Geum.ru

«Технология бродильных производств и виноделие»

Вид материалаМетодические рекомендации

Содержание


1 Программа курса «биохимия»
1.1 Содержание дисциплины
1.2 Лабораторные работы
Техника безопасности и правила работы в биохимической лаборатории
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12




ВВЕДЕНИЕ



Данные методические рекомендации предназначены для студентов всех форм обучения по специальностям «Технология бродильных производств и виноделие» и «Биотехнология» для самостоятельного освоения дисциплины «Биохимия». Изучение данного курса включает избранные лекции, лабораторные работы и контрольную работу. Основная часть времени для изучения биохимии студентами-заочниками приходится на самостоятельную работу с рекомендуемой литературой. В методических рекомендациях приведен перечень тем, необходимых для теоретического изучения студентами-заочниками, и отмечены темы, вынесенные для обсуждения на лекции, а также представлен примерный план лабораторных работ и приведен список основной и дополнительной литературы, имеющейся в библиотеке Бийского технологического института.

В методических рекомендациях представлены письменные консультации по каждой изучаемой теме, перечислены все разделы и вопросы, которые студент должен изучить самостоятельно, а после освоения данной темы ответить на контрольные вопросы, приведенные в методических рекомендациях после каждой темы. Изучение материалов дисциплины осуществляется в системе очного, вечернего и заочного образования посредством посещения занятий, самостоятельной работы с литературой, а результативность этого оценивается преподавателем по выполняемым контрольным работам. Поэтому перед выполнением контрольного задания необходимо еще раз прочитать материал учебника, хорошо его продумать и изложить ответы своими словами. Переписывание разделов учебника дает основание предполагать, что материал для составления ответов на вопросы контрольной работы изучен студентом недостаточно глубоко.

Для выполнения контрольной работы в методических рекомендациях представлен перечень заданий, каждое из которых содержит три вопроса. В процессе изучения теоретического материала студент выполняет контрольную работу и высылает ее в адрес института. После выполнения контрольной работы студент допускается к лабораторным работам и после их выполнения  к зачету или экзамену с предоставлением лабораторного журнала с записями, расчетами и выводами.

Данные методические рекомендации предназначены для самостоятельного изучения курса «Биохимия» студентами и при соблюдении всех наших рекомендаций гарантируют успешную сдачу зачета и экзамена по данному курсу.

1 ПРОГРАММА КУРСА «БИОХИМИЯ»



Цели обучения биохимии – обеспечить у студентов формирование знаний для глубокого понимания процессов, происходящих как в клетках живых организмов, так и в пищевом сырье при его хранении и переработке. Без этих знаний невозможно изучение на современном уровне микробиологии, технической биохимии, технологии и других дисциплин, необходимых в системе подготовки специалистов для пищевой промышленности.

Задачи биохимического образования – усвоение студентами материала по значению в организме, строению и обмену белков, нуклеиновых кислот, ферментов, витаминов, липидов, углеводов, других соединений, входящих в состав животных и растительных организмов и приобретение умений по методам биохимических исследований. Знание особенностей химического состава организма и его отдельных частей, биохимических процессов, протекающих как в целом организме, так и в отдельных органах, тканях и сырье для пищевой промышленности, позволит будущему инженеру-технологу рационально использовать пищевое сырье, понять необходимость ведения технологического процесса так, чтобы обеспечить высокую пищевую и биологическую ценность получаемых продуктов питания.

Биохимия базируется на знаниях биологии, физики, неорганической, аналитической, органической, физической и коллоидной химии. Она завершает цикл химических дисциплин и служит основой для изучения специальных курсов по пищевой технологии.

По окончании курса студент должен знать:

– биологическую роль, пищевое значение, строение и свойства химических соединений, входящих в состав живых организмов, и основные процессы обмена, лежащие в основе жизнедеятельности;

– овладеть основными методами химического анализа биологического материала (качественное обнаружение и количественное определение белков, аминокислот, витаминов и других соединений);

– иметь навыки: обнаружения в биологических объектах белков, углеводов, липидов и витаминов; исследования свойств и определения активности ферментов.

1.1 Содержание дисциплины


Таблица 1 – Содержание дисциплины

Номер темы
Наименование раздела (или темы).
Краткое содержание
Ауд.

