Биохимия и молекулярная биология. Учебно-методическое пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

БИОХИМИЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ

БИОЛОГИЯ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Специальность 020200.62 (06.03.01) – Биология

Бакалавриат

Ставрополь

2015

Б63 Биохимия и молекулярная биология: учебно-методическое посо-

бие / авт.-сост. С. Ф. Андрусенко, Е. В. Денисова. – Ставрополь: Изд-

во СКФУ, 2015. – 94 с.

Впособии представлены контрольно-проверочные вопросы и упражнения, помогающие закреплению материала, повышающие интерес студентов к изучению курса биологической химии. Тестирование способствует изучению предмета, исключает формальный подход к усвоению материала. Выполнение тестовых заданий не только помогает реализовать самоконтроль, но и позволяет самостоятельно совершенствовать и углублять знания, что в свою очередь способствует развитию интереса к предмету.

Предназначенодлястудентов,обучающихсяпоспециальности020200.62 (06.03.01) – Биология.

УДК 577.1(075.8) ББК 28.072 я73

Авторы-составители:

канд. биол. наук, доцент С. Ф. Андрусенко, канд. биол. наук, доцент Е. В. Денисова

Рецензенты:

канд. биол. наук, доцент Е. В. Волосова (ФГБОУ ВПО СтГАУ), канд. биол. наук, доцент Н. Н. Сокульская

©ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», 2015

ВВЕДЕНИЕ

Курс «Биохимия и молекулярная биология» является основой в подготовке студентов-биологов для восприятия ряда дисциплин биологического цикла. Предполагает дать студентам фундаментальные понятия о строении, свойствах и биологической роле основных веществ клетки, сущности химических процессов, в том числе и тех, которые лежат в основе различных функций биологических систем.

Теоретические исследования биологических систем связаны с разносторонним практическим использованием результатов в биологии, биотехнологии, медицине, сельском хозяйстве, клеточной и эмбриональной инженерии, а также при решении экологических проблем защиты биосферы от разных вредных воздействий. Методологическая подготовленность подразумевает знание уровней организации вещества и химических систем, умение для каждого из уровней идентифицировать исходные структуры, определять их взаимосвязи, принципы организации, условия функционирования, механизмы сохранения и пределы устойчивости.

Общая характеристика самостоятельной работы студента

Дисциплина является важнейшей составной частью естествознания. Ее целями являются: формирование у студентов правильного представления об основных химических компонентах клетки, молекулярных основах биокатализа, метаболизма, современном состоянии вопросов взаимосвязи структуры и свойств важнейших типов биомолекул с их биологической функцией, а также ознакомление студентов с молекулярными аспектами физиологии человека (наследственность, иммунитет, нейроэндокринная регуляция и фоторецепция).

Для освоения этой дисциплины студенты используют знания, умения, навыки, сформированные при изучении курсов «Общая биология», «Общая химия», «Органическая химия».

3

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Реализация компетентностного подхода предусматривает широкое использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий в сочетании с внеаудиторной работой с целью формирования и развития профессиональных навыков обучающихся.

В ходе освоения дисциплины формируются следующие обще-

культурные компетенции (ОК):

–следует этическим и правовым нормам в отношении других людей и в отношении природы (принципы биоэтики), имеет четкую ценностную ориентацию на сохранение природы и охрану прав и здоровья человека (ОК-1);

–использует в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-6);

–использует основные технические средства в профессиональной деятельности: работает на компьютере и в компьютерных сетях, использует универсальные пакеты прикладных компьютерных программ, создает базы данных на основе ресурсов Internet, способен работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-12);

–заботится о качестве выполняемой работы (ОК-16);

–умеет работать самостоятельно и в команде (ОК-18).

Профессиональные компетенции (ПК), необходимые в процес-

се научно-производственной и проектной деятельности:

–демонстрирует знание принципов структурной и функциональной организации биологических объектов и механизмов гомеостатической регуляции; применяет основные физиологические методы анализа и оценки состояния живых систем (ПК 3);

–демонстрирует знание принципов клеточной организации биологических объектов, биофизических и биохимических основ, мембранных процессов и молекулярных механизмов жизнедеятельности

(ПК 4);

–демонстрирует современные представления об основах биотехнологии и генной инженерии, нанобиотехнологии, молекулярного

моделирования (ПК 11);

4

–понимает и применяет на практике методы управления в сфере биотехнологии, природопользования и восстановления и охраны биоресурсов (ПК 21).

Методы исследования, изложенные в пособии, могут стать основой для индивидуальной последующей научно-исследовательской работы, подготовки курсовых и дипломных проектов.

Каждое занятие построено по единой схеме:

–тема занятия;

–цель занятия – достижение единства теоретических знаний, приобретаемых по определенному разделу биохимии, и практических навыков, получаемых студентами при выполнении качественных и количественных исследований;

–теоретическая основа занятия – краткое изложение некоторых вопросов по данной теме, включая знания необходимые для выполнения лабораторной работы и интерпретации ее результатов;

–ходработы–формированиеустудентовумениявыполнятьлабора- торные исследования с использованием биохимических навыков;

–контрольные вопросы – для закрепления теоретических и практических навыков работы;

–рекомендуемая литература.

