МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА БИОХИМИИ И ФИЗИОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ
Одобрено на заседании Ученого совета факультета Декан биологического факультета А.П. Савченко ____________________ «_____» __________________ 2002
Программа составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего и профессионального образования по специальности 012300 «Общая биохимия»
УДК 577.3
БИОХИМИЯ МЕМБРАН Рабочая программа дисциплины Для специальности 012300 «Общая биохимия»
Автор-составитель: Т.Н. Замай Биохимия мембран: Рабочая программа дисциплины. Красноярск: РИО КрасГУ, 2002, 7с. (Экспресс-издание) Предназначена для специальности 012300 «Общая биохимия» для дневной формы обучения
© КрасГУ, 2002
Красноярск 2002
2
7 1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Цель курса: изложить основные закономерности функционирования биологических мембран в норме и при патологии. Задачи курса: - теоретическое освоение знаний о молекулярном строении и функционировании биологических мембран; - приобретение навыков решения задач по курсу биологические мембраны. Место в системе социогуманитарного образования: Мембранология – наука, занимающаяся изучением строения и закономерностей функционирования биологических мембран. Эта наука стоит на стыке теоретической и экспериментальной физики, биологии и математики.
8
Биологическая информация и биологические мембраны. Перекисное окисление липидов мембран. ВСЕГО ПО РАЗДЕЛАМ: ИТОГО:
2
2
2
2
30
30 60
II. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ Введение (предмет и задачи, краткий исторический обзор) (1 ауд.час). Тема 1. Классификация биологических мембран и их функции. Эволюция биологических мембран. Модели мембран. (5 ауд. часа). Тема 2. Методы исследования биологических мембран (2 часа).
Требования к уровню освоения дисциплины В результате изучения дисциплины студенты должны: - овладеть необходимыми теоретическими знаниями о строении биологических мембран; - иметь опыт решения по курсу мембранология; - иметь представление о механизмах регуляции метаболизма биологических мембран в норме и при патологии.
Принципы выделения биологических мембран. Рентгеноструктурный анализ. Электронная микроскопия. Нейтронография. Калориметрические и дилатометрические исследования водных дисперсий липидов и биомембран. Лазеры в изучении мембран. Исследование влияния заряженных частиц на электропроводность, емкость, поверхностный потенциал и упругость БЛМ. Применение спиновых меток для исследования искусственных и биологических мембран. Исследование термоиндуцированных структурных переходов мембран методом ЭПР. Исследование модельных и биологических мембран методом ЯМР.
Формы и методы проведения занятий Лекции, семинары, контрольные работы, тестирование, коллоквиумы.
Тема 3. Химический состав биологических мембран (4 часа).
Тематический план № п/п
1
2 3 4 5 6
Объем учебного времени по формам работы (в часах) Лекции Самостоятельная работа 1
Наименование тем дисциплины
Введение (предмет и задачи, краткий исторический обзор) Классификация биологических мембран и их функции. Эволюция биологических мембран. Модели мембран. Методы исследования биологических мембран. Химический состав биологических мембран. Физико-химические основы организации биологических мембран. Электрические и механические свойства мембран. Транспорт в биологических мембранах. 3
Общие сведения о составе мембран. Липидный состав мембран. Жирнокислотный состав липидов мембран. Фосфолипиды. Сфингогликолипиды. Стерины. Гликопротеины. Фазовые переходы липидов. Температура фазовых переходов. Факторы, влияющие на температуру фазовых переходов. Белки биомембран. Классификация белков биомембран. Ферменты мембран. Транспортные мембранные белки. Рецепторы. Биосинтез белков мембран. Зависимость активации мембранных белков от липидного окружения. Углеводы в мембранах. Сравнительные данные по составу мембран. Биогенез мембран. Распределение воды и ионов. Тема 4. Физико-химические основы организации биологических мембран (4 ауд. часа). Физические основы внутримембранных взаимодействий. Гидрофобные взаимодействия. Электростатическое взаимодействие. Силы Ван-дер-Ваальса. Ионно-молекулярные взаимодействия. Водородная связь. Механические модели взаимодействия макромолекул в двумерной среде. Границы раздела фаз. Организация липидов в биологической мембране. Белково-липидные взаимодействия.
3
8
2
2
4
10
Тема 6. Транспорт в биологических мембранах (8 ауд. часов).
4
2
2
2
10
2
Проницаемость биомембран и различные виды транспорта через мембрану. Проницаемость мембран для воды. Свободная диффузия. Облегченная диффузия. Селективные фильтры. Активный транспорт ионов в клетках. Физико-химические принципы построения модели Naнасоса. Параметрический насос. Общие характеристики Na, К-АТРазы. Молекулярная организация, особенности белок-липидных взаимодействий. Ферментативная активность и ионная специфичность Na, К-АТРазы. Активация Na, К-АТРазы одновалентными
Тема 5. Электрические и механические свойства мембран (2 ауд. часа).
