ОПД.B1 Ксенобиохимия (0.2Mб, doc)

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Сибирский федеральный университет»
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИФБиБТ
Сапожников В.А./____________/
«_____» _____________2008___ г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина
ОПД.В1 Ксенобиохимия
Укрупненная группа
020000 - Естественные науки
Специальность
020208.65 Биохимия
Институт фундаментальной биологии и биотехнологии
Кафедра физико-химической биологии
Красноярск
2008
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом
высшего профессионального образования по укрупненной группе 020000 –
естественные науки
Специальность
020208.65 Биохимия
Программу составил
к.б.н., проф. Титова Надежда Митрофановна
Заведующий кафедрой Кратасюк В.А.
__________________
_________«___»________2007__ г.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры физико-химической
биологии «___» марта _______________2008 ___г. протокол № ______
Заведующий кафедрой Кратасюк В.А. _______________________
Рабочая программа обсуждена на заседании НМСИ _____________
___________________________________________________________
«______» __________________ 20____ г. протокол № _____________
Председатель НМСИ _________________________________________
(фамилия и. о., подпись)
Дополнения и изменения в учебной программе на 20_ __/20___ учебный год.
В рабочую программу вносятся следующие изменения: _____________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры _______
«____» _____________ 20___г. протокол № ________
Заведующий кафедрой _ ________________________________
Внесенные изменения утверждаю:
Директор ___________________________________________ института
(фамилия, и. о., подпись)
1. Цели и задачи изучения дисциплины
1.1 Цель преподавания дисциплины
Ксенобиохимия – раздел современной биохимии, в котором изучаются
закономерности воздействия чужеродных соединений (ксенобиотиков) на
живые организмы Цель дисциплины – знакомство студентов с основными
механизмами
и
последствиями
биотрансформации
ксенобиотиков
энзиматическими системами живых организмов.
1.2 Задачи изучения дисциплины
В задачи дисциплины «Ксенобиохимия» входит:
• изучение путей поступления ксенобиотиков;
• рассмотрение механизмов биотрансформации ксенобиотиков в
различных органах и тканях;
• рассмотрение способов выведения продуктов метаболизма
ксенобиотиков из организма человека и животных;
• оценка токсических, мутагенных и канцерогенных эффектов
ксенобиотиков и метаболитов их биотрансформации.
В результате освоения дисциплины обучающиеся должны
знать:
классификацию ксенобиотиков и пути их поступления в организм
человека и животных;
основные понятия и термины, используемые в ксенобиохимии;
механизмы преконъюгации ксенобиотиков микросомальной
монооксигеназной системой;
основные механизмы конъюгации метаболитов ксенобиотиков с
веществами, придающими им полярный характер;
роль гликопротеина Р в выведении продуктов биотрансформации
ксенобиотиков из организма человека и животных;
уметь:
ориентироваться
в
механизмах
биотрансформации
ксенобиотиков;
использовать полученные знания при изучении специальных
дисциплин;
систематизировать и классифицировать знания о структуре и
свойствах ксенобиотиков, чужеродных для организма человека и животных
веществ, полученные при изучении учебников, лекций, монографий, других
источников;
владеть навыками:
делового общения;
работы в команде;
работы с компьютером на уровне пользователя, использования
информационных технологий для решения фундаментальных и прикладных
задач в области профессиональной деятельности.
1.3 Межпредметная связь
Для
освоения
дисциплины
необходимо
прохождение
общебиологических и химических дисциплин: ботаники, зоологии, анатомии,
неорганической аналитической, органической, физической и коллоидной
химии. Освоение данной программы необходимо для последующего
изучения биохимии, энзимологии, физиологии животных и растений,
генетики,
биотехнологии,
молекулярной
биологии,
экологии,
патофизиологии, биохимические механизмы адаптации, общая и частная
патология.
