ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИВ.Г. БЕЛИНСКОГО
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Энзимология
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 020208 – «Биохимия»
Факультет естественно-географический
КАФЕДРА биохимии
Пенза – 2007
1. Квалификационные требования
Квалификация выпускника – биохимик.
Нормативный срок освоения основной образовательной программыподготовки биохимика по специальности 020208 Биохимия при очной форме обучения5 лет.
Квалификационная характеристика выпускника
Специалист-биохимик осуществляет деятельность по изучению строенияи свойств химических соединений, входящих в состав живых организмов,метаболизма и его регуляции. Разрабатывает нормативные документы в своейобласти деятельности, организует и выполняет экспедиционные работы илабораторные исследования; анализирует получаемую полевую и лабораторнуюинформацию, обобщает и систематизирует результаты выполненных работ, используясовременную вычислительную технику; составляет научно-технические отчеты идругую установленную документацию; следит за соблюдением установленныхтребований, действующих норм, правил и стандартов в области своей деятельности.Проводит экспериментальные исследования в своей области, формулирует их задачу,участвует в разработке и осуществлении новых методических подходов, обсуждении,оценке и публикации результатов, проводит патентную работу, участвует в работесеминаров и конференций, составлении патентных заявок.
В производственных и медицинских организациях проводитбиохимическую аналитическую работу, участвует в диагностике и экспертизе,сертификации продуктов производства.
Исходя из своих квалификационных возможностей, специалист-биохимикподготовлен к самостоятельной работе на должностях биохимика, врача-лаборанта,биолога, лаборанта-исследователя, инженера-исследователя, научного сотрудника внаучно-исследовательских и научно-производственных учреждениях, и другихдолжностях, в соответствии с требованиями Квалификационного справочникадолжностей руководителей, специалистов и других служащих, утвержденныхпостановлением Минтруда РФ от 21.08.98 №37.
Специалист-биохимик подготовлен к педагогической деятельности надолжности преподавателя в средней школе и учреждениях профессиональногообразования при условии освоения дополнительной образовательной программыпсихолого-педагогического профиля.
Область профессиональной деятельности
Исследованиестроения и физико-химических свойств химических соединений, входящих в составживых организмов, метаболизма и молекулярных механизмов его регуляции.
Объекты профессиональной деятельности
Вирусы и микроорганизмы, клеточные органеллы и одиночные клетки,многоклеточные организмы (растения и животные).
Виды профессиональной деятельности
· Проведениенаучных исследований в области биохимии и молекулярной биологии: сбор иподготовка научных материалов, квалифицированная постановка экспериментов,обработка результатов клинических анализов и экспериментальных исследований.
· Научно-производственнаяи организационная деятельность;
· Педагогическаядеятельность (при условии освоения соответствующейобразовательно-профессиональной программы педагогического профиля) преподаваниев средней и высшей школе, осуществление просветительской деятельности.
· Иныевиды деятельности, позволяющие использовать базовую биологическую подготовку иподготовку по специальности 020208 – Биохимия.
2. Требования ГОС по дисциплине
Принципы пространственной организации молекулы фермента, проблемысворачивания полипептидной цепочки в нативную конформацию, ее важность дляэнзимологии; современные представления о механизмах формированияпространственной структуры белка; иерархический принцип сворачивания;промежуточные состояния в процессе организации нативной конформации;современное состояние знаний о белках теплового шока и структуре шаперонов;домены, их структурные и функциональные характеристики; роль мультидоменнойорганизации молекулы фермента в определении ее функциональных свойств,формирование активного центра на границе между доменами; роль подвижности доменовв катализе, структурные основы реализации феномена индуцированногосоответствия, регуляторные домены, домены, обеспечивающие связывание смембранами; факторы, определяющие эффективность и специфичность ферментативногокатализа, комплементарность между ферментом и субстратом; использование энергиисвязывания фермента с субстратом в катализе; природа сил, стабилизирующаяразличные конформационные состояния системы фермент-субстрат (водородные связи,гидрофобные взаимодействия и др.); типы катализа, используемые в ферментативныхреакциях; функциональные группы ферментов; каталитические антитела (абзимы) какпримитивные ферменты; классификация ферментов; структура и механизм действияферментов отдельных групп, разные типы регуляции активности ферментов; полифункциональныеферменты, функциональные преимущества, возникающие в результате белок-белковыхвзаимодействий в составе молекулы полифункциональных ферментов; четвертичнаяструктура ферментов, роль четвертичной структуры в стабилизации молекулы ферментаи регуляции активности ферментов.
