Уч.п. Биохимия витаминов 2014

Белорусский государственный университет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
Белорусского государственного
университета
________________ А.Л. Толстик
____________________ 2014 г.
Регистрационный № УД-817/баз.
Биохимия витаминов
Учебная программа
для студентов специальности:
1 – 31 80 01 Биология
(магистратура)
2014 г.
СОСТАВИТЕЛЬ:
Орёл Наталия Михайловна, доцент кафедры биохимии Белорусского государственного университета, кандидат биологических наук, доцент
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
Бокуть Сергей Борисович, заведующий кафедрой биохимии и биофизики
УО «Международный государственный экологический университет имени А.Д.
Сахарова», кандидат биологических наук, доцент;
Лысак Владимир Васильевич, декан биологического факультета, доцент кафедры микробиологии, кандидат биологических наук, доцент.
РАССМОТРЕНА И РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ:
Кафедрой биохимии Белорусского государственного университета
(протокол № 2 от 20 февраля 2014 г)
Заведующий кафедрой
__________ И.В. Семак
ОДОБРЕНА И РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ:
Советом биологического факультета Белорусского государственного университета (протокол № от
2014 г.)
Председатель Совета
биологического факультета
__________В.В. Лысак
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Биохимия витаминов, как оформившаяся самостоятельная дисциплина,
стремительно развивается. Витамины достаточно хорошо изучены в теоретическом отношении, они используются в лечебных и профилактических целях,
расширяется и совершенствуется их промышленное производство. В живой
клетке, регулируемой многочисленными нервными и гуморальными факторами, тот или иной витамин осуществляет свое действие не автономно. С биохимической точки зрения важно оценить специфические и неспецифические механизмы действия, как отдельных витаминов, так и их комплексов, изучить
проблемы взаимодействия витаминов. Без глубокого, всестороннего знания
этой группы веществ и их роли в метаболических процессах не может быть
профессионально подготовленного специалиста
биохимика. Обобщению
накопленного в области биохимии витаминов опыта, анализу нерешенных проблем посвящен спецкурс.
Для эффективного использования биохимических подходов для решения
проблем витаминологии, необходимо обладать компетентностью в самых разнообразных областях естественных наук – глубокими базовыми знаниями биохимии, микробиологии, зоологии, ботаники, физиологии растений и животных,
аспектов физико-химической биологии, компьютерных технологий и разделов биохимии – энзимологии, ферментативной кинетики, функциональной
биохимии, клинической биохимии и др. Это определяет изучение биохимии
витаминов студентами магистратуры, уже получившими подготовку по вышеуказанным учебным дисциплинам.
При изучении курса большое внимание уделяется классификации, номенклатуре, химическому строению витаминов, биотрансформации их в коферментные формы, регуляторной роли и участию их в метаболических процессах,
взаимодействию витаминов, моделированию авитаминозов, механизмам действия антивитаминов и антиметаболитов, современным проблемам применения
искусственных витаминов и поливитаминных комплексов.
Курс биохимии витаминов призван ознакомить студентов магистратуры
с современными идеями и подходами применения витаминов и их комплексов
для направленной регуляции метаболических процессов, дальнейшего развития новых направлений исследований витаминов.
Цель курса – формирование у студентов магистратуры системы представлений о строении витаминов, индивидуальных свойствах и биохимических
функциях витаминов, функционировании витаминзависимых метаболических
процессов.
Задачи курса: познакомить студентов магистратуры с предметом, местом
биохимии витаминов в ряду приоритетных биологических наук. Показать значение биохимических исследований витаминов для объяснения процессов, протекающих в клетке, перспективы практического их использования для регуляции и нормализации биохимических процессов в организме.
4
В результате изучения дисциплины обучаемый должен:
знать:
- классификацию, номенклатуру, структуру витаминов и их коферментных форм, участие в метаболических процессах; практическое применение
естественных и искусственных витаминов;
- новейшие достижения в области исследования биохимической роли витаминов и их взаимодействий.