2 Объем дисциплины и виды учебной работы
Семестр
Всего
часов
6
Общая трудоемкость дисциплины
50
50
Аудиторные занятия:
30
30
лекции
15
15
практические занятия
13
13
промежуточный контроль
2
2
20
20
изучение теоретического курса (ТО)
10
10
реферат
10
10
зачет
зачет
Вид учебной работы
Самостоятельная работа:
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
3 Содержание дисциплины
3.1 Разделы дисциплины и виды занятий в часах
№ Раздел дисциплины
п/п
1
2
Раздел 1. Ксенобиотики и
механизмы их биотрансформации
Раздел 2. Физиолого-биохимические
эффекты ксенобиотиков
Лекции
(часы)
10
Практич.
занятия
(часы)
6
Самост.
работа
(часы)
10
5
4
10
3.2 Содержание разделов и тем лекционного курса
Раздел 1. Ксенобиотики и механизмы их биотрансформации.
Тема 1.1. Классификация ксенобиотиков, пути поступления и
накопления в органах и тканях (2 часа).
Ксенобиотики – чужеродные для живых организмов соединения
разнообразной химической природы. Классификация ксенобиотиокв по
химическому строению: белки, алкалоиды, гликозиды, хиноны и т.д.
Классификация
по
происхождению:
ксенобиотики
естественного
происхождения и синтетические ксенобиотики. Классификация по способу
использования человеком: компоненты химического синтеза и специальных
видов производств; пестициды; лекарства и косметика; пищевые добавки;
топлива и масла; растворители, красители, клеи; побочные продукты
химического синтеза, примеси и отходы. Классификация по условиям
воздействия: загрязнители окружающей среды; производственные; бытовые;
вредные привычки и пристрастия (табак, алкоголь, наркотические средства и
т.д); поражающие факторы при специальных условиях воздействия (аварии,
катастрофы, диверсии). Пути поступления ксенобиотиков в организм
человека и животных. Распределение ксенобиотиков по органам и тканям.
Тяжелые металлы (ртуть, свинец, цинк, кадмий, золото, цис-платина, барий).
Тема 1.2. Биотрансформация ксенобиотиков: фаза I (4 часа).
Первая
фаза
метаболизма
ксенобиотиков
–
модификация
(преконъюгация). Два класса ферментов 1-й фазы биотрнасформации –
оксидоредуктазы и гибролазы. Окисление ксенобиотиков цитохром Р450
зависимой монооксигеназной системой. Характеристика семейства цитохром
Р450 монооксигеназной системы: изоформы, локализация в клетке,
механизмы превращения ксенобиотиков при участии цитохрома Р450.
Рнеакции, катализируемые цитохромом Р459: эпоксидирование нафталена и
афлатоксина В; окислительное деалкилирование; восстановительное
дегалогенизирование
дихлордифенилтрихлорэтана.
Индуцибельность
цитохром Р450 зависимой монооксигеназной системы. Принцип действия
пероксидаз.
Окислительно-восстановительный
цикл
трансформации
ксенобиотиков, сопровождающийся активацией свободноразикальных
процессов в клетке. Механизмы антирадикальной защиты. Реакции
гидролиза ксенобиотиков. Гидролиз эфиров на примере гидролитической
деградации гербицида 2,4-дихлорфенилуксусной кислоты. Цитозольные и
микросомальные эпоксигидролазы. Расщепление зарина флюорогидролазой.
Тема 1.3. Биотрансформация ксенобиотиков: фаза II (4 часа).
Вторая фаза биотрансформации ксенобиотиков – конъюгация.
Конъюгация продуктов метаболизма первой фазы биотрансформации с
гидрофильными эндогенными веществами – ацетатом, сульфатом,
глюкуроновой кислотой, глутатионом, аминокислотами (глицин, таурин,
глутамин), катализируемая ферментами класса трансфераз. Конъюгация с
глюкуроновой кислотой. Синтез активной формы глюкуроновой кислоты –
UDP-глюкуроната. Образование глюкуронидов. Кишечно-печеночная
циркуляция ксенобиотиков. Активная форма сульфата – 3-фосфоаденозин-Sфосфосульфат, участие в реакциях сульфатации ксенобиотиков. Конъюгация
с глутатионом и цистеином. Семейство глутатион-Sтрансфераз: изоформы,
локализация в клетке, механизм катализа, регуляция активности.
