Учебное пособие: Биохимия мембран

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.Г. БЕЛИНСКОГО

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Биохимия мембран

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 020208–«Биохимия»

Факультет естественно-географический

КАФЕДРА биохимии

Пенза – 2007

1. Квалификационные требования

Квалификация выпускника – биохимик.

Нормативный срок освоения основной образовательной программы подготовки биохимика по специальности 020208 Биохимия при очной форме обучения 5 лет.

Квалификационная характеристика выпускника

Специалист-биохимик осуществляет деятельность по изучению строения и свойств химических соединений, входящих в состав живых организмов, метаболизма и его регуляции. Разрабатывает нормативные документы в своей области деятельности, организует и выполняет экспедиционные работы и лабораторные исследования; анализирует получаемую полевую и лабораторную информацию, обобщает и систематизирует результаты выполненных работ, используя современную вычислительную технику; составляет научно-технические отчеты и другую установленную документацию; следит за соблюдением установленных требований, 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 работе семинаров и конференций, составлении патентных заявок.

В производственных и медицинских организациях проводит биохимическую аналитическую работу, участвует в диагностике и экспертизе, сертификации продуктов производства.

Исходя из своих квалификационных возможностей, специалист-биохимик подготовлен к самостоятельной работе на должностях биохимика, врача-лаборанта, биолога, лаборанта-исследователя, инженера-исследователя, научного сотрудника в научно-исследовательских и научно-производственных учреждениях, и других должностях, в соответствии с требованиями Квалификационного справочника должностей руководителей, специалистов и других служащих, утвержденных постановлением Минтруда РФ от 21.08.98 № 37.

Специалист-биохимик подготовлен к педагогической деятельности на должности преподавателя в средней школе и учреждениях профессионального образования при условии освоения дополнительной образовательной программы психолого-педагогического профиля.

Область профессиональной деятельности

Исследование строения и физико-химических свойств химических соединений, входящих в состав живых 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

·  Проведение научных исследований в области биохимии и молекулярной биологии: сбор и подготовка научных материалов, квалифицированная постановка экспериментов, обработка результатов клинических анализов и экспериментальных исследований.

·  Научно-производственная и организационная деятельность;

·  Педагогическая деятельность (при условии освоения соответствующей образовательно-профессиональной программы педагогического профиля) преподавание в средней и высшей школе, осуществление просветительской деятельности.

·  Иные виды деятельности, позволяющие использовать базовую биологическую подготовку и подготовку по специальности 020208 – Биохимия.

2. Требования ГОС по дисциплине

Молекулярная организация биологических мембран; белки и липиды, динамические свойства мембран, белок-липидные взаимодействия; методы изучения состояния мембран и кинетики мембранных ферментов; активный и пассивный транспорт через мембраны, молекулярные механизмы функционирования ионных каналов, транспорт неэлектролитов; модификаторы мембран; искусственные мембраны.

3. Цели и задачи дисциплины

Подготовка студентов-биохимиков в области мембранологии является необходимой как для более глубокого проникновения в область биохимии и молекулярной биологии клетки, так и для совершенствования в методах биотехнологии и медицинской биохимии – тех областей, в которых биохимик может обеспечить практическую отдачу наиболее быстро и эффективно. Производство биологически-активных веществ методами биотехнологии, их использование для стимуляции и модификации метаболизма, понимание молекулярных основ патологических изменений в тканях и выработка рекомендаций для профилактики и лечения, выяснение механизмов осуществления и регуляции клеточного цикла – все эти теоретические или сугубо практические задачи требуют подготовки специалистов-биохимиков, сведущих в мембранологии.

Спецкурс «биохимия мембран» составляет неотъемлемую часть подготовки специалистов-биохимиков.

Цель курса - изучение строения, тонкой организации биологических мембран и механизмов функционирования включенных в мембраны компонентов.

4. Место дисциплины в профессиональной подготовке студентов

Курс «Биохимия мембран» является курсом, для изучения которого необходимо наличие знаний об основных принципах организации биологических молекул, строении и механизмах действия ферментов. Дисциплина биохимия мембран относится к дисциплинам специализации федерального компонента.

5. Распределение времени, отведенного на изучение дисциплины по учебному плану

6. Тематические планы для очной формы обучения на 7 семестр

на 8 семестр

Содержание дисциплины

1. Введение

Биохимия мембран. Предмет науки. История. Разнообразие мембран.

Методы. Выделение мембран: разрушение клеток, разделение мембран. Разделение и анализ липидных компонентов мембран. Выделение и модификация мембраносвязанных компонентов.

2. Структура и свойства мембранных липидов.

Молекулярная организация биологических мембран. Жидкие кристаллы. Водно-липидные смеси. Гидратация липидов. Фазовые диаграммы однокомпонентных водно-липидных систем. Динамические свойства мембран. Термодинамика полиморфизма липидных структур. Фазовые переходы в липидных системах. Модельные мембранные системы.

3. Мембранные белки: характеристика и структурные принципы.

Белки и липиды: модели организации взаимодействий, белок-липидные взаимодействия; Структурные исследования мембранных белков. Принципы структурной организации мембранных белков и способы её прогнозирования для трансмембранных белков. Ковалентная связь мембранных белков с углеводами и липидами. Модели мембранных белков. Методы изучения состояния мембран и кинетики мембранных ферментов.