3. Цели и задачи дисциплины
Энзимологияявляется основой всех биологических дисциплин, поскольку все процессыжизнедеятельности протекают с участием ферментов и ферментативных систем.Первоначально являющаяся разделом биохимии, энзимология в настоящее время –самостоятельная наука, оказывающая влияние на получение фундаментальных знанийв различных областях биологии. Ферменты широко применяются в промышленности,биотехнологических процессах, медицине, сельском хозяйстве.
Дипломированныйспециалист-биохимик должен иметь представление о ферментах как эффективных испецифичных биокатализаторах, их свойствах, организации внутри клетки ирегуляции ферментативной активности на разных уровнях.
Цель курса «Энзимология» – показатьфундаментальную роль ферментов в обмене веществ и энергии, молекулярныхмеханизмах наследственности, регуляции и интеграции метаболических процессов вживых организмах.
Программасоставлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом Высшегопрофессионального образования для студентов, обучающихся по специальности 020208– «Биохимия».
4. Место дисциплины в профессиональной подготовке студентов
Курс «Энзимология» предшествует изучению студентов курсов кинетикии термодинамики ферментативных реакций. Он имеет основополагающее значение,поскольку главным объектом его изучения являются ферменты – катализаторы всегоживого, без которых немыслимы являются все биохимические процессы. Дисциплинаэнзимология относится к специальным дисциплинам и дисциплинам специализациифедерального компонента.
Тематическиепланы для очной формы обучения
№
п/п Наименование разделов и тем Кол-во часов Лекц. Сам. Общее число часов 51 51 1. Номенклатура. 4 4 2. Строение ферментов. Простые и сложные ферменты. 4 4 3. Коферменты. Строение и классификация. 4 4 4. Механизм ферментативной реакции. 4 4 5. Кинетика ферментативных реакций. 6 6 6. Ингибиторы: классификация и применение 4 4 7. Методы выделения и очистки ферментов. 5 5 8. Регуляция ферментативной активности. 4 4 9. Локализация ферментов. 4 4 10. Ферменты – маркеры. 4 4 11. Иммобилизованные ферменты. 4 4 12. Применение ферментов. 4 4
Содержаниедисциплины
1. Классификацияи номенклатура
Историяизучения классификации ферментов. Современная международная номенклатура EC – enzyme code. Организации,занимающиеся вопросами классификации и номенклатуры – IUBMB IUPAC. Значение и недостаткиединой системы номенклатуры. Классы ферментов, подклассы и подподклассы.
2. Строениеферментов
Белковые инебелковые ферменты (рибозимы). Простые и сложные ферменты. Холофермент,апофермент, коферменты: кофакторы и простетические группы. Общие механизмыдействия кофакторов. Классификация коферментов. Характеристика основныхпредставителей различных групп (глутатион, липоевая кислота, убихиноны,коферменты – производные пиридоксина, тиаминпирофосфат, биотин,тетрагидрофолиевая кислота, коферменты – переносчики фосфата, кофермент А,никотинамидные коферменты, флавиновые коферменты, кобамидные коферменты, железопорфириновыекоферменты). Принципыпространственной организации молекулы фермента, проблемы сворачиванияполипептидной цепочки в нативную конформацию, ее важность для энзимологии;современные представления о механизмах формирования пространственной структурыбелка; иерархический принцип сворачивания; промежуточные состояния в процессеорганизации нативной конформации; современное состояние знаний о белкахтеплового шока и структуре шаперонов; домены, их структурные и функциональныехарактеристики; роль мультидоменной организации молекулы фермента в определенииее функциональных свойств, формирование активного центра на границе междудоменами. роль подвижнос-ти доменов в катализе, структурные основы реализациифеноме-на индуцированного соответствия, регуляторные домены, доме-ны,обеспечивающие связывание с мембранами; факторы опре-деляющие эффективность испецифичность ферментативного ка-тализа, комплементарность между ферментом исубстратом. Методы идентификации активного центра ферментов. Каталитическиеантитела (абзимы) как примитивные ферменты; структура и механизм действияферментов отдельных групп.
3. Кинетикаферментативных реакций. Механизмы ферментативных реакций
Использованиеэнергии связывания фермента с субстратом в катализе; природа сил, стабилизирующаяразличные конформационные состояния системы фермент-субстрат (водородные связи,гидрофобные взаимодействия и др.); типы катализа, используемые в ферментативныхреакциях; функциональные группы ферментов. Понятие ферментативной активности.Способы выражения ферментативной активности. Влияние концентрации фермента наскорость ферментативной реакции. Влияние концентрации субстрата. ТеорияМихаэлиса-Ментен. Способы графического определения константы Михаэлиса имаксимальной скорости реакции. Влияние температуры и рН среды на скоростьферментативных реакций. Ингибиторы ферментов и их классификация. Конкурентное,неконкурентное, бесконкурентное, смешанное ингибирование. Способы определениятипа и константы ингибирования. структура и механизм действия ферментов отдельныхгрупп
4. Механизмырегуляции ферментативной активности
Разные типырегуляции активности ферментов; полифункциональные ферменты, функциональныепреимущества, возникающие в результате белок-белковых взаимодействий в составемолекулы полифункциональных ферментов; четвертичная структура ферментов, рольчетвертичной структуры в стабилизации молекулы фермента и регуляции активности ферментов.Уровни регуляции ферментативной активности. Регуляция путём измененияколичества ферментов и путёмизменения их индивидуальной каталитическойактивности. Нековалентная и ковалентная модификация. Способы контроляразветвлённых метаболических путей.