уметь:
- использовать биохимические методы исследований для изучения витаминзависимых процессов в организме;
- объяснять роль витаминов в метаболических процессах, использовать
знания биохимии витаминов для решения теоретических и практических задач.
владеть:
- терминологией, применяющейся в биохимии витаминов;
- методологией исследования витаминов и их коферментных форм в биообъектах;
Изучение курса проводится по блочно-модульному принципу с выделением четырех основных блоков (модулей). I. Введение. II. Жирорастворимые
витамины. III. Водорастворимые витамины. IV. Моделирование различных
видов недостаточности витаминов. Взаимодействие витаминов.
При чтении лекционного курса целесообразно применять наглядные материалы в виде таблиц и рисунков для графопроектора, мелового рисунка, а
также использовать технические средства обучения для демонстрации видеофильмов, презентаций.
Для организации самостоятельной работы студентов по курсу следует
использовать современные информационные технологии: разместить в сетевом
доступе комплекс учебных и учебно-методических материалов (программа,
список рекомендуемой литературы и информационных ресурсов, вопросы для
самоконтроля и др.).
Эффективность самостоятельной работы студентов магистратуры целесообразно проверять в ходе текущего и итогового контроля знаний в форме устного опроса, написания рефератов, решения задач, тестового компьютерного
контроля по темам и разделам курса. Для общей оценки качества усвоения студентами магистратуры учебного материала рекомендуется проведение итогового зачета.
Программа учебного курса рассчитана на 68 часов, в том числе 34 часа –
лекционных, 34 часа – самостоятельная работа.
5
ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№
п/п
Наименование разделов, тем
I.
II.
III.
IV.
Введение.
Жирорастворимые витамины
Водорастворимые витамины
Моделирование различных видов
недостаточности витаминов.
Взаимодействие витаминов.
ИТОГО:
Количество часов
Аудиторные
Лекции Практ.,
Лаб.
КСР
семинар. занятия
4
–
–
8
–
–
16
–
–
6
–
–
34
–
–
–
Самост.
работа
4
8
16
6
34
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
I. ВВЕДЕНИЕ
История открытия витаминов. Роль витаминов в процессах жизнедеятельности организмов. Физико-химические и биологические методы исследования
витаминов. Представление о витаминоподобных веществах, аналогах витаминов, антивитаминах. Авитаминозы, гиповитаминозы, гипервитаминозы. Классификация витаминов.
II. ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ
Ретинол, дегидроретинол, ретинен, провитамины А. Химическая структура
цис- и транс-изомеров. Биохимический механизм действия. Антиоксидантные
свойства. Факторы, снижающие эффективность действия витамина А.
Холекальциферол и эргокальциферол. Химическое строение. Фотохимический механизм образования из Δ5,7-стерина. Биохимические функции витамина
Д. Гормоноподобные эффекты витамина Д. Конкурентные отношения с витамином А, каротинами, другими веществами.
Токоферолы. Химическое строение, окислительно-восстановительные
превращения, антиокислительные свойства. Взаимоотношение токоферола с
ретинолом. Антагонизм с полиненасыщенными жирными кислотами.
Филлохиноны, менохиноны. Химическое строение активных форм витамина К. Специфичность участия менохинонов в функционировании дыхательной цепи и других ферментных систем бактерий. Роль витамина К в синтезе
прокоагулянтов, нарушении процессов размножения. Производные хинонов и
хроманолов с различной витаминной, антивитаминной, антиоксидантной активностью.
Эссенциальные полиненасыщенные жирные кислоты (витамин F). Роль в
обменных процессах.
6
III. ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ
Тиамин. Химическое строение коферментной формы тиамина. Ферментные реакции с участием тиаминдифосфата. Механизм α-расщепления. Участие
тиаминовых коферментов в деятельности нервных клеток. Антиметаболиты и
факторы, разрушающие витамин В1.
Рибофлавин. Структура флавиновых коферментов. Флавопротеины и их
восстановительные потенциалы. Механизм действия флавиновых дегидрогеназ.