4
катионами. Принципы отбора одновалентных катионов Na- и К-центрами К-АТРазы. Схема ионной активации гидролиза АТР К-АТРазой. Молекулярная модель Na-насоса. Принцип параметрического разделения ионов в молекулярной модели Na-насоса. Строение и функции Са-насоса. Тема 7. Биологическая информация и биологические мембраны (4 ауд. часа). Универсальность переработки информации. Рецепторы и каналы. Принципы клеточной сигнализации. Тема 8. Перекисное окисление липидов мембран (2 ауд. часа). III. ТЕМАТИКА РЕФЕРАТОВ Для самостоятельной работы студентов К теме 1. 1. Эволюция биологических мембран. 2. Строение и функции ядерной мембраны. 3. Строение и функции цитоплазматической мембраны. 4. Строение и функции мембран эндоплазматического ретикулума. 5. Строение и функции мембран аппарата Гольджи. К теме 2. 1. Флуоресцентные методы изучения вязкости биологических мембран. 2. Методы определения внутриклеточного содержания кальция. 3. Методы определения внутриклеточной концентрация натрия и калия. К теме 3. 1. Полиморфизм липидов биологических мембран. 2. Липосомы. 3. Электрическое сопротивление мембран. 4. Электрический пробой мембран. К теме 5. 1. Механические свойства мембран эритроцитов. 2. Физико-химические свойства пресинаптической и постсинаптической мембран. К теме 6. 1. Са-насос саркоплазматического ретикулума. 2. Транспорт кальция через клеточную мембрану. 3. Виды транспорта натрия через клеточную мембрану. 4. Фагоцитоз. 5. Транспорт белков через биологические мембраны. К теме 7. 1. Хеморецепторы микроорганизмов и хемотаксис. 2. Возбуждение рецепторов. 3. Иммуноглобулины и биологические мембраны. 4. Изменение физико-химических свойств мембран лимфоцитов во время иммунного ответа. 5. Влияние физико-химических свойств биологической мембраны на психическое поведение особей в биологическом сообществе. 6. Роль биологических мембран в онкогенезе. К теме 8. 5
1. Активные радикалы кислорода как вторичные мессенджеры. 2. Изменение физико-химических свойств мембран при перекисном окислении липидов. IV. ФОРМЫ КОНТРОЛЯ Промежуточный контроль в форме: а) написания реферата 1 раз в семестр б) сдачи коллоквиумов (1) в) тестирования (4) г) контрольных работ (2) Итоговый контроль: Устный экзамен по билетам V. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 5.1. Список рекомендуемой литературы Ссновной 1. Биохимия мембран./Под ред. А.А. Болдырева. М.: Высшая школа, 1986. 2. Болдырев А.А. Биологичекие мембраны и транспорт ионов. М.: МГУ, 1985. 3. Кагава Я. Биомембраны. М.: Высшая школа, 1985. 4. Петров Р.В., Атауллаханов Р.И. Биохимия мембран. Кн.2. Клеточная мембрана и иммунитет. М.: Высшая школа, 1991. 5. Рубин А.Б. Биофизика. В 2-х т. М.: Книжный дом «Университет», 2000. 6. Сим Э. Биохимия мембран. М.: Мир, 1985. 7. Твердислов В.А., Тихонов А.Н., Яковенко Л.В. Физические механизмы функционирования биологических мембран. М.: Изд-во МГУ, 1986. Дополнительной 1. Владимиров Ю.А., Добрецов Г.Е. Флуоресцентные зонды в исследовании биологических мембран. М.: Наука, 1982. 2. Шноль С.Э. Физико-химические факторы биологической эволюции. М.: Наука, 1979. 5.2. Материально-техническое обеспечение Рекомендуемые программные средства – электронный диск «Молекулярная биология»
6
Биохимия мембран Составитель: Замай Татьяна Николаевна, канд. биол. наук, доцент кафедры биохимии и физиологии человека и животных Редактор: О.Ф. Александрова Корректура автора
Подписано в печать 21.02.2003 Тиражируется на электронных носителях Заказ 255 Дата выхода 25.02.2003 Адрес в Internet: www.lan.krasu.ru/studies/editions.asp Отдел информационных ресурсов управления информатизации КрасГУ 660041 г. Красноярск, пр. Свободный, 79, ауд. 22-05, e-mail:
[email protected] Издательский центр Красноярского государственного университета 660041 г. Красноярск, пр. Свободный, 79, e-mail:
[email protected] 7
