6613

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.А. Патова

Биохимия, биофизика и физико-химические основы жизнедеятельности

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим занятиям

(включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению курсовых работ)

для обучающихся по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование

профиль Прикладная экология и природопользование

Нижний Новгород

2022

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.А. Патова

Биохимия, биофизика и физико-химические основы жизнедеятельности

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим занятиям

(включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению курсовых работ)

Нижний Новгород

2022

2

УДК 577 (075.8)

М.А. Патова / Комплексное учебно-методическое пособие по дисциплине Биохимия, биофизика и физико-химические основы жизнедеятельности: учеб.-метод. пос. / М.А. Патова; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2022. – 27 с. – Текст : электронный.

В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине Биохимия, биофизика и физикохимические основы жизнедеятельности даются рекомендации обучающимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в усвоении лекций, в подготовке к практическим занятиям, а также в написании курсовой работы.

© М.А. Патова, 2022

© ННГАСУ, 2022

3

Содержание

4

1. Общие положения

1.1Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины Биохимия, биофизика и физико-химические основы жиз-

недеятельности являются:

- формирование системы знаний о динамических процессах в организмах и механизмах ответа ор-

ганизма на техногенные воздействия и загрязнение окружающей среды, физико-химических основах жизнедеятельности организма,

- знакомство с методами биохимического анализа, оценки воздействия физических и химических факторов на организм;

-формирование у студентов навыков планирования научно-исследовательской деятельности, ин-

терпретации полученных результатов.

В результате освоения дисциплины студент должен

Знать:

- о гомеостазе и механизмах ответа организма на техногенное загрязнение окружающей сре-ды,

об особенностях биохимических превращений, а также связях гомеостаза клеток, тканей и органов со средой обитания; а также биохимическую и биофизическую сущность организации биологических объ-

ектов;

- особенности динамических процессов в организмах и механизмы ответа организма на техноген-

ные воздействия и загрязнение окружающей среды;

- биохимические механизмы возникновения некоторых профессиональных заболеваний, психо-

физического и нервно-эмоционального утомления в ходе реализации социальной и профессиональной деятельности;

Уметь:

-обобщать и систематизировать многообразие метаболических связей в организме;

-обосновывать выбор методики биохимических и биофизических исследований, планировать проведение учебных научных исследований, интепретировать полученные результаты;

-осуществить выбор рациональных способов и приемов профилактики некоторых заболеваний,

психофизического и нервно-эмоционального утомления в ходе реализации социальной и профессио-

нальной деятельности на основе имеющихся знаний о метаболизме органических веществ;

Владеть:

-методами биохимического анализа, оценки воздействия физических и химических факторов на организм

-методами исследований для оценки влияния экологических факторов на метаболизм органиче-

5

ских веществ;

- методами анализа последствий воздействия химических и физических факторов на организм че-

ловека.

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

Раздел 1. Особенности организации метаболизма. Метаболизм. Анаболизм и катаболизм, пла-

стический и энергетический обмен, ассимиляция и диссимиляция. Химический состав организмов.

Функции воды и минеральных солей.

Раздел 2. Обмен белков. Белки. Аминокислотный состав белков. Строение белковой молекулы.

Классификация белков. Денатурация белка под воздействием физических и химических факторов. Фер-

менты. Влияние экологических факторов на процесс катализа. Классификация ферментов Нуклеиновые кислоты. Биосинтез ДНК. Кодирование и регуляция биосинтеза белка. Биосинтез белков и аминокислот в промышленности, воздействие на окружающую среду производства.

Раздел 3. Нуклеиновые кислоты. Биосинтез ДНК. Кодирование и регуляция биосинтеза белка.

Биосинтез белков и аминокислот в промышленности, воздействие на окружающую среду производства.

Раздел 4. Обмен углеводов. Классификация углеводов. Фотосинтез. Расщепление углеводов. Ре-

гуляция энергетического обмена

Раздел 5. Липиды. Витамины. Гормоны. и их роль в обмене веществ. Классификация и свой-

ства липидов. Роль витаминов в жизнедеятельности организма. Жирорастворимые и водорастворимые витамины. Гормоны и их роль в обмене веществ

Раздел 6. Биофизика мембран. Биологические мембраны. Функции, структура, динамика. Транс-

порт веществ через биологические мембраны. Биоэлектрические потенциалы. Механизмы генерации потенциала действия.