часы
СРС

1
2
3
4

1
Введение. Определение и становление биохимии как науки. Историческая справка. Цели и задачи. Клетка – структурная единица организации жизни. От прокариот к эукариотам. Главные химические компоненты клетки: белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды, низкомолекулярные органические соединения, элементарный состав живой материи. Значение биохимии в подготовке специалистов для пищевой промышленности. Принципы биохимии
4
2

2
Химия белков. Определение, содержание в биологических объектах, элементный состав и функции белков. Аминокислоты  структурные компоненты белков. Принцип изучения аминокислотного состава белков. Строение, стереохимия, физико-хи-мические свойства и классификация протеиногенных (белковых) аминокислот. Полноценные и неполноценные белки, биологическая ценность белков.

Строение и пространственная структура белковых молекул. Химические связи в молекуле белка. Пептиды. Полипептидная теория строения белков. Пространственная структура белковой молекулы. Понятие о первичной, вторичной, третичной структурах белка. Олигомерные белки. Физико-химичес-кие свойства белков. Молекулярная масса и размер молекул белков. Амфотерные свойства, изоэлектрическая точка белков. Коллоидные свойства раствора белка. Денатурация белков, ее роль в пищевой технологии.

Номенклатура и принципы классификации белков, глобулярные и фибриллярные белки. Простые и сложные белки, их группы и отдельные представители в живых организмах
1
3



Продолжение таблицы 1

1
2
3
4

3
Состав и физиологическая роль клеточной стенки и цитоплазматической мембраны. Модели строения мембран. Липидный бислой. Мембранные белки. Мембранные углеводы. Перенос малых молекул через мембраны. Экзоцитоз и эндоцитоз. Специализированные структуры плазматической мембраны. Стенки растительных клеток и их образование. Органеллы клетки. Эндоплазматическая сеть. Аппарат Гольджи. Лизосомы. Пероксисомы. Сферосомы. Вакуоли растительных клеток. Митохондрии. Пластиды. Химия клеточного ядра. Структура хромосом. Ядрышко. Ядерная оболочка. Гиалоплазма
–
2

4
Нуклеиновые кислоты. Химический состав нуклеиновых кислот. Структурные компоненты нуклеиновых кислот. Номенклатура нуклеозидов и нуклеотидов. Фосфодиэфирная связь. Строение и биологическая роль ДНК. Правило Чаргаффа. Принцип комплементарности. Антипараллельность цепей ДНК. Репликация. Строение и биологическая роль РНК. Типы РНК. Свободные нуклеотиды и их производные. АТФ, ее строение и роль. Динуклеотиды
1
2

5
Ферменты. Общее понятие о ферментах и отличие их от катализаторов небиологической природы. Иммобилизованные ферменты. Химическая природа и строение фермента. Кофакторы, коферменты, простетическая группа. Активный, субстрат-ный и аллостерические центры ферментов. Обратимость действия ферментов. Специфичность ферментов и ее виды. Обнаружение ферментов в биологических объектах. Кинетика ферментативных реакций. Скорость ферментативной реакции и ее измерение. Единицы активности ферментов. Koн-стантa Михаэлиса. Влияние температуры, рН, активаторов и ингибиторов на скорость ферментативной реакции. Шифр ферментов. Классы ферментов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы (синтетазы); типы катализируемых реакций
2
4



Продолжение таблицы 1

1
2
3
4

6
Витамины. Общая характеристика, классификация и номенклатура витаминов. Жирорастворимые витамины А, Д, Е, К: химическая природа, биологическая роль, пищевые источники. Провитамины. Водорастворимые витамины В1, В2, B6, В12, С, Н (биотин): химическая природа, роль в обмене, витамины – коферметы. Витаминоподобные вещества. Антивитамины
1
2

7
Введение в обмен веществ и энергии в организме. Принципы биоэнергетики. Метаболические пути и обмен энергии в живых системах. Энергетический цикл в клетке. Локализация и свойства АТФ и АДФ. Законы химической термодинамики. Стандартная свободная энергия гидролиза АФТ. Пути ферментативного переноса фосфатных групп. Другие нуклеозид-5-трифосфаты. АМФ и пирофосфаты. Энергетика открытых систем. Анаболизм. Катаболизм. Метаболизм. Питание. Брожение. Дыхание. Биологическое окисление. Анаэробы и аэробы
2
1

