Программа экзамена по биохимии для инженеров по специальности биотехнология

Содержание дисциплины:

химическая организация, строение и функции клетки эукариотов и прокариотов;

строение, состав и физиологическая роль клеточной стенки и цитоплазматической мембраны;

внутриклеточные органеллы;

принципы биоэнергетики;

пути и механизмы преобразования энергии в живых системах;

аэробные и анаэробные окислительно-восстановительные процессы;

фотосинтез и хемосинтез;

азотфиксация;

биосинтез веществ в клетках;

организация биосинтетических процессов в клетках эукариот и прокариот;

вторичные метаболиты;

транспорт субстратов и продуктов, основные механизмы, организация и регуляция транспортных процессов;

молекулярные механизмы передачи генетической информации.

Тема 1. Химическая организация клетки. Статическая биохимия.

Биохимия - наука о веществах, которые входят в состав живой природы, и их превращениях, лежащих в основе разнообразных проявлений жизнедеятельности. Теоретическая и практическая значимость биохимии, связь с другими естественными науками. История биохимии

Статическая биохимия: изучение химического состава и строения веществ, содержащихся в живых организмах.

Динамическая биохимия: изучение обменных процессов как основы деятельности живых организмов.

Основные методы биохимии.

Границы жизни, домены живого мира.

Химический состав живой материи.

Понятие о макро- и микроэлементах.

Аминокислоты и белки.

Аминокислоты. Химическая структура и физико-химические свойства аминокислот. Стереохимия, амфотерность, реакционная способность аминокислот. L и D -аминокислоты. Заменимые и незаменимые аминокислоты.

Пептиды. Характеристика пептидной связи. Классификация, методы анализа.

Аминокислотный состав белков. Строение, стереохимия, физико-химические свойства и классификация протеиногенных аминокислот.

Пространственная структура белковой молекулы. Понятие о первичной, вторичной (α-спирали и β-структуры), третичной структурах белка. Строение и функциональная роль доменов. Фолдинг белков. Глобулярные и фибриллярные белки. Четвертичная структура белков. Надмолекулярные белковые комплексы. Характеристика связей, стабилизирующих структуру белков. Внутри- и межмолекулярные взаимодействия, определяющие пространственную структуру белков. Денатурация и ренатурация белков. Функции белков. Влияние иерархической структуры белков на их биологические функции. Методы выделения и идентификации белков. Классификация белков. Глобулярные и фибриллярные белки. Простые и сложные белки, их группы и отдельные представители в живых организмах. Строение, свойства и биологическая роль хромопротеинов (флавопротеины и гемопротеины), гликопротеинов, липопротеинов, металлопротеинов, фосфопротеинов и нуклеопротеинов. Инсулин. Коллагены. Эластин. Шелк. Кератины. Казеин. Актин. Миозины. Тубулин. Кальмодулин. Лизоцим.  Белки - переносчики и депо кислорода. Миоглобин. Гемоглобин. Гемоцианин. Иммуноглобулины. Гаптены. Вещества групп крови. Иммуноглобулины.  Белки системы свертывания крови. Геномные белки . Физико-химические свойства белков. Молекулярная масса и размер молекул белков. Ультрацентрифугирование. Коэффициент седиментации. Единица Сведберга. Амфотерные свойства и изоэлектрическая точка белков. Коллоидные свойства раствора белка. Методы очистки и идентификации белков

Процессы репликации, транскрипции и трансляции. Биосинтез белка. Активация аминокислот. Антибиотики - ингибиторы трансляции. Белки - шапероны. Процессинг вновь синтезированных белков.

Ферменты

Общее понятие о ферментах и отличие их от катализаторов небиологической природы. Химическая природа и строение фермента. Кофакторы, коферменты, простетическая группа. Коферментные формы витаминов. Участие металлов в ферментативных процессах. Активные и регуляторные центры. Обратимость действия ферментов. Специфичность ферментов и ее виды. Обнаружение ферментов в биологических объектах.