Полувосстановленные флавины. Металлопротеины. Реакции восстановленных
флавинов с кислородом. Аналоги рибофлавина. Ложные коферментные формы
и антивитамины.
Пантотеновая кислота. Химическое строение коэнзима А, активного центра ацилпереносящего белка и фосфопантетеина. Роль в биосинтезе и распаде
жирных кислот. Антивитаминная активность пантетеилтаурина и его производных.
Никотинамид, никотиновая кислота. Химическое строение коферментов
(НАД, НАДФ). Окислительно-восстановительные процессы, осуществляемые с
участием НАД и НАДФ, обеспечение работы дегидрогеназ в углеводном, липидном, белковом обменах. Роль в процессах биотрансформации ксенобиотиков. Антагонисты никотиновой кислоты и никотинамида.
Пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин. Химическое строение. Основные пути обмена пиридиновых коферментов. Биохимические функции пиридоксаминфосфата (переаминирование, декарбоксилирование, рацемизация
аминокислот; регуляторная и др.). Антивитамины пиридоксина и их действие.
Фолиевая кислота. Активная коферментная форма фолацина. Роль витамина Вс в гемопоэзе. Участие тетрагидрофолиевой кислоты в обмене одноуглеродных радикалов. Роль парааминобейзойной кислоты. Механизм действия антивитаминов фолиевой кислоты (сульфаниламидов и др.).
Кобаламины. Химическое строение витамина В12 и его коферментных
форм (метилкоболамина, 5/-дезоксиаденозилкобаламина, цианкобаламина. Участие витамина В12 в переносе метильных групп и реакциях изомеризации. Примеры аналогов витамина В12 и их биологическое действие.
Биотин. Химическое строение биотина и карбоксибиотина. Изомеры и
производные биотина (дезтиобиотин, оксибиотин). Типичные реакции, протекающие с участием биотина. Антибиотиновые эффекты авидина и других антивитаминов.
Аскорбиновая кислота. Строение и окислительно-восстановительные превращения аскорбиновой кислоты. Биохимические функции и метаболизм аскорбиновой кислоты: косубстратная роль для α-оксоглутаратзависимых гидроксилаз (синтез норадреналина), неферментативное гидроксилирование ароматических соединений и проколлагена, аскорбатзависимое перекисное окисление липидов. Антивитаминное действие глюкоаскорбиновой кислоты и аскорбатоксидазы.
7
Биофлавоноиды. Химическая природа. Механизм биологического действия.
Липоевая кислота. Химическое строение. Участие в окислительном декарбоксилировании α-оксокислот.
Оротовая кислота. Химическая природа. Биохимические функции витамина В13.
Пангамовая кислота. Химическое строение, свойства, биохимическая роль.
Химическое строение, свойства и роль в обмене веществ холина, инозитола, метилметионина.
IV. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ
НЕДОСТАТОЧНОСТИ ВИТАМИНОВ.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВИТАМИНОВ
Биохимические характеристики моделей авитаминозов. Антивитамины и
антиметаболиты. Метаболические эффекты недостаточности и избытка функционально связанных витаминов. Антагонизм витаминов. Взаимодействие витаминов. Механизмы, лежащие в основе взаимодействия витаминов. Разработка
и биохимические обоснования применения витаминных комплексов и поливитаминных препаратов. Усиление физиологических эффектов и уменьшение
токсичности при применении комбинации витаминов. Нерешенные проблемы
применения поливитаминных комплексов.
ЛИТЕРАТУРА
О с н о в н а я:
1.
Морозкина Т.С. Витамины. Краткое руководство для врачей и студентов медицинских, фармацевтических и биологических специальностей.
/ Т.С. Морозкина, А.Г. Мойсеенок. Мн.: ООО «Асар», 2002.
2.
Костюк В.А., Биорадикалы и биоантиоксиданты / В.А. Костюк, А.И.
Потапович // Мн.: Изд-во БГУ, 2004.
3.
