 |
Общая характеристика липидов.
|
|
|
|
Программа по биохимии для студентов 3-го курса
Зоолого-ботанического отделения
Биологического факультета МГУ
Вводная часть
Биохимия – как основа всех молекулярно-биохимических и
физиологических дисциплин.
«Статическая биохимия» - часть биохимии, изучающая структуру и функции
основных веществ в составе клетки (вода, аминокислоты, пептиды и белки, сахариды и полисахариды, жирные кислоты и липиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты, витамины и их активные формы), а также основные подходы к исследованию этих соединений. Кроме того, включает рассмотрение строения биологических мембран и транспорт веществ через них, а также принципы передачи сигнала из внеклеточного пространства внутрь клетки (биосигнализация).
«Динамическая биохимия» рассматривает вопросы, касающиеся
метаболизма веществ - их катаболизм, анаболизм и общую схему пересечения основных метаболических путей.
Строение воды и ее основные свойства. Буферные растворы.
Полярность молекулы воды. Водородные связи, образуемые между молекулами воды и между молекулами воды и другими веществами. Растворимость в воде. Понятие гидрофильных и гидрофобных соединений.
Другие слабые взаимодействия: ионные, гидрофобные, ван-дер-ваальсовы.
Ионизация воды и константа равновесия реакции ионизации. Ионное произведение воды. Понятие рН. Кислые и щелочные значения рН. Значение величины рН в биохимии.
Ионизация сильных и слабых кислот и щелочей. Константа диссоциации слабых кислот и оснований. Понятие рКа
Кривые титрования слабых кислот и оснований. Буферная область.
Понятие буфера. Основные свойства буферных растворов. Уравнение Хендерсона-Хассельбаха.
|
|
|
Роль буферных систем в поддержании рН в биологических системах.
Фосфатная, бикарбонатная, аммонийная буферные системы. Буферные свойства аминокислоты гистидина, входящего в состав белков
Аминокислоты
Природные аминокислоты. Различные классификации аминокислот. Непротеиногенные (небелковые) аминокислоты, их биологическая роль. Протеиногенные (белковые) стандартные аминокислоты и их биологическая роль. Основные принципы различных способов классификации стандартных белковых аминокислот. Трехбуквенные и однобуквенные обозначения аминокислот. Селеноцистеин и пирролизин. Протеиногенные нестандартные аминокислоты (6-N-метиллизин, g-карбоксиглутаминовая кислота, 3- и 4-гидроксипролин, 5-гидроксилизин,цистин, десмозин). Функции белковых аминокислот.
Физико-химические свойства аминокислот. Стереохимические свойства аминокислот, L- и D-аминокислоты. Роль L- и D- аминокислот. Оптические свойства аминокислот, спектры поглощения и флуоресценции аминокислот. Химические свойства аминокислот: кислотно-основные (амфотерные) свойства, ионизация аминокислот, кривые титрования и расчет заряда аминокислот в зависимости от рН среды, изоэлектрическая точка аминокислот и ее расчет, исходя из значений рК ионизируемых групп.
Методы разделения аминокислот, основанные на их физико-химических свойствах: распределительная хроматография и высоковольтный электрофорез на бумаге, ионообменная хроматография на пластинах и высокоэффективная жидкостная хроматография высокого давления, основанная на ионных и гидрофобных свойствах аминокислот. Основные методы идентификации аминокислот (нингидриновая реакция, реакция дансилирования, реакция с динитрофторбензолом).
Пептиды
Пептиды. Олигопептиды. Природа пептидной связи, ее образование, структурные и химические особенности. N- и С- концевые аминокислотные остатки. Химические свойства пептидов; кривые титрования пептидов и их заряд. Разделение пептидов. Природные биологически активные пептиды (антибиотики, гормоны, карнозин и анзерин). Глутатион: структура, биологическая роль. Биодобавки (аспартам).
|
|
|
Белки
Современные представления об уровнях структурной организации белков.
1. Первичная структура белка и методы ее определения. Определение аминокислотного состава белка. Денатурация и фрагментация белка. Разделение пептидов и определение их аминокислотной последовательности. Определение N- и С-концевых остатков пептидов. Составление пептидных карт (метод отпечатков пальцев). Консервативные и гомологичные последовательности аминокислот в белках. Связь между первичной и высшими структурными организациями белков.
