Инженерная энзимология - Российско

РОССИЙСКО-АРМЯНСКИЙ (СЛАВЯНСКИЙ)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
С о с т а в ле н а
в
с о о т ве т с т вии
с
государственными требованиями к минимуму
содержания
и
у р о вн ю
подготовки
в ы п у с к н и к о в п о у к а з а н н ы м н а п р а в ле н и я м и
П о ло ж е н и е м Р А У « О п о р я д к е р а з р а б о т к и и
у т в е р ж д е н и я у ч е б н ы х п р о г р а м м» .
УТ В Е Р Ж ДА Ю :
И М и В Т Ка за р я н Э . М .
“___”_____________ 200_ г.
Институт: Институт математики и высоких технологий
Кафедра:
______медицинская биохимия и биотехнология_____
Автор(ы): к.б.н., доцент Оганесян А.А.
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
Дисциплина: Инженерная энзимология
Специальность: 020210 Биоинженерия и Биоинформатика
ЕРЕВАН
Пояснительная записка:
1.1. Цели и задачи дисциплины
Цель: Изучение основы исследования ферментативной реакции, ее характеристик и
свойств ферментов.
Задачи: Изучить основные понятия, связанные с современной энзимологией, обсудить
пути регуляции метаболизма на уровне ферментов, изучить методы определения
структуры ферментов и методов оценки кинетических параметров
1.2. Место дисциплины в структуре ООП.
Цикл «факультативные дисциплины»
Содержание дисциплины: структура ферментов и методы ее определения, методы
практической энзимологии, кинетика ферментативных реакций, механизмы действия
ферментов и их регуляторов.
Содержание данной дисциплины необходимо для освоения следующих дисциплин Биохимия, Подготовка диссертации.
В качестве предпосылочных знаний для освоения данной дисциплины необходимы:
Физиология человека, Биохимия и молекулярная биология.
1.3. Требования к результатам освоения дисциплины:
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:
Базовые представления о строении, механизмах действия и регуляции активности
ферментов
основные понятия ферментативной кинетики
Уметь:
Проводить анализ научной литературы, демонстрировать базовые представления по
энзимологии, применять их на практике, критически анализировать полученную
информацию и представлять результаты исследований
Владеть:
Методами, используемыми для определения активности ферментов, выделения
ферментов. Навыками научной дискуссии.
2. Трудоемкость дисциплины.
Семестр 4. Форма промежуточной аттестации – экзамен. Общая трудоемкость
дисциплины составляет 3 зачетных единиц, 108 часов.
3. Тематический план.
Виды учебной работы
1
1. Общая трудоемкость изучения дисциплины
по семестрам , в т. ч.:
1.1. Аудиторные занятия, в т. ч.:
1.1.1. Лекции
1.1.2. Практические занятия, в т. ч.
1.1.2.1. Обсуждение прикладных
проектов
1.1.2.2. Кейсы
1.1.2.3. Деловые игры, тренинги
1.1.2.4. Контрольные работы
1.1.3. Семинары
Всего, в
акад.
часах
_9_
сем
3
108
4
108
36
18
36
18
18
18
Распределение по семестрам
___
___
___
___
сем
сем
сем.
сем
5
6
7
10
____
сем.
11
1.1.4. Лабораторные работы
1.1.5. Другие виды аудиторных занятий
1.2. Самостоятельная работа, в т. ч.:
1.2.1.Подготовка к экзаменам
1.2.2.Другие виды самостоятельной
работы, в т.ч. (можно указать)
1.2.2.1.
Письменные домашние
задания
1.2.2.2.
Курсовые работы
1.2.2.3.
Эссе и рефераты
1.3. Консультации
1.4. Другие методы и формы занятий **
Итоговый контроль (Экзамен,Зачет, диф.
72
72
Зач
ет
зачет/указать)
Виды СРС
№
1
2
3
4
5
Модули и темы
Методика работы с
ферментами
Выделение
ферментов
Кинетика действия
ферментов
Классификация
ферментов
Специфичность
действия
ферментов
Обязательные
подготовка к семинару
Знакомство с содержанием
электронных источников (по
теме).
подготовка к семинару
Знакомство с содержанием
электронных источников (по
теме).
Самостоятельное изучение темы с
использованием основной литры. подготовка к семинару.
Знакомство с содержанием
электронных источников (по теме)
Самостоятельное изучение темы с
использованием основной литры. Контрольная работа
Дополнительные
Углубление и систематизация
полученных знаний с
использованием основной и
дополнительной литературы
Углубление и систематизация
полученных знаний с
использованием основной и
дополнительной литературы
Углубление и систематизация
полученных знаний с
использованием основной
литературы
Углубление и систематизация
полученных знаний с
использованием основной
литературы
Механизм действия
ферментов
подготовка к семинару по теме.