4. Асимметрия мембран.

Топография мембранных белков. Цитоскелет. Трансмембранная асимметрия липидов. Латеральная гетерогенность мембран.

5. Динамическое поведение мембранных систем и липидно-белковые взаимодействия

Модели движения мембранных компонентов. Применение мембранных зондов. Текучесть мембран. Вращение мембранных белков. Латеральная диффузия белков в мембранах. Динамические свойства остова мембранных белков и их боковых цепей. Мембранная энзимология.

6. Взаимодействие низкомолекулярных соединений с мембранами.

Адсорбция лигандов на бислое. Проницаемость липидных мембран для неэлектролитов и ионов. Электрические свойства мембран. Мембранный потенциал.

7. Поры, каналы и переносчики.

Активный и пассивный транспорт через мембраны, молекулярные механизмы функционирования ионных каналов, транспорт неэлектролитов. Разнообразие функций переносчиков. Каналы и переносчики как ферменты: применение теорий скоростей. Унипортеры, симпортеры и антипортеры. Примеры пор и каналов: щелевые контакты, ядерные поровые комплексы, порины, натриевый и кальциевый каналы. Активные транспортные системы. Мембранные поры, создаваемые экзогенными объектами. Экзо- и эндоцитоз.

8. Клеточная поверхность: рецепторы и передача сигналов

Поверхность животной клетки. Рецепторы, определяющие клеточную адгезию. Рециклирование мембран с участием рецепторов. Семейства рецепторов, G-белки. Первичный ответ, вторичные посредники. Онкогены и передача сигнала.

9. Биогенез мембран

Биосинтез и распределение мембранных липидов. Общие особенности экзоцитозного пути. Характерные пути биосинтеза мембранных белков. Сборка мультисуъединичных комплексов. Обновления компонентов мембран. Модификаторы мембран; искусственные мембраны.

Список основной литературы

1. Кагава Я. Биомембраны. М. 1985.

2. Биологические мембраны и мембраноактивные соединения/ Под ред. Б.А. Тахмухамедовой. Ташкент 1985.

3. Геннис Р. Биомембраны. М. 1997.

4. Ленинджер А. Основы биохимии. - М.: Мир, 1985. - 260 с.

5. Практикум по биохимии/ под ред. С.Е. Северина и Г.А. Соловьёвой . - М.: МГУ, 1989. – 509 с.

Список дополнительной литературы

1. Антонов В.Ф. Липиды и ионная проницаемость мембран. М. 1982.

2. Ивков В.Г. Динамическая структура липидного бислоя. М. 1981.

3. Болдырев А.А. Биологические мембраны и транспорт ионов. М. 1985.

4. Фридрих П. Ферменты: четвертичная структура и надмолекулярные комплексы. - М.: Мир, 1986. – 374 с.

Требования к уровню освоения программы и вопросы к зачету

В результате изучения данной дисциплины студент должен:

Знать основные принципы организации биологических мембран.

Уметь выделять мембранные компоненты клетки.

Владеть приемами и навыками работы с мембранными структурами.

1.  Жидкие кристаллы. Водно-липидные смеси. Гидратация липидов.

2.  Фазовые диаграммы однокомпонентных водно-липидных систем.

3.  Термодинамика полиморфизма липидных структур. Фазовые переходы в липидных системах.

4.  Модельные мембранные системы.

5.  Структурные исследования мембранных белков. Принципы структурной организации мембранных белков и способы её прогнозирования для трансмембранных белков. Ковалентная связь мембранных белков с углеводами и липидами.

6.  Модели мембранных белков.

7.  Каналы и переносчики как ферменты: применение теорий скоростей.

8.  Унипортеры, симпортеры и антипортеры. Примеры пор и каналов: щелевые контакты, ядерные поровые комплексы, порины, натриевый и кальциевый каналы.

9.  Активные транспортные системы.

10.   Мембранные поры, создаваемые экзогенными объектами.

11.  Экзо- и эндоцитоз.

Поверхность животной клетки. Рецепторы, определяющие клеточную адгезию. Рециклирование мембран с участием рецепторов. Семейства рецепторов, G-белки. Первичный ответ, вторичные посредники. Онкогены и передача сигнала.

Сведения о переутверждении программы на очередной учебный год и регистрации изменений

Учебная программа составлена на основании ГОС ВПО 2000 для специальности 020208 – «Биохимия»

Программу составил:

1. Соловьев В.Б., канд. биол. наук, доцент _______________________

                                                                                     (подпись)

Настоящая программа не может быть воспроизведена ни в какой форме без предварительного письменного разрешения кафедры-разработчика программы.

Программа одобрена на заседании кафедры биохимии

Протокол №                                   от «___» _____________ 200 года

Зав. кафедрой биохимии

д.б.н., профессор Генгин М.Т. ___________________________________

 (подпись)

Программа одобрена учебно-методическим советом Естественно-географического факультета

«_____» _____________ 2007 года

Председатель учебно-методического совета

Естественно-географического факультета,

к.т.н., доцент                                   _________________ О.В. Зорькина

(подпись)

Программа одобрена учебно-методическим управлением университета

«_____» _____________ 2007 года

Начальник учебно-методического

управления университета     _____________________ Г.Н. Шалаева

(подпись)

ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