Метилирование ксенобиотиков, роль S-аденозилметионина. О-, S-, Nметилирование. Факторы, влияющие на метаболизм чужеродных
соединений: генетические и физиологические.
Раздел 2. Физиолого-биохимические эффекты ксенобиотиков.
Тема 2.1. Факторы, определяющие влияние ксенобиотиков на
биологические объекты (2 часа).
Основные факторы, определяющие экологическую опасность
ксенобиотиков: токсичность и способность вещества к биодеградации.
Токсичность вещества определяется его размерами и конформацией, физикохимическими свойствами, стабильностью в среде, наличием эпоксигрупп.
Способность ксенобиотиков к биодеградации: биодеградируемые,
относительно легкоразрушающиеся в окружающей среде под влиянием как
абиотических, так и биотических факторов; персистентные ксенобиотики –
очень устойчивые соединения, разлагающиеся крайне медленно
(хлорорганические
пестициды);
рекальцитранные
ксенобиотики
–
соединения, которые практически не разлагаются (тяжелые металлы и
радионуклиды с большим периодом полураспада). Последствия
биотрансформации молекулы ксенобиотика: ослабление токсичности,
усиление токсичности, изменение характера токсического действия,
инициация токсического процесса. Выведение ксенобиотиков из организма.
Р-гликопротеин.
Тема 2.2. Современные представления о химическом канцерогенезе
(3 часа).
Два класса химических канцерогенов: не подвергающиеся дальнейшей
активации ферментными системами; требующие метаболической активации
ферментами I и II фазы биотрансформации ксенобиотиков. Этапы
химического канцерогенеза. Полициклические ароматические углеводороды
(ПАУ) – бензпирен, образование ДНК-реактивных метаболитов в процессе
биотрансформации. Взаимодействие бензпирена с цитозольным рецептором
(белок Аh), транслокация в ядро, активация транскрипции генов (CYP1A,
CYP1B, UDP-GT, GST и др.). Цитохром CYP11А1 – ключевой фермент
биотрансформации ПАУ. Гетероциклические амины, образование аддуктов с
ДНК, биотрансформация CYP1A2.Молекулярные мишени для канцерогенов
– белки, липиды, нуклеиновые кислоты. Активация протоонкогенов,
инактивация раковых супрессорных генов. Репарация ДНК.
3.3 Практические занятия
Тематический план занятий
№ Разделы
п/п дисциплины
1
Раздел 1. Ксенобиотики и
механизмы их
биотрансформации
2
Раздел 2. Физиологобиохимические эффекты
ксенобиотиков
Темы практических занятий, трудоемкость (часы)
1.1. Поступление, распределение и накопление
ксенобиотиков в органах и тканях (2 ч.)
1.2. Монооксигеназная микросомальная система
биотрансформации ксенобиолоков (2 ч.).
1.3. Биотрансформация лекарственных средств (2 ч.)
1.4. Контрольная работа (2 ч.).
2.1. Мембранотропное действие ксенобиотиков (2
ч.).
2.2. Канцерогенные и мутагенные эффекты
ксенобиотиков (3 ч.).
3.4 Лабораторные занятия
Учебным планом не предусмотрены
3.5 Самостоятельная работа
Самостоятельная работа по курсу «Ксенобиохимия» включает изучение
теоретического материала и написание реферата, трудоемкость – 20 часов.
Самостоятельное изучение теоретического материала планируется по
каждому разделу дисциплины.
№ Разделы
п/п дисциплины
1
Раздел 1. Ксенобиотики и
механизмы их
биотрансформации
2
Раздел 2 Физиологобиохимические эффекты
ксенобиотиков
Темы для самостоятельной работы, трудоемкость
(часы)
1.1. Цитохромы Р450 (2 ч.).
1.2.
Роль
эндоплазматической
сети
в
биотрансформации ксенобиотиков (2 ч.).
1.3. Характеристика эпоксидгидролаз (2 ч.).
1.4. Реферат (4 ч.)
2.1.
Тяжелые
металлы,
эффекты,
роль
металлотионеинов в их детоксикации (2 ч.).
2.2. Метаболизм этанола (2 ч.).