Знакомство с содержанием
электронных источников (по теме)
Углубление и систематизация
полученных знаний с
использованием основной
литературы. Подготовка доклада
и презентации по теме
Углубление и систематизация
полученных знаний с
использованием основной
литературы
Ингибирование и
активация
ферментов
Самостоятельное изучение темы с
использованием основной литры. подготовка к семинару по
теме, подготовка к научной
дискуссии. Контрольная работа
Углубление и систематизация
полученных знаний с
использованием основной
литературы Составление
презентации (по выбору)
подготовка к семинару по теме.
Знакомство с содержанием
электронных источников (по теме)
6
7
объем
часов
Планирование самостоятельной работы студентов
6
6
8
4
6
10
8
8
Кофакторы
ферментов
Знакомство с содержанием
электронных источников (по
теме).
9
Структура
ферментов
10
Биосинтез
ферментов
Знакомство с содержанием
электронных источников (по
теме).
Самостоятельное изучение темы с
использованием основной литры. Знакомство с содержанием
электронных источников (по
теме). Контрольная работа
11
Биология
ферментов
ИТОГО
Самостоятельное изучение темы с
использованием основной литры.
Углубление и систематизация
полученных знаний с
использованием основной и
дополнительной литературы
10
Углубление и систематизация
полученных знаний с
использованием основной и
дополнительной литературы
6
Углубление и систематизация
полученных знаний с
использованием основной
литературы
6
Углубление и систематизация
полученных знаний с
использованием основной
литературы
10
80
Содержание дисциплины.
Методика работы с ферментами. Измерение скорости ферментативных реакций.
Типы методов, используемых при изучении ферментативных реакций. Общие правила
работы с ферментами Исследование фермента Удельная и молекулярная активности.
Сродство фермента к реагирующим веществам Методы количественного изучения
ферментативных реакций. Спектрофотометрические методы. Флуоресцентные методы.
Манометрические методы. Электродные методы. Поляриметрические методы. Методы с
отбором проб.
Выделение ферментов. Значение очистки ферментов. Методы очистки. Методы
определения ферментативной активности. Общие приемы. Источник фермента.
Экстракция. Методы фракционирования. Фракционное осаждение при изменении рH.
Фракционная денатурация нагреванием. Фракционное осаждение органическими
растворителями. Фракционирование солями. Фракционная адсорбция. Колоночная
хроматография. Электрофорез. Кристаллизация. Чередование методов фракционирования.
Концентрирование. Критерий чистоты ферментов. Затруднения, встречающиеся при
работе с чистыми ферментами.
Кинетика действия ферментов. Значение исследования кинетики действия
ферментов. Факторы, влияющие на скорость ферментативных реакций. Влияние
концентрации фермента. Вогнутые кривые V — [Е]. Выпуклые кривые V — [Е]. Влияние
концентрации субстрата. Ферментативная кинетика односубстратных реакций. Теория
Михаэлиса. Теория стационарного состояния. Кинетические уравнения для ферментов,
действующих на два и большее число субстратов. Реакции с участием двух субстратов.
Установление кинетического механизма. Реакции с участием трех и большего числа
субстратов.
Исследование
связывания
субстрата.
Ингибирование
высокими
концентрациями субстрата. Субстрат, действующий одновременно как активатор
фермента. Влияние рН. рН-функции Михаэлиса. Влияние рН на V. Влияние рН на Км.
Влияние температуры. Теплота инактивации ферментов. Влияние температуры на
собственно ферментативную реакцию. Влияние температуры на состояние ионизации
фермента. Влияние давления. Предстационарная фаза ферментативных реакций. Методы
4.
исследования быстрых реакций. Анализ результатов исследований быстрых реакций.
Релаксационные методы.
Классификация
ферментов.
Схема
нумерации
ферментов.
Правила
классификации и номенклатура. Общие указания и правила. Указания и правила,
касающиеся отдельных классов ферментов. Ферментативные реакции. Оксидоредуктазы.
Трансферазы. Гидролазы. Лиазы. Изомеразы. Лигазы.
Специфичность действия ферментов. Изучение специфичности действия
ферментов. Общие замечания о специфичности. Стереоспецифичность фермента.
Гипотеза индуцированного соответствия. Примеры, иллюстрирующие специфичность
ферментов. Дегидрогеназы. Глюкозооксидаза. Флавопротеиды. Метилтрансферазы.