5. Методывыделения и очистки ферментов
Экстрагированиеферментов из биологического материала. Кислотная обработка, термическаяобработка, фракционирование солями, органическими растворителями, методизбирательной адсорбции, ионообменная хроматография, гельфильтрация, аффиннаяхроматография, электрофорез, изоэлектрофокусирование, ультрацентрифугирование,кристаллизация. Комбинирование различных методов для очистки ферментов напримере глюкозо‑6‑фосфатдегидрогеназы печени крыс. Критерии чистотыферментных препаратов.
6. Локализацияферментов
Тканевое,региональное, клеточное и субклеточное распределение ферментов. Ферменты –маркеры субклеточных структур: ядерные, митохондриальные, лизосомальные,цитозольные ферменты. Использование ферментов-маркеров в диагностике и научныхисследованиях.
Требованияк уровню освоения программы
В результатеизучения данной дисциплины студент должен знать классификацию иноменклатуру ферментов, их строение и механизмы функционирования, а такжесовременные методы работы с ферментами; уметь применять приемыноменклатуры ферментов, давать характеристику важнейшим из них; владетьприемами и навыками работы с ферментами.
Переченьвопросов к экзамену:
Историяизучения классификации ферментов.
Современнаямеждународная номенклатура EC – enzyme code.
Организации,занимающиеся вопросами классификации и номенклатуры – IUBMB IUPAC.
Значение инедостатки единой системы номенклатуры.
Классыферментов, подклассы и подподклассы.
Белковые инебелковые ферменты (рибозимы).
Простые исложные ферменты.
Холофермент,апофермент, коферменты: кофакторы и простетические группы.
Общиемеханизмы действия кофакторов.
Классификациякоферментов.
Характеристикаосновных представителей различных групп.
Строениеактивного центра ферментов, субстратсвязывающий и каталитический центр.
Методыидентификации активного центра ферментов.
Механизмыферментативной реакции.
Понятиеферментативной активности.
Способывыражения ферментативной активности.
Влияниеконцентрации фермента на скорость ферментативной реакции. Влияние концентрациисубстрата.
ТеорияМихаэлиса-Ментен.
Способыграфического определения константы Михаэлиса и максимальной скорости реакции.
Влияниетемпературы и рН среды на скорость ферментативных реакций. Ингибиторы ферментови их классификация.
Уровнирегуляции ферментативной активности.
Регуляцияпутём изменения количества ферментов и путёмизменения их индивидуальнойкаталитической активности.
Способыконтроля разветвлённых метаболических путей. Экстрагирование ферментов избиологического материала.
Кислотнаяобработка, термическая обработка, фракционирование солями, органическимирастворителями, метод избирательной адсорбции, ионообменная хроматография,гельфильтрация, аффинная хроматография, электрофорез, изоэлектрофокусирование,ультрацентрифугирование, кристаллизация.
Критериичистоты ферментных препаратов.
Тканевое,региональное, клеточное и субклеточное распределение ферментов.
Ферменты –маркеры субклеточных структур.
Использованиеферментов-маркеров в диагностике и научных исследованиях.
Списокосновной литературы
1. Кретович В.Л. Введениев энзимологию. – М.: Наука, 1986. – 332 с.
2. Диксон М., УэббЭ. Ферменты. – М.: Мир, 1982. – Т. 1 – 3.
3. Фершт Э. Структура имеханизм действия ферментов. – М.: Мир, 1980. – 432 с.
4. Фридрих П. Ферменты:четвертичная структура и надмолекулярные комплексы. – М.: Мир, 1986. – 374 с.
5. Кочетов Г.А. Практическоеруководство по энзимологии. – М.: Высш. школа, 1980. – 272 с.
6. Практикум по биохимии/под ред. С.Е. Северина и Г.А. Соловьёвой. – М.: МГУ, 1989. – 509 с.
7. Ленинджер А. Основыбиохимии. – М.: Мир, 1985. – 260 с.
8. Курганов Б.И. Аллостерическиеферменты. – М.: Наука, 1978. – С. 11–41.