Раздел 7. Информация и принципы регуляции в биологических системах. Кибернетические системы и их свойства. Принцип автоматической регуляции в живых системах. Информация и инфор-

мационные потоки в живых системах

6

2. Методические указания по подготовке к лекциям

2.1Общие рекомендации по работе на лекциях

Цель лекционного курса дисциплины Биохимия, биофизика и физико-химические основы жизне-

деятельности - формирование основы для последующего усвоения учебного материала. Назначение лекции состоит в том, чтобы доходчиво изложить основные положения изучаемой дисциплины, ориен-

тировать на наиболее важные вопросы учебной дисциплины и оказать помощь в овладении необходи-

мых знаний и применения их на практике.

Личное общение на лекции преподавателя со студентами предоставляет большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей.

При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презентаций, предлага-

емой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточ-

нения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффек-

тивности лекционных занятий.

2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

Входе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Конспект помогает внимательно слушать, лучше запоминать в процессе осмысленного записывания, обеспечива-

ет наличие опорных материалов при подготовке к семинару, зачету, экзамену.

Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из рекомендованной ли-

тературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений.

В случае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает в большинстве слу-

чаев неусвоенность материала дисциплины.

2.3 Общие рекомендации по изучению материала лекций

Биохимия - наука о химической организации живого вещества и превращениях веществ и энергии,

которые лежат в основе жизнедеятельности организма. Как самостоятельная дисциплина оформилась во второй половине XIX века. Особенно бурный процесс развития биохимии характерен для последних десятилетий. Этому способствовало прогрессирующее применение в исследованиях физико-

химических методов. Исключительную роль в расширении возможностей научного поиска в биохимии сыграло внедрение в практику рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии, газовой, жид-

7

костной, гелевой и капиллярной хроматографии, метода меченых атомов, инфракрасной и ультрафиоле-

товой спектрофотометрии, флуоресцентного и полярографического анализа, электрофореза, метода мо-

лекулярных сит, масспекрометрии, разделения веществ в гравитационном поле ультрацентрифугирова-

нием, методов дисперсии магнитооптического вращения, электронного парамагнитного резонанса,

ядерного магнитного резонанса и др. Характерной чертой современного этапа является широкое приме-

нение скоростных методов анализ в сочетании с автоматическим контролем.

Современная биохимия распадается на ряд отделов, каждый из которых имеет самостоятельное значение. В зависимости от подхода к изучению живой материи, биохимия делится на:

-статическую(занимается изучением химического состава живых организмов);

-динамическую (изучает превращения веществ и энергии в процессе жизнедеятельности);

-функциональную (выясняет связи между строением химических соединений и процессами их ви-

доизменения с одной стороны, и функцией субклеточных частиц специализированных клеток, тканей и органов, включающих упомянутые вещества, с другой).

В зависимости от объекта или направления исследований, выделяют общую биохимию, биоорга-

ническую химию, бионеорганическую химию, биохимию животных, растений, микроорганизмов, меди-

цинскую биохимию, ветеринарную, техническую, сравнительную, радиационную, космическую и др.

В начале изучения курса целесообразно повторить изученный ранее в школе материал по органи-

ческой химии, систематике и классификации органических веществ.

Раздел 1. Особенности организации метаболизма

История возникновения биохимии и биофизики, цели, задачи и место предмета. Междисципли-

нарное положение предмета, связь с химией, физикой, математикой, основами безопасности жизнедея-

тельности. Строение растительной, животной и прокариотической клетки. Гомеостаз. Общность мета-

болизма. Особенности метаболических реакций у различных таксономических групп. Роль биологиче-

ских мембран и их активности для клеточного дыхания.

Метаболизм. Анаболизм и катаболизм, пластический и энергетический обмен, ассимиляция и диссимиляция. Химический состав организмов. Функции воды и минеральных солей.

Контрольные вопросы к разделу 1

1.Что такое органические вещества?

2.Какие элементы являются органогенами?

3.Какие органоиды ответственны за фотосинтез и синтез АТФ?

4.В чем заключаются функции воды в клетке?

8

5.Какое химическое соединение играет наиболее важную роль в поддержании осмотического дав-

ления в клетке?