2. Вторичная структура белка: упорядоченные (a-спираль, b-слой, b-изгиб) и неупорядоченные структуры полипептидных цепей. Природа взаимодействий, обеспечивающих формирование вторичной структуры белка. Роль остатков глицина и пролина в структурной организации белков.
3. Надвторичная структура. Белковые мотивы, домены и модули, теории конвергентной эволюции и модульной конструкции.
4. Третичная структура белка. Формирование нативной структуры белка (фолдинг белков). Природа взаимодействий, обеспечивающих формирование третичной структуры белка («слабые» связи: водородные, ионные, ван-дер-ваальсовые, гидрофобные взаимодействия; ковалентные дисульфидные связи). Конформационная подвижность белка. Нативная структура белка. Денатурация белка (обратимая и необратимая), опыты Анфинсена.
Молекулярные шапероны (белки теплового шока): их классификация, строение, принцип действия и биологическая роль.
Убиквитин и его биологическая роль. Убиквитинилирование. Строение и функции протеасом.
Болезни, вызванные нарушением нативной структуры белков. Прионы как белковые инфекционные частицы. Амилоидозы и связанные с ними нейродегенеративные заболевания (болезнь Паркинсона, Альцгеймера и др.).
5. Четвертичная структура белка. Протомеры, олигомеры: гомомеры и гетеромеры, димеры, тетрамеры и т.п. Природа взаимодействий, обеспечивающих формирование четвертичной структурны белка («слабые» связи: водородные, ионные, ван-дер-ваальсовы; гидрофобные взаимодействия; ковалентные дисульфидные связи). Функции четвертичной структуры белка.
|
|
|
6. Надмолекулярные белковые структуры (надмолекулярные комплексы), понятие метаболона.
Сравнительная биохимия и эволюция белков.
Физико-химические свойства белков (молекулярная масса, субъединичный состав, форма молекулы, растворимость, изоэлектрическая точка, гидрофобные свойства, термостабильность и термолабильность). Обратимая и необратимая денатурация белка, ренатурация. Методы разделения и очистки белков, основанные на их физико-химических свойствах (термообработка, изоэлектрическое осаждение, высаливание, обработка органическими растворителями; колоночная хроматография (ионообменная (катионообменная и анионообменная), аффинная, гель-хроматография), электрофорез, изоэлектрофокусирование, двумерный электрофорез). Протеомика как наука и ее роль в диагностических целях. Методы определения молекулярной массы белка. Получение высокоочищенных препаратов белков и критерии их гомогенности.
Различные способы классификации белков: простые и сложные, глобулярные, фибриллярные и мембранные, растворимые и нерастворимые. Классификация белков, основанная на их биологических функциях.
Простые и сложные белки. Классификация сложных белков: гликопротеины, липопротеины, хромопротеины (гемопротеины и флавопротеины), нуклеопротеины, фосфопротеины, металлопротеины).
Глобулярные и фибриллярные белки.
Классификация белков, основанная на их биологических функциях.
1. Каталитическая функция - ферменты.
2. Транспортная функция.
3. Структурная функция
4. Защитная функция.
5. Сократительно-двигательная функция.
6. Регуляторная функция.
7. Питательная функция
8. Белки, участвующие в передаче генетической информации и экспрессии белков. и т.д.
Структурные (фибриллярные) белки - a- и b-кератины, коллаген,
эластин, фиброин): строение, сходства и различия, биологическая роль.
Миоглобин и гемоглобин как примеры глобулярных гемопротеинов: структура, свойства, сходства и различия, биологическая роль. Факторы, влияющие на связывание кислорода.
|
|
|
Ферменты
Ферменты как биологические катализаторы; их отличия от неорганических катализаторов, химическая природа (абзимы, рибозимы). Обратимость и специфичность (абсолютная, относительная) ферментативного катализа. Общие представления о строении фермента, активном и аллостерических центрах. Модели жесткого и индуцированного соответствия активного центра фермента и субстрата. Односубстратные и двусубстратные реакции. Простые и сложные ферменты, апо- и холоферменты, кофакторы, коферменты и простетические группы.