8
Химия и обмен углеводов. Общая характеристика и классификация углеводов. Моносахариды: химические свойства и отдельные представители. Сахарокислоты, сахароспирты, аминосахара, ацетилпроизводные гексоз. Олигосахариды: сахароза, мальтоза, лактоза, целлобиоза. Восстанавливающие дисахариды. Инвертный сахар. Полисахариды: крахмал, клетчатка, пектиновые вещества, гликозаминогликаны
1
2

9
Анаэробные окислительно-восстановительные процессы. Гликолиз. Ферментативные реакции первой стадии гликолиза. Вторая стадия гликолиза. Полный энергетический баланс гликолиза. Включение других углеводов в процесс гликолиза. Спиртовое и другие типы брожения. Эффект Пастера. Роль брожения в пищевых технологиях
2
1



Продолжение таблицы 1

1
2
3
4

10
Аэробные окислительно-восстановительные процессы. Общая схема процесса дыхания. Энергетика брожения и дыхания. Локализация ферментов цикла трикарбоновых кислот. Окисление пирувата до ацетил-КоА. Реакции цикла Кребса. Амфиболическая природа цикла Кребса. Глиоксилатный цикл. Фосфоглюконатный путь окисления глюкозы
2
2

11
Перенос электронов и окислительное фосфорилирование. Окислительно-восстановительные реакции. Ферменты, коферменты, гемпротеиды, белки с негеминовым железом дыхательной цепи. Путь переноса электронов в дыхательной цепи. Энергетика переноса электронов. Окислительное фосфорилирование. Сопряжение. Отдельные стадии
окислительного фосфорилирования. Факторы сопряжения в митохондриальной мембране. Теория П. Митчелла. Выход энергии при окислении глюкозы до диоксида углерода и воды
2
2

12
Роль углеводов в организме и питании. Пищевые и структурные углеводы. Источники углеводов на земле. Фотосинтез. Световые и темновые фазы фотосинтеза. Перенос электронов и фосфорилирование при фотосинтезе. Открытие фотосинтеза. Две фотосистемы. Фотофосфорилирование. Пигменты пластид. Строение хлоропластов. Реакционные центры и первая стадия фотохимического процесса. Цепи переноса электронов в хлоропластах. Энергетика фотосинтеза. Взаимосвязь фотосистемы 1 с фотоситемой 2. Конформационные изменения в мембранах хлоропластов
2
2

13
Биосинтез и утилизация энергии фосфатной связи. Образование пирувата из фосфоенолпирувата. Превращение фосфоенол-пирувата в глюкозу. Глюконеогенез из промежуточных продуктов цикла Кребса, из ацетил-КоА, из аминокислот
2
2



Продолжение таблицы 1

1
2
3
4




Фотосинтетическое образование гексоз при восстановлении двуокиси углерода (цикл Кальвина). Синтез крахмала и гликогена. Структурные полисахариды клеточной стенки.

Хемосинтез. Использование энергии неорганических реакций. Окисление водорода, аммония, серы, нитратов, сульфатов и других соединений бактериями






14
Химия и обмен липидов. Триацилглицеролы (жиры), их строение и свойства. Воски, фосфолипиды, гликолипиды, стероиды – строение, свойства и роль в пищевой промышленности
1
2

15
Роль липидов в организме и питании. Незаменимые жирные кислоты. Переваривание триацилглицеролов и фосфолипидов. Мицеллы. Внутриклеточный липолиз: гидролиз жира в клетке, окисление глицерина и жирных кислот. Ацетил КоА – конечный продукт β-окисления жирных кислот. Цикл окисления жирных кислот, активация жирных кислот. Первая стадия дегидрирования, гидратация. Вторая стадия дегидрирования жирных кислот. Энергетический баланс окисления
1
2

16
Биосинтез насыщенных жирных кислот. Синтез пальмитиновой кислоты, образование малонил-КоА, ацилпереносящий белок, трансацилазы. Стадии синтеза жирных кислот. Биосинтез триацилглицеринов, фосфоглицеридов. Интеграция липидного и углеводного обмена
1
2

17
Обмен белков. Роль белков в обмене и питании. Азотистый баланс. Норма белка в питании. Физиологический минимум. Окислительное расщепление аминокислот и белков. Протеолиз. Общая схема окисления аминокислот. Трансаминирование. Окислительное дезаминирование. Пути, приводящие к ацетил-КоА, янтарной, фумаровой и другим кислотам. Цикл мочевины. Синтез аминокислот в тканях. Синтез белков. Транскрипция. Рибосомы. Взаимосвязь между обменом белков, углеводов и липидов
2
1



Продолжение таблицы 1

1
2
3
4

18
Первичный синтез аминокислот. Азотфиксация. Азотфиксирующие организмы. Фиксация азота и другие превращения неорганических соединений азота, восстановление элементарного азота, нитрогеназа.