2.3. Реферат (6 ч.)
Написание и защита реферата.
При изучении курса «Интеграция клеточного обмена» студент должен
подготовить реферат по одной из предложенных преподавателем тем или
предложить свою тему.
Темы рефератов и задания по их написанию выдаются лектором на
первой лекции вместе со списком учебной литературы.
Примерные темы рефератов:
1. Система цитохрома Р450.
2. UDP-глюкуронилтрансферазы – структура, механизм действия,
биологическая роль.
3. Активный сульфат – биосинтез, роль в процессах конъюгации
ксенобиотиков.
4. S-аденозилметионин – биосинтез, роль в процессах конъюгации
ксенобиотиков.
5. Металлотионеины.
6. Печень – орган, играющий основную роль в детоксикации
ксенобиотиков.
7. Индукция и ингибирование метаболизма лекарств.
8. Альдегиддегидрогеназы – структура, изоформы, механизм действия,
биологическая роль.
9. Алкогольдегидрогеназа – структура,
механизм действия,
биологическая роль.
10. Диоксины. Структура, физиолого-биохимические эффекты,
биотрансформация.
11. Бензпирен. Структура, биотрансформация, токсические эффекты.
12. Выведение ксенобиотиков из организма. Строение и
функционирование Р-гликопротеина.
13. Микромомальные электронтрнаспортные цепи.
14. Активные формы кислорода – пути образование, характеристика.
15. Перекисное окисление липидов.
16. Ферментативная антиоксидантная система.
17. Неферментативная антиоксидантная система.
18. Механизмы репарации ДНК, поврежденной ксенобиотиками.
4 Учебно-методические материалы по дисциплине
4.1 Основная и дополнительная литература, информационные
ресурсы
Основная литература
1.
Биохимия /Под ред. Е.С. Северина: Учебное пособие для вузов. –
М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003. (9 экз.)
2.
Кольман Я., Рём К.-Г. Наглядная биохимия. – М.: Мир, 2004. –
469 с. (50 экз.)
3.
Николаев А.Я. Биологическая химия: учебник для медицинских
вузов: рекомендовано УМО по медицинскому и фармацевтическому
образованию вузов России. - 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицинское
информационное агентство, 2004. - 565 с. (3 экз.).
Дополнительная литература
4.
Будников Г. К. Диоксины и родственные соединения как
экотоксиканты // Соросовский образовательный журнал. – 1997. – № 26. – С.
38–44.
5.
Гуляева Л.Ф., Райс Р.Х. Биологические эффекты токсических
соединений: Курс лекций. – Новосибирск: Изд-во Новосибирского гос. ун-та,
2005. – 204 с.
6.
Левановский Д. А. Соединения металлов в живой природе //
Соросовский образовательный журнал. – 1997. – № 9. – С. 48–50.
7.
Мельников Н. Н., Мельникова Г.М Пестициды в современном
мире // Соросовский образовательный журнал. – 1997. – № 4. – С. 33–37.
8.
Окружающая среда: энциклопедический словарь-справочник:
пер. с нем. – М.: Прогресс, 1993. – 640 с.
9.
Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. – М.: Просвещение,
1987.
10. Остроумов С.А. Введение в биохимическую экологию. – М.: Издво МГУ, 1986. – 176 с.
11. Саловарова В.П., Приставка А.А., Берсенева О.А. Введение в
биохимическую экологию. – Иркутск, Изд-во Иркутского гос. ун-та, 2007. –
160 с.
12. Телитченко М.М., Остроумов С.А. Введение в проблемы
биохимической экологии. – М. : Мир, 1982. – 420 с.
13. Успехи биологической химии. Периодическое издание. 19982007.
14. Эйхмер В. Яды в нашей пище. – М. : Мир, 1993. – 188 с.
15. Журналы: Биомедицинская химия, Биохимия, Молекулярная
биология, Успехи современной биологии, Эндокринология.