В результате изучения дисциплины студент должен:

–знать особенности структуры биомолекул (аминокислоты, пептиды,белки),сахаров,нуклеозидов,нуклеиновыхкислот,жирныхкислот, витаминов и микроэлементов; биокатализ, метаболизм, биополимеры и наследственность, молекулярные аспекты физиологии человека, химические аспекты происхождения жизни; структуру и свойства важнейших типов биомолекул в связи с их биологическими функциями, процессы и явления, происходящих в неживой и живой природе;

–уметьсистематизироватьиобобщатьзнания,полученныеприизучении лекций и других учебных и научных источников информации; свободно, грамотно излагать теоретический материал по основным вопросам биохимии, проводить дискуссии; использовать современ- ныефизико-химическиеподходы,приемыиметодыдляизученияосо- бенностей протекания биохимических процессов как in vitro, так и in vivo; использовать полученные знания для постановки, проведения и интерпретации результатов экспериментальной работы; использовать

полученные знания для изучения других дисциплин биолого-химиче- ского цикла; приготовить реактивы и материалы; обработать химиче-

5

скую посуду; работать на приборах, которыми оснащена лаборатория (фотоэлектроколориметры, спектрофотометры, центрифуги, провести электрофорез и др.); подобрать соответствующие реактивы и материалы для методов биохимии, адаптировать реактивы и материалы для используемой аппаратуры; производить необходимые расчеты;

– владеть навыками работы со специальной литературой для совершенствования знаний в области биохимии; умением собственноручного выполнения биохимических лабораторных анализов, владеет широким спектром аналитических методов и подходов в биологической химии и молекулярной биологии.

План-график выполнения самостоятельной работы

6

Контрольные точки и виды отчетности по ним

Методические рекомендации по изучению теоретического материала

При выполнении самостоятельного изучения теоретического материала курса «Биохимия и молекулярная биология» студент должен руководствоваться следующими правилами. За основу рекомендуется брать рабочую программу учебной дисциплины в библиотеке СКФУ. Согласно плану-графику аудиторных занятий и самостоятельной работынаизучениеотдельныхтемотводитсяразноеколичествочасов.Значительная часть самостоятельной работы студента должна отводится на усвоение полученного на лекции материала по пройденной теме, написании конспекта по заданным теоретическим блокам, поиску дополнительной литературы на базе библиотеки СКФУ и в системеInternet. Весь охваченный теоретический материал должен быть осмыслен и переработан для более глубокого осмысления полученных данных.

7

Подготовку теоретического раздела занятия необходимо начинать с ознакомления с вопросами для самоподготовки. Изучение теоретического материала должно основываться на исходном уровне знаний к теме или разделу. Необходимая учебная информация содержится в рекомендуемых учебниках основной литературы.

Методические рекомендации при подготовке к коллоквиумам

Изучение основных разделов биохимии и молекулярной биологии заканчивается проведением контрольных занятий, на которых обобщается весь материал по данной части учебной программы.

Коллоквиум представляет собой не только одну из форм текущего контроля, но и одну из активных форм учебных занятий, проводимых как в виде беседы преподавателя со студентами, так и в виде семинара, посвященного обсуждению определенной темы.

Целями коллоквиума являются: выяснение у студентов знаний, их углубление (повышение) и закрепление по той или иной теме курса; формирование у студентов навыков анализа теоретических проблем на основе самостоятельного изучения учебной и научной литературы.

Основная задача коллоквиума – пробудить у студента стремление к чтению и использованию дополнительной литературы. На коллоквиум могут выноситься как проблемные (нередко спорные теоретические вопросы), так и вопросы, требующие самостоятельного изучения, а также более глубокой проработки.

На самостоятельную подготовку к коллоквиуму студенту отводится 1–3 недели. Подготовка включает в себя изучение рекомендованной литературы и составление конспекта.

Методические рекомендации по подготовке к лабораторным занятиям

При подготовке к лабораторным занятиям рекомендуется изучить контрольные вопросы по данному занятию, теоретический материал, изложенный в лабораторном практикуме, обратить внимание на технику безопасности и изучить методику проведения опытов. В протоколе должны быть отражены следующие разделы:

8

1.Номер занятия.

2.Название лабораторной работы.

3.Цель работы.

4.Принцип метода и химический механизм реакций.

5.Ход выполнения работы.

6.Результаты.

7.Выводы. Для показателей, определяемых количественно, в протоколе должны быть указаны референтные величины.

9

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Аминокислоты, пептиды, белки

1.Напишите структурную формулу пептида (Н) тир-глу-гли-вал

(ОН).

2.Приведите примеры изомерных аминокислот, отличающихся строением скелета.

3.Приведите примеры аминокислот, у которых преобладают кислотные и основные свойства.

4.Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность аланина.

5.Приведите уравнение реакции образования соединений с пептидной связью.

6.Сколько дипептидов может быть получено из трех аминокислот?

7.Сколько трипептидов может быть получено из двух аминокислот?

8.Молекулярная формула некоторой аминокислоты С4Н9NO3. Напишите молекулярную формулу трипептида, образованного остатками этой кислоты.

9.Напишите и дайте название тетрапептиду из валина, лизина, глутаминовой кислоты и триптофана.

10.Аминокислоты содержат одновременно две группы: –СООН

и–NH2,обеониспособныкионизации.Поэтомуаминокислотыобла- дают свойствами и кислот, и оснований, они являются амфолитами. Напишите в виде амфионов формулы:

а) аланина; б) серина;

в) фенилаланина; г) треонина.

11.Напишите тетрапептиды:

10