Транскетолаза и трансальдолаза. Гликозилтрансферазы. Фосфотрансферазы. Эстеразы.
Фосфатазы. Нуклеазы. Гликозидазы. Пептидазы. Лиазы. Изомеразы. Ферменты,
действующие на субстраты, содержащие углеводородные цепи.
Механизм действия ферментов. Активный центр. Исследование механизма
действия. Оксидоредуктазы. Механизм восстановления NAD (Р)+. Трансферазы.
Идентификация связи, расщепляемой в ходе реакции. Одно- или двухстадийный перенос.
Гидролазы. Эстеразы и протеиназы, в функционировании которых участвуют активные
остатки серина и цистеина. Другие протеиназы. Лизоцим. Рибонуклеаза и нуклеаза
микрококков. Фосфатазы. Лиазы. Изомеразы. Лигазы (синтетазы).
Ингибирование и активация ферментов. Ингибиторы. Типы обратимого
ингибирования. Сводка, иллюстрирующая различные типы влияния ингибиторов.
Определение ингибиторных констант. Определение ингибиторных констант для систем с
частичным ингибированием. Ингибирование в ферментных системах с несколькими
субстратами. Наличие ингибитора в препарате субстрата. Другие типы ингибирования.
Нелинейная кинетика ингибирования. Неспецифические эффекты ингибирования.
Ингибиторы с очень высоким сродством. Влияние рН на ингибирование. Необратимое
ингибирование. Активаторы. Влияние на скорость реакции. Равновесные эффекты.
Неспецифическое влияние ионов. Липофильные ионы. Аллостерические и кооперативные
эффекты. Способы представления данных по кооперативности. Выбор модели
кооперативности. Скорости реакций в кооперативных системах. Артефакты.
Кофакторы ферментов. Механизм действия. Кофакторы, действующие как
переносчики. Окислительно-восстановительные переносчики. Переносчики фосфата.
Переносчики СО2. Переносчики аминогрупп (аминокислот). Переносчики гликозильных
групп. Переносчики ацильных групп. Переносчики одноуглеродных групп. Переносчики
сульфата. Переносчики альдегидных групп.
Структура ферментов. Первичная структура. Вторичная структура. Третичная
структура. Четвертичная структура.
Биосинтез ферментов. Явления, важные для биосинтеза белка. Репликация ДНК.
ДНК-полимераза. РНК-полимераза. Присоединение аминокислот к тРНК. АминоацилтРНК—синтетазы. Генетический код. Структура рибосом. Функционирование рибосом и
кофакторы. Инициация. Элонгация. Терминация. Контроль биосинтеза ферментов.
Контроль в бактериальной системе. Контроль метаболитами. Контроль биосинтеза белка в
животных клетках. Нерибосомный синтез полипептидов.
Биология ферментов. Ферменты как основа жизни. Ферменты и структурные
компоненты клетки. Внутриклеточные структуры. Локализация ферментов в клетке.
Локализация ферментов и физиология клетки. Сравнительная биохимия ферментов.
Сравнение тканей. Сравнительная энзимология развития. Сравнение ферментов.
Изоферменты. Деградация ферментов. Биологическая регуляция активности ферментов.
Происхождение ферментов.
.
Виды учебной работы
1
2. Общая трудоемкость изучения дисциплины по
семестрам , в т. ч.:
2.1. Аудиторные занятия, в т. ч.:
2.1.1. Лекции
2.1.2. Практические занятия, в т. ч.
2.1.2.1. Обсуждение прикладных проектов
2.1.2.2. Кейсы
2.1.2.3. Деловые игры, тренинги
2.1.2.4. Контрольные работы(за счет
практической работы)
2.1.3. Семинары
2.1.4. Лабораторные работы
2.1.5. Другие виды аудиторных занятий
2.2. Самостоятельная работа, в т. ч.:
2.2.1. Подготовка к экзаменам
2.2.2. Другие виды самостоятельной работы, в
т.ч. (можно указать)
2.2.2.1. Письменные домашние задания
2.2.2.2. Курсовые работы
2.2.2.3. Эссе и рефераты (за счет
самостоятельной работы)
2.3. Консультации (за счет самостоятельной работы)
2.4. Другие методы и формы занятий
Итоговый контроль (Экзамен,Зачет, диф. зачет/указать)
Всего, в
акад.
часах
3
108
_9_
сем
4
36
18
18
36
18
18
72
72
Распределение по семестрам
___
___
___
___
сем
сем
сем.
сем
5
6
7
10
Зач.