4.2 Перечень наглядных и других пособий, методических указаний и
материалов к техническим средствам обучения
Новые образовательные технологии позволяют улучшить восприятие и
усвоение информации в процессе теоретического обучения. Аудитории для
чтения лекций снабжены интерактивными досками, мультимедийными
проекторами. Лекции сопровождаются наглядными презентациями. Для
самостоятельной работы студенты используют электронные ресурсы
читальных залов библиотеки СФУ. В ходе обучения предусмотрено активное
использование интерактивных форм ведения занятий: активный диалог с
преподавателем, обсуждение в группах.
На лабораторных занятиях студенты выполняют работы по
определенным разделам курса, решают задачи, обсуждают ключевые и
трудно усваиваемые моменты теоретического материала, также проводится
устный опрос студентов.
4.3 Контрольно-измерительные материалы
При оценке успеваемости студентов по дисциплине «Биоорганическая
химия» значительное внимание уделяется текущему контролю успеваемости
и итоговой аттестации. Текущая аттестация – аттестация во время семестра,
включает аттестацию на практических и семинарских занятиях.
Текущий контроль осуществляется путем устного опроса, в ходе
решения задач или обсуждения сложных для понимания вопросов.
Для промежуточного контроля проводится письменная контрольная
работа (приложение). Контрольно-измерительные материалы состоят из
тестовых вопросов и схем биотрансформации ксенобиотиков. После
проведения промежуточного контроля на ближайшем занятии подробно
разбираются вопросы, вызвавшие наибольшие затруднения. Итоговая
аттестация – зачет.
Примерные вопросы к зачету
1. Классификация ксенобиотиков.
2. Пути поступления ксенобиотиков в организм.
3. Тканеспецифическое распределение ксенобиотиков.
4. Цитохром Р450 монооксигеназная система.
5.Реакции
окисления
ксенобиотиков,
катализируемые
Р450
монооксигеназной системой.
6. NADH-цитохром b5- редуктаза, строение, локализация, роль в
биотрансформации ксенобиотиков.
7. Гидролазы, участвующие в биотрансформации ксенобиотиков.
8. Флавиновые монооксигеназы.
9. Фаза I биотрансформации ксенобиотиков.
10. Фаза II биотрансформации ксенобиотиков.
11. Фаза III биотрансформации ксенобиотиков.
12. Характеристика и механизм действия UDP-глюкуронилтрансфераз.
13. Характеристика и механизм действия глутатион-S-трансфераз.
14. Характеристика и механизм действия сульфотрансфераз.
15. Характеристика и механизм действия ацетил и метилтрансфераз.
16. Факторы, влияющие на активность ферментов биотрансформации
ксенобиотиков.
17. Метаболизм этанола в печени.
18. Реакции восстановления ксенобиотиков и ферменты, их
катализирующие.
19. Тяжелые металлы. Токсические эффекты. Роль металлотионеинов в
детоксикации тяжелых металлов.
20. Активные формы кислорода и их негативные эффекты.
21. Роль антиоксидантной системы в защите организма от токсического
действия ксенобиотиков.
21. Мембранотропные эффекты ксенобиотиокв.
23. Химический канцерогенез.
Приложение 1
ГРАФИК
учебного процесса и самостоятельной работы студентов по дисциплине Ксенобиохимия
специальности __Биохимия_, __ИФБиБТ , __2__ курса на ___6__семестр
№
п/п
1
Наименование
дисциплины
Ксенобиохимия
Семе
-стр
6
Число аудиторных
занятий
Всего
По видам
50
Лекции –
15
Лаборатор
ные
занятия –
15
Форма
контроля
Зачет
Часов на
самостоятельную
работу
Всего
По
видам
ТО - 10
Реферат
- 10
20
ПК
Недели учебного процесса семестра
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
ТО
ТО
ТО
ТО
ТО
ТО
ТО
ТО
ТО
ТО
СР
Ф
ТО
СР
Ф
ТО
СР
Ф
ТО
СР
Ф
ТО
ТО
ВРФ
16
ПК
Условные обозначения: ТО – изучение теоретического курса; РФ – реферат; ВРФ – выдача темы реферата; СРФ – сдача реферата;
ПК – промежуточный контроль (тестирование).
Заведующий кафедрой:
«_______» _______________________ 2008 г.
Кратасюк В.А.