Метаболические эффекты недостаточности функционально связанных В–витаминов. /Под ред члена-корреспондента АН БССР Ю.М. Островского. Мн.: Наука и техника, 1987.
4.
Островский Ю.М. Экспериментальная витаминология (справочное
руководство)./ Ю.М. Островский. Мн.: Наука и Техника, 1979.
5.
Химия биологически активных природных соединений./ Под ред.
Н.А. Преображенского и Р.И. Евстигнеевой. М.: Химия, 1976.
6.
Девис М. Витамин С: Химия и биохимия./ М. Девис, Дж. Остин, Д.
Патридж. М: Мир, 1999.
7.
Мецлер Д. Биохимия. Химические реакции в животной клетке./ Д.
Мецлер. Том-2. М.: Мир, 1980.
8
8.
Букин Н.В. Бета-каротин и витамины антиоксиданты./ Н.В. Букин.
М: Мир, 1997.
9.
Островский Ю.М. Антивитамины в экспериментальной и лечебной
практике./ Ю.М. Островский Мн.: Беларусь, 1973.
10.
Кочетов Г.А. Тиаминовые ферменты./ Г.А. Кочетов. М.: Наука,
1978.
11.
Бауман В.К. Биохимия и физиология витамина Д./ В.К. Бауман. АН
Латв. ССР. Ин-т биологии. Рига: Зинанте, 1989.
12.
Виноградов В.В. Некоферментные функции витамина РР./ В.В. Виноградов. Мн.: Наука и техника, 1987.
Терруан Т. Взаимодействия витаминов./Т.Терруан. М.: Мир, 1969.
Д о п о л н и т е л ь н а я:
1. Свободные радикалы в биологии./ Под ред. У. Прайор. М: Мир, 1979. –
Т. 1, –Т. 2.
2. Журавлев А.И. Физические и физико-химические исследования в витаминологии./ А.И. Журавлев. М.: Наука, 1981.
3. Основы биохимии./ Под ред. проф. А.А. Анисимова.- М.: Высшая школа, 1986.
4. Свободный доступ в крупнейшую базу научных данных в области биомедицинских
наук
Medline,
включая
биохимию
витаминов
www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed.
5. Биохимическая классификация и номенклатура. Свободный доступ на
сайте Международного союза биохимии и молекулярной биологии
www.chem.qmul.ac.uk/iubmb.
6. Свободный доступ в крупнейшую базу научных данных в области биомедицинских
наук
Medline,
включая
функциональную
биохимию
www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed.
7.
Биохимическая классификация и номенклатура. Свободный доступ
на сайте Международного союза биохимии и
молекулярной биологии
www.chem.qmul.ac.uk/iubmb
8. Официальный сайт Федерации европейских биохимических обществ
www.febs.org
9. Научные издания в области биохимии витаминов - www.chemport.org.
10. Лучшие обзорные статьи по биохимии в журнале “Annual Review of
Biochemistry” можно найти на сайте www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed.
11. Разнообразную полезную информацию по биохимии витаминов можно найти по адресам Московского государственного университета (включая доступ в библиотеку) www.msu.su.
9
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Для организации управляемой самостоятельной работы студентов магистратуры по курсу «Биохимия витаминов» следует использовать современные
информационные технологии: разместить в сетевом доступе комплекс учебных
и учебно-методических материалов (программа, список рекомендуемой литературы и информационных ресурсов, вопросы для самоподготовки и др.).
Эффективность самостоятельной работы целесообразно проверять в ходе
текущего и итогового контроля знаний в форме устного опроса, контрольных
работ.
ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМЫХ СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ
Типовыми учебными планами специальности 1 – 31 80 01 Биология (магистратура) в качестве формы итогового контроля по учебной дисциплине рекомендован зачет. Оценка учебных достижений студента магистратуры осуществляется на зачете и производится по десятибалльной шкале.
Для текущего контроля качества усвоения знаний можно использовать
следующий диагностический инструментарий:
- защита реферата;
- письменные контрольные работы по отдельным темам курса;
- устные опросы.