6.Где содержание железа больше - в молекуле гемоглобина или миоглобина?

7.Цитохром с содержит 0,426% железа. Рассчитайте минимальную молекулярную массу этого бел-

ка.

Раздел 2. Обмен белков. Белки. Аминокислотный состав белков. Физико-химические свойства аминокислот и белков. Номенклатура и роль в организме аминокислот. Изоэлектическая точка, оптиче-

ские свойства, качественные реакции амнокислот.

Строение белковой молекулы (первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура). Клас-

сификация белков. Изоэлектическая точка белков, оптические свойства, качественные реакции Денату-

рация белка под воздействием физических и химических факторов. Ферменты. Константа Михаэлиса.

Скорость ферментативной реакции. Реакционный центр. Простетические группы. Влияние экологиче-

ских факторов на процесс катализа. Классификация ферментов. Детоксикация организма.

Контрольные вопросы к разделу 2

1.Что такое аминогруппа?

2.Что такое карбоксильная группа?

3.Почему аминокислоты проявляют амфотерные свойства?

4.Какие вещества называют оптическими изомерами?

5.Что такое нуклеопротеиды, липопротеиды, фосфопротеиды, гликопротеиды?

6.Расскажите об особенностях кинетики ферментативных реакций.

7.Что такое денатурация белка? Под воздействием каких физических и химических факторов она происходит?

8.Чем объясняется многообразие белков и их специфичность?

9.Назовите медьсодержащие белки.

10.Смесь аминокислот, содержащая валин, лейцин, аспарагиновую кислоту, лизин, гистидин и се-

рин, была подвергнута фракционированию методом электрофореза на бумаге при pH=6,2. Какие из указанных аминокислот будут перемещаться к катоду, к аноду или останутся на линии старта?

Раздел 3. Нуклеиновые кислоты. Биосинтез ДНК. Воздействие мутагенных факторов на ДНК.

Кодирование и регуляция биосинтеза белка. Биосинтез белков и аминокислот в промышленности, воз-

действие на окружающую среду производства.

9

Контрольные вопросы к разделу 3

1.Что означает название «нуклеиновые кислоты»?

2.Из чего состоит нуклеотид ДНК? Нуклеотид РНК?

3.Какова роль ДНК в биосинтезе белка?

4.Каким образом переходит передача (транскрипция) информации с ДНК на РНК?

5.Где образуется и какие функции выполняет тРНК?

6.Какой процесс называется трансляцией?

7.Почему синтез белка в живой клетке называют матричным?

8.Какое число молекул тРНК приняли участие в синтезе фрагмента белка, если фрагмент молекулы и-РНК, участвующий в трансляции, содержит 20 кодонов?

9.Если цепь ДНК содержит 28% нуклеотида А, то чему примерно должно равняться число нуклео-

тидов Г?

Раздел 4. Обмен углеводов

Физико-химические свойства углеводов. Строение и свойства углеводов. Классификация углево-

дов (моно-, ди-, полисахариды). Фотосинтез. Световая и темновая фазы фотосинтеза. Роль АТФ в про-

цессе фотосинтеза. Энергетический баланс световой и темновой фаз фтосинтеза. Цикл фиксации угле-

рода. Космическая роль зеленых растений на Земле. Пути повышения продуктивности сельскохозяй-

ственных культур. Расщепление углеводов. Регуляция энергетического обмена.

Контрольные вопросы к разделу 4

1.Почему именно соединения углерода так широко распространены в природе?

2.Сформулируйте закон сохранения энергии.

3.Что является главным источником энергии на Земле?

4.Что такое энергетические уровни в цепи питания?

5.В чем заключается космическая роль зеленых растений на Земле?

6.Каково значение АТФ в жизнедеятельности клетки?

7.Каково строение АТФ, АМФ, АДФ?

8.Какие запасные углеводы имеются растительных и животных клетках?

9.Биохимия аэробного и анаэробного процессов очистки сточных вод.

10.В чем заключается отличие альфа-глюкозы от бета-глюкозы?

11.Земная поверхность получает 2 Дж солнечной энергии на 1 см2 поверхности в минуту. Какое ко-

личество глюкозы синтезиру-ется в 1000 листьях одного растения, если средняя площадь одного

10