Биосинтез мононуклеотидов. Биосинтез пуриновых, пиримидиновых нуклеотидов, дезоксирибонуклеотидов
2
1

19
Молекулярные механизмы передачи генетической информации. Роль и функции ДНК, РНК. Процессы репликации и транскрипции у эукариот и прокариот.

Рибосомы и синтез белка (трансляция). Генетический код. Регуляция синтеза белка. Концепция лактозного оперона Жакоба – Моно

2
2

20
Регуляция обмена веществ на различных уровнях организма. Регулирование метаболизма на клеточном и субклеточном уровнях путем регуляции синтеза и каталитической активности ферментов. Регуляция метаболизма путем регуляции скорости поступления метаболитов в клетку и роль биологических мембран
1
2

21
Транспорт субстратов и продуктов. Основные механизмы, организация и регуляция транспортных процессов. Энергетика активного переноса против градиента концентрации. Активный опосредованный перенос. Системы пассивного переноса. Системы активного переноса. АТФ-азная система, транспортирующая ионы Н+, К+ и Na+
1
2

22
Вторичные метаболиты. Роль и биогенез алкалоидов в растениях. Гликозиды. Фенольные соединения с одним ароматическим кольцом, с двумя и полимерные фенольные соединения. Токсины
1
2


1.2 Лабораторные работы

      1. Лаборатория биохимии


При выполнении общей лаборатории студент приобретает основные экспериментальные навыки: качественного и количественного определения продуктов биосинтеза живой клетки, активности ферментов, получения ферментных препаратов, фракционирования клеточного содержимого.

При выполнении лабораторных работ студент осваивает основные методы по определению общего количества сахаров, белков, липидов, витаминов, определения активности ферментов, биохимические методы исследования растений, микроорганизмов, дрожжей.


Таблица 2 – Перечень лабораторных работ

Номер работ
Наименование темы
Кол-во

часов
Номер лекции

1
2
3
4

1
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ПРАВИЛА РАБОТЫ В БИОХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ. Правила безопасности в химической лаборатории, организация лаборатории, правила пользования электрооборудованием
4
–

2
АМИНОКИСЛОТЫ, ПЕПТИДЫ, БЕЛКИ И ИХ ОБМЕН. Физико-химические свойств белков (высаливание, осаждение сернокислым аммонием, хлористым натрием, сернокислым магнием, органическими кислотами, спиртом, ацетоном). Количественное определение белка в растворе методом Матиопуло, формольным титрованием, методом Лоури. Количественное определение смеси аминокислот в растворе по Сьеренсену
4
2

3
ФЕРМЕНТЫ. Изучение действия ферментов. Свойства ферментов. Определение активнос-ти ферментов (каталазы, пероксидазы, ами-лазы) в солоде ржи, проса, ячменя, овса, пше-ницы, в молоке, в дрожжевой воде. Влияние рН и температуры на активность ферментов
4
5

4
УГЛЕВОДЫ И ИХ ОБМЕН. Структура, свойства и функции углеводов в организме. Количественное определение углеводов в растворах (методом Бертрана, методом Хангендорна-Иенсена и др.)
4
8

Продолжение таблицы 2

1
2
3
4

5
ЛИПИДЫ И ИХ ОБМЕН. Омыление жира и образование свободных жирных кислот. Определение числа омыления жира (касторового, подсолнечного, сливочного масел). Определение кислотного числа жира. Определение эфирного, йодного, перекисного чисел жира
4
14

6
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ И НУКЛЕОПРОТЕИДЫ. Выделение нуклеопротеидов. Обнаружение углеводов, пуриновых оснований, фосфорной кислоты, белков в составе нуклеопротеидов
4
4

7
ВИТАМИНЫ. Качественные реакции на витамины А, Е, К, D. Реакция с диазореактивом на тиамин (В1), реакция восстановления рибофлавина (В2), реакция на пиридоксин (В6), определение фолиевой кислоты в дрожжевом экстракте. Количественное определение витамина С в морсах и соках
4
6