Какие компоненты входят в состав дыхательной цепи? Где она расположена и как функционирует?
    
12. Какой кофактор участвует в реакции декарбоксилирования? Объясните как он работает?
    
13. Какие ферменты называются аллостерическими?
    
14. Почему протеолитические ферменты в желудочно-кишечном тракте вырабатываются в неактивной форме?
    
15. Пищевые жиры нерастворимы в воде. Каков механизм действия ни них пищеварительных ферментов?
    
16. Как устроена синтаза жирных кислот у эукариот? Чем она отличается от фермента E. coli?
    
17. Назовите последовательные этапы ферментативного катализа
    
18. Каков механизм каталитического действия ферментов, не содержащих кофактор/кофермент (сериновые протеиназы, лизоцим, триозофосфатизомераза, рибонуклеаза); ферментов, взаимодействующих с растворимым коферментом (алькогольдегидрогеназа, лактатдегидрогеназа); ферментов, с ковалентно связанным коферментом?
    
19. Каково значение доменной структуры и подвижности доменов для функционирования ферментов (на примере киназ и дегидрогеназ)
    
20. Дайте характеристику основных представителей классов оксидоредуктаз, трансфераз, гидролаз.
    

4. Примерный список вопросов к зачету
   

1.Ферменты. Химическая природа. Классификация и номенклатура ферментов.

2.Структурная организация ферментов. Характеристика связей, участвующих в формировании данных первичной, вторичной и третичной структур

3.Особенности строения и функционирования олигомерных ферментов.Биологическая роль олигомерной структуры.

4.Активный центр и его строение. Статические и динамические модели активных центров ферментов.

5.Специфичность действия ферментов и ее виды: абсолютная, относительная, стереохимическая

6.Одно и двухкомпонентные ферменты. Строение и функции небелковых компонентов ферментов: ионы металлов и коферменты. Роль кофакторов в функционировании ферментов

7.Особенности каталитического действия ферментов. Понятие начальной скорости. Роль необратимых реакций в стратегии метаболизма.

8.Уравнение Михаэлиса-Ментен. Способы определения кинетических параметров ферментативной реакции.

9.Влияние температуры на кинетику ферментативных реакций. Закон Вант-Гоффа. 10.Зависимость кинетических и равновесных параметров ферментативной реакции от температуры.

11.рН-зависимость ферментативной реакции. Константы диссоциации групп свободного фермента и фермент-субстратного комплекса. Значение эффективных каталитических констант.

12.Коферменты – переносчики протонов и электронов. Характеристика отдельных представителей.

13.Коферменты – переносчики химических групп. Характеристика отдельных представителей.

14.Окислительно-восстановительные коферменты.

15.Роль ионов металлов в ферментативном катализе.

16.Ингибиторы ферментов. Кинетика ингибирования, понятие о кажущейся константе ингибирования.

17.Обратимые и необратимые ингибиторы. Графическое представление ингибирования.

18.Влияние активаторов на кинетику ферментативных реакций. Типы активирования. Графическое представление активации.

19.Механизм ферментативного катализа. Эффекты сближения, ориентации, напряженной конформации (эффект дыбы), вынужденный индуцированный контакт.

20.Аллостерические ферменты. Аллостерический центр, его роль в регуляции обменных процессов.

21.Полифункциональные ферментные системы: мультиферментные комплексы и коньюгаты.

22.Последствия объединения ферментов. Регуляторные эффекты.

23.Пространственная локализация ферментов, компартментализация, ткане- и органоспецифичность. Мультиферментные ансамбли

24.Понятие о ключевых ферментах. Регуляция количества молекул фермента изменением скорости синтеза, активации и распада.

25.Рибозимы и каталитические антитела (абзимы). Синтез, строение и механизм действия.

26.Регуляция синтеза ферментов. Особенности генетической регуляции у прокариот.

27.Секреция ферментов

28. Регуляция синтеза ферментов у эукариот

29.Иммобилизованные ферменты. Перспективы практического использования

30.Особенности выделения и получения ферментов из растительного, животного сырья и микроорганизмов.

31.Способы регуляции скорости ферментативной реакции. Изоферментный спектр.


4. ФОРМЫ ПРОМЕЖУТОЧНОГО И ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ

В соответствии с учебным планом дисциплина «Энзимология» на биолого-почвенном факультете преподается на 3-м курсе (6 семестр). Формы промежуточного контроля: рефераты, тестирование, оценки по разделам программы. Форма итогового контроля – зачет. Результат сдачи зачета оценивается как итог работы студента в семестр. Итоговая оценка учитывает активность и текущую успеваемость студента в течение семестра, результаты СРС. Студенты, вовремя выполнившие все обязательные виды деятельности и набравшие в ходе тестирования не менее 60 % баллов, получают зачет автоматически. Студенты, имеющие задолженность по самостоятельной работе, должны выполнить все предусмотренные задания и сдают зачет по вопросам в виде собеседования.


5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Интернет-источники:

1.ссылка скрыта - Интегрированная Cистема Информационных Ресурсов Российской Академии Наук.

2. ссылка скрыта - Всероссийский Институт Научной и Технической Информации (ВИНИТИ РАН).

3. ссылка скрыта - База научных данных в области биомедицинских наук.

4. ссылка скрыта - Биохимическая классификация и номенклатура ферментов. Свободный доступ на сайте Международного союза биохимии и молекулярной биологии.

5. ссылка скрыта, ссылка скрыта - Учебники, научные монографии, обзоры, лабораторные практикумы в свободном доступе на сайтах практической молекулярной биологии.

6. ссылка скрыта – свободный доступ к международной базе данных по первичным и 3D структурам ферментов
   

Оборудование

На занятиях используются мультимедийный проектор, ноутбук или графопроектор (оверхет).


Материалы: Для наглядного представления строения ферментов, механизма их действия используются соответствующие демонстрационные средства в формате Microsoft PowerPoint.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Биохимия: учеб. для вузов / В.П. Комов, В.Н. Шведова. – 3-е изд. – М.: Дрофа, 2008. – 638 с.
   
2. Плакунов В.К. Основы энзимологии / В.К. Плакунов. - М.: Логос, 2001. - 127 с.
   

Дополнительная

1. Грачева Т.М. Технология ферментных препаратов / И.М. Грачева, А. Ю. Кривова М.: Элевар, 2000. - 512с.
   
2. Рис Э. Введение в молекулярную биологию клетки / Э. Рис, М. Стернберг. - М.: Мир, 2002. - 142 с.
   
3. Саловарова В.П. Эколого-биотехнологические основы конверсии растительных субстратов / В.П. Саловарова, Ю.П. Козлов. М.: Издательский дом «Энергия», 2007.
   

Кроме этого, студентам рекомендуется изучение периодических изданий: «Биотехнология», «Прикладная биохимия и микробиология», «Биохимия».


ЛИСТ ОБНОВЛЕНИЯ

Дата	Внесенные обновления	Подпись автора	Подпись зав. кафедрой

Программу составила Саловарова В.П., д.б.н., профессор, зав. кафедрой физико-химической биологии биолого-почвенного факультета ИГУ __________

Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры физико-химической биологии протокол №9 от 2 июня 2011 г.


Зав. кафедрой физико-химической биологии профессор В.П. Саловарова __________


Согласовано: председатель УМК биолого-почвенного факультета профессор

А. Н. Матвеев __________