Шифр ферментов. Классы ферментов: оксидоредуктазы, трансфе- разы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы /синтетазы/ - типы катализируемых реакций и отдельные представители из каждого класса ферментов. Применение ферментов в биотехнологии. Ферменты гликолиза. Пируват-дегидрогеназный и альфа-кетоглутарат-дегидрогеназный комплексы. Ферменты цикла Кребса. Трансаминазы. Пиридоксалевый катализ. Протеазы. Специфичность и функции протеаз. Ингибиторы протеаз. Убиквитины. Циклины. Гидролазы. Дегидрогеназы. АТФ-азы. Рибулёзобисфосфат карбоксилаза. Киназы. ДНК-полимеразы. РНК-полимераза. ДНК-лигаза. Оксидазы. Цитохромы. Каталаза, пероксидаза. Супероксиддисмутаза.

Кинетика ферментативных реакций. Скорость ферментативной реакции. Единицы активности ферментов. Влияние концентрации субстрата и концентрации фермента на скорость ферментативной реакции. Константа Михаэлиса. Влияние температуры, рН, активаторов и ингибиторов на скорость ферментативной реакции. Активация и ингибирование ферментов.

Нуклеозиды, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты

Распространение и локализация в биообъектах, разнообразие, состав, биологическая роль. Азотистые основания (Пурины. Пиримидины). Углеводные компоненты (Рибоза. Дезоксирибоза). Химическое строение, функции. 3'-5' - межнуклеотидная связь. Структурная организация олигонуклеотидов, полинуклеотидов (нуклеиновых кислот).

Химический состав нуклеиновых кислот. Структурные компоненты нуклеиновых кислот. Номенклатура нуклеозидов и нуклеотидов. Фосфодиэфирная связь.

Строение и биологическая роль ДНК. Правило Чаргаффа. Принцип комплементарности (комплементарные пары нуклеиновых оснований).

Характеристика первичной структуры ДНК. Формы двойной спирали ДНК. Связи, стабилизирующие структуру ДНК. Одно- и двуцепочечные, кольцевые и линейные молекулы ДНК.

Структура, свойства, функции, типы РНК (матричных, рибосомальных и транспортных РНК). Физико-химические свойства ДНК и РНК.

Свободные нуклеотиды и их производные. АТФ, ее строение и роль. Динуклеотиды.

Углеводы

Общая характеристика и классификация углеводов. Биологическая роль и распространение в природе. Особенности строения, изомерии, конформации и биохимических свойств моносахаридов. D- и L- конфигурации. Практическая значимость моносахаридов и их производных. Дезоксисахара и аминосахара

Строение, свойства и биологическая роль основных природных дисахаридов (лактоза, мальтоза, сахароза, фруктоза).

Олигосахариды.

Полисахариды: гомо- и гетерогликаны. Строение, свойства и значение крахмала, гликогена, целлюлозы, хитина. Гетерогликаны.  и  связи. Классификация, распространение и биологическая роль. Протеогликаны. Гликозаминогликаны. Практическое использование олиго- и полисахаридов.

Пищевые и структурные углеводы.

Липиды

Строение, физико-химические свойства и функциональная роль липидов. Классификация и номенклатура жирных кислот. Насыщенные и ненасыщенные (моно- и полиеновые) кислоты и их эфиры. Жиры и масла. Глицериды и фосфоглицериды. Терпены и стероиды. Строение и транспортные свойства клеточных мембран. Эйкозаноиды: простагландины и лейкотриены. Сфинголипиды.

Ацилглицерины. Воски. Фосфолипиды: глицерофосфолипиды и сфингомиелины. Гликолипиды: цереброзиды и ганглиозиды. Стероиды: структура, свойства важнейших представителей (холестерол желчные кислоты, стероидные гормоны, витамины группы Д). Биологическая роль и практическое использование липидов.

Внутриклеточный липолиз: гидролиз жира в клетке, окисление глицерина и жирных кислот. Ацетил КоА-конечный продукт -окисления жирных кислот. Синтез триацилглицеридов. Взаимосвязь между обменом углеводов и липидов.

Витамины

Классификация и номенклатура витаминов. Структура, свойства, роль в обмене веществ водорастворимых и жирорастворимых витаминов, провитаминов. Гиповитаминоз, авитаминоз. Жирорастворимые витамины: А, Д, Е, К – химическая природа, биологическая роль, пищевые источники. Провитамины. Водорастворимые витамины: В₁, В₂, В₃, В₁₂, С, Н /биотин/ - химическая природа, роль в обмене, пищевые источники.