Общие представления о катализе. Энергетическая диаграмма реакции, переходное состояние, энергия активации и ее снижение в результате действия фермента. Типы катализа (общий и специфический кислотно-основной катализ, ковалентный нуклеофильный и электрофильный катализ, согласованный катализ, катализ ионами металлов). Влияние катализатора на константу скорости химической реакции (на диффузионный, активационный и энтропийный факторы) и на равновесие реакции.
Некоторые ионы, являющиеся кофакторами ферментов.
Влияние величины рН и температуры на активность фермента (на скорость ферментативной реакции).
Основные представления о кинетике ферментативных реакций. Образование фермент-субстратного комплекса. Скорость ферментативной реакции; начальная скорость реакции. Активность фермента и число оборотов фермента. Приближения и допущения Михаэлиса. Стационарное приближение при рассмотрении ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Бриггса-Холдейна и его преобразования. Физический смысл константы Михаэлиса. Максимальная скорость ферментативной реакции. Способы регуляции активности фермента (изменение количества фермента, изменение скорости работы фермента). Изостерическая регуляция. Аллостерическая регуляция Активаторы и ингибиторы ферментов. Типы ингибирования ферментов: необратимое и обратимое (конкурентное, неконкурентное, смешанное, бесконкурентное), полное и неполное, ингибирование субстратом и продуктом реакции. Ковалентная модификация ферментов. Ферменты, не подчиняющиеся кинетике Михаэлиса.
Изоферменты и множественные формы фермента.
Международная классификация ферментов. Основные классы ферментов и типы реакций, катализируемых ими. Коферменты, участвующие в катализируемых реакциях. I. Оксидоредуктазы. II. Трансферазы III. Гидролазы. IV. Лиазы. V. Изомеразы. VI. Лигазы.
Углеводы
Классификация углеводов и их биологическая роль.
|
|
|
Моносахариды: классификация, строение. Стереохимические свойства углеводов, L- и D-стереоизомеры. Оптическая активность моносахаридов. Циклические формы моносахаридов (пиранозные и фуранозные формы) на примере глюкозы и фруктозы, рибозы и дезоксирибозы; α- и β-формы. Таутомерные формы. Мутаротация, рацемическая смесь. Конформационные формы глюкопиранозы («лодка» и «кресло»). Реакционная способность моносахаридов и их химические свойства; восстанавливающие свойства моносахаридов. Окисление моносахаридов до кислот: альдоновые, уроновые и альдаровые кислоты. Восстановление моносахаридов до многоатомных спиртов (сорбит, маннит, инозит). Важнейшие представители моносахаридов, их свойства и биологическая роль: триозы (глицеральдегид и гидроксиацетон), тетрозы (эритроза, треоза), пентозы (рибоза, рибулоза, ксилулоза) и их дезоксипроизводные (дезоксирибоза); гексозы (глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза); гептозы (седогептулоза); глюкозамины, маннозамины, галактозамины и их N-ацетилпроизводные; мурамовая и N-ацетилмурамовая кислоты; N-ацетилнейраминовая (сиаловая) кислота.
О- и N- гликозидные связи, гликозиды.
Дисахариды (мальтоза, изомальтоза, сахароза, лактоза и целлобиоза): строение, свойства, биологическая роль.
Олигосахариды.
Полисахариды: способы классификации (по источнику, по структуре, по функциям) и химическое строение. Гомополисахариды: гликоген, крахмал, целлюлоза, хитин - общие и специфические свойства, биологическая роль. Нередуцирующий и редуцирующий конец полисахарида. Представления о «первичной, вторичной и более высоких уровнях организации» полисахаридов. Гетерополисахариды (агар (агароза и агаропектин), гиалуроновая кислота, гепарин): строение, биологическая роль.
Гликопротеины, протеогликаны: структура, биологическое значение.
Понятия «гликирование» и «гликозилирование».
Лектины – белки, распознающие углеводы в клетке и участвующие во многих клеточных процессах.
Липиды
Общая характеристика липидов.
|
|
|