Примерные темы контрольных работ:
1. Общая характеристика и свойства ферментов класса гидролаз.
2. Общая характеристика и свойства ферментов класса оксидоредуктаз.
3. Общая характеристика и свойства ферментов класса лиаз.
4. Общая характеристика и свойства ферментов класса лигаз.
5. Общая характеристика и свойства ферментов класса трансфераз.
6. Общая характеристика и свойства ферментов класса изомераз.
7. Виды ингибирования ферментов.
8. Необратимое ингибирование ферментов.
9. Кинетика ингибирования.
10. Виды активации ферментов.
11. Кинетика активации.
12. Биосинтез белковой части фермента.
13. Простетическая группа.
14. Коферменты и кофакторы.
Вопросы к зачету:
1.Измерение скорости ферментативных реакций.
2. Удельная и молекулярная активности.
3. Методы очистки ферментов.
4. Кинетика действия ферментов.
____
сем.
11
5. Ферментативная кинетика односубстратных реакций. Теория Михаэлиса.
6. Реакции с участием двух субстратов.
7. Влияние рН. рН-функции Михаэлиса.
8. Влияние температуры. Теплота инактивации ферментов.
9. Влияние давления.
10. Классификация ферментов.
11. Стереоспецифичность фермента. Гипотеза индуцированного соответствия.
12. Механизм действия ферментов. Активный центр.
13. Ингибиторы. Типы обратимого ингибирования.
14. Необратимое ингибирование.
15. Активаторы.
16. Кофакторы ферментов, действующие как переносчики.
17. Структура ферментов.
18. Биосинтез ферментов.
19. Ферменты и структурные компоненты клетки.
20. Деградация ферментов.
5.
Образовательные технологии.
При реализации различных видов учебной работы в ходе освоения дисциплины
используются следующие виды образовательных технологий:
- мультимедийные средства обучения:
- В лекционном курсе студентам демонстрируются анимированные слайды, видео ролики
для более полного освещения материала. В ходе самостоятельной подготовки к
семинарским занятиям студенты разрабатывают с помощью ПО - "PowerPoint" слайды для
более полного освещения излагаемого материала.
- специализированные программы и оборудование:
- При подготовке и чтении лекционного курса используется программы пакета Microsoft
Office ("МО PowerPoint, Windows Media Player, Internet Explorer"), указанное ПО также
используют студенты в ходе самостоятельной работы.
- интерактивные технологии:
− Дискуссии в рамках семинарских занятий
− Научная дискуссия на тему «Регуляция активности ферментов»
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).
10.1. Основная литература:
1.
Плакунов В.К. Основы энзимологии. М.: Логос, 2001. 128с.
2.
Публикации журнала «Биологические мембраны» 2005-н.в.
3.
Публикации журнала «Биохимия» 2005 – н.в.
4.
Варфоломеев С.Д. Химическая энзимология,. М: Академия, 2005. 480 с.
5.
Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия. М: Дрофа. 2008. 640 с.
6.
Марри Р., Греннер Д. Биохимия человека 2т. М: Мир. 2009. 800с.
7.
Камкин А.Г., Киселева И. С. Физиология и молекулярная биология мембран клеток
Издательство: Академия, 2008 г. 592 стр.
10.2. Дополнительная литература:
1.
Бернхард С. Структура и функция ферментов. М.: Мир, 1971. 334с.
2.
Коэн Ф. Регуляция ферментативной активности. М.: Мир, 1986. 144с.
3.
Корниш-Боудэн Э. Основы ферментативной кинетики. М.: Мир, 1979. 280с.
4.
Курганов Б.И. Аллостерические ферменты. М. Наука, 1978. 248с.
5.
Райдер К., Тейлор К. Изоферменты. М.: Мир, 1983. 107с.
6.
Розанов А.Я. Ферментативные процессы и их коррекция при экстремальных
состояниях. Киев: Здоровья, 1985. 208с.
6.
7.
Химическая энзимология. / Под ред. И.В. Березина, К. Мартинека. М.: Изд-во МГУ,
1983. 277с.
8.
Шугалей В.С., Кесслер Р.М. Ферментология. Ростов-на-Дону: Изд-во Рост. ун-та,
1986. 91с.
10.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
1. www.pubmed.com
2. www.medline.ru
3. www.elibrary.ru
7.
Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.
Дисциплина обеспечена компьютерными презентациями, составленными автором.
На факультете имеется 4 мультимедийные аудитории для проведения лекционных
занятий. Лабораторный кабинет оснащен оборудованием и реактивами для проведения
практических биохимических исследований.