Биология

10. Жизнь животных - М.: Просвещение. - Т.5 Земноводные. Пресмыкающиеся. 1985. - 399 с.

11. Жизнь животных - М.: Просвещение. - Т.6 Птицы 1986, - 527 с.

12. Жизнь животных - М.: Просвещение. - Т.7 Млекопитающие

13. Красная книга СССР. Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды животных и растений. Т.1. - М.: Лесная промышленность, 1984. - 392 с.

14. Красная книга РСФСР. Животные. - М. : Россельхозиздат, 1983. - 453 с.

15. Ресурсы живой фауны. Ч.2. Позвоночные животные суши. - Ростов н/Д: РГУ, 1982. - 320 с.

ПРОГРАММА

вступительного экзамена для магистерской программы «Биохимия»

Введение. Предмет биологической химии. Основные исторические этапы развития биохимии. Биохимия - наука о молекулярных основах жизни, единых для всех живых организмов. Основные признаки живой материи, отличие живого от неживого. Сложность и высокая степень организации, многообразие и высокая скорость химических реакций в живых организмах, их упорядоченность в пространстве и во времени, специфичность и регуляция биохимических процессов, способность к точному самовоспроизведению. Живые организмы - открытые системы. Химический состав живых организмов. Биохимическая эволюция. "Система принципов" в соответствии с которой произошел их отбор химических элементов молекул в состав биоорганических соединений. Все живые организмы содержат макромолекулы, построенные по общему плану. Мономеры, из которых построены макромолекулы, выполняют различные функции. Вода - самое распространенное соединение в живых организмах. Свойства и конформация биомолекул определяются их взаимодействием с окружающей средой. Абиогенный синтез органических молекул. Методы биологической химии. Исследования на целых организ-мах, переживающих тканях, тканевых препаратах и субклеточных фракциях. Химические, физические и изотопные методы в биохимии. Связь биохимии с другими науками. Понятие о метаболизме. Извлечение и преобразование энергии, синтез компонентов клетки - основные функции метаболизма. Катаболизм и анаболизм.

БЕЛКИ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА Белки - основа жизни. Каталитическая, структурная, сократительная, транспортная, защитная, энергетическая, регуляторная функции белков. Роль белков в иммунных реакциях организма. Причины полифункциональности белков: полифункциональность их физических и химических свойств, разнообразие пространственных структур (конформаций), способность к денатурации и ренатурации, каталитические свойства, образование надмолекулярных комплексов.

Элементарный состав белков. Аминокислоты - структурные единицы белков. Классификация аминокислот по свойствам их радикалов: неполярные (гидрофобные), полярные (гидрофильные), гидрофильные заряженные отрицательно и заряженные положительно аминокислоты. Свойства аминокислот. Кислотно-основные свойства аминокислот. Кривые титрования аминокислот. Амфотерность. изоэлектрическая точка. Буферные свойства. Химические свойства. Реакции на аминогруппу и карбоксильную группу. Реакции на отдельные аминокислоты.

Белки - линейные полимеры аминокислот. Способ связи аминокислот в белках. Доказательства универсальности пептидной связи в белках. Реакция на пептидную связь.

Принципы структурной организации белков. Первичная структура белков - последовательность аминокислот в полипептидной цепи. пептидная связь и ее свойства: копланарность, транс- и цис- пептидная связь, величина торсионных углов. Значение первичной структуры для конформации белков и их функции.

Вторичная структура. Водородная связь. -структура. Параллельные и антипараллельные складчатые листки. -спираль. Характеристика спирали Полинга. Вклад отдельных аминокислот в образовании вторичной структуры белка. Суперспираль - структура фибрилярных белков. Особенности аминокислотного состава фибриллярных белков. Структура коллагена и фиброина шелка.

Конформация глобулярных белков. Роль аминокислотных остатков в ее образовании. Нековалентные взаимодействия, определяющие структуру белковой молекулы. Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия: дисперсионные, гидрофобные, электростатические связи радикалов аминокислот. Водородная связь. Роль среды в образовании конформации белков. Принципы самосборки белковых молекул. Структурный домен - единица свертывания полипептидной цепи. Третичная структура белка - относительное расположение доменов в пространстве. Четвертичная структура белков. Дисульфидные связи в белках. Значение четвертичной структуры белков для их функции. Рентгеноструктурный анализ белков. Строение и функции миоглобина и гемоглобина.

Свойства белков. Масса, заряд белковой молекулы. Кислотно-основные свойства белков. Изоэлектрическая точка, буферные свойства белков, растворимость. Методы фракционирования белков: ультрацентрифугирование, гель-фильтрация, электрофорез, ионообменная хроматография, распределительная хроматография, высаливание.

Классификация белков: по формулам молекул, по растворимости, по структуре.

Характеристика классов протеидов: нуклеопротеиды, липопротеиды, гликопротеиды, хромопротеиды, металлопротеиды, флавопротеиды.

ФЕРМЕНТЫ

Каталитические свойства белков. Ферменты.

Причины инертности биоорганических соединений и огромной скорости их химических превращений в организме. Биологический катализ. Каковы сходства и различия неорганических и биологических катализаторов. Характеристика ферментов по силе действия, избирательности действия (специфичность), высокой чувствительности и факторам внешней среды. Понятие о снижении энергии активации химической реакции как основы ферментативного катализа.

Характеристика ферментов как белковых соединений: зависимость активности от условий среды, оптимум рН, термолабильность.

Строение ферментов: одно- и двухкомпонентные ферменты. Понятие о коферменте, простетической группе, апоферменте и холоферменте.

Однокомпонентные ферменты. Характеристика однокомпонентных ферментов с известной первичной структурой: рибонуклеазы, лизоцима, химотрипсина и другие. Понятие "активный центр" фермента, строение активного центра. Аминокислоты, входящие в состав ак-тивного центра. Роль активного центра в катализируемой реакции. Характеристика основных функций активного центра: функции узнавания субстрата, участие в многоточечных полярных и неполярных взаимодействиях между активным центром и субстратом, обеспечении основ каталитической функции - перенос электронов, протонов, химических групп между ферментом и субстратом. Образование фермент-субстратного комплекса. Доказательства образования фермент-субстратного комплекса: зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента, спектры поглощения фермента и фермент-субстратного комплекса и другие.

Двукомпонентные ферменты. Коферменты и апоферменты. Функции коферментов в ферментативных реакциях.

Характеристика класса коферментов:

1. Коферменты переносчики атомов водорода и электронов. Флавиновые коферменты. Строение и функции ФАМ и ФАД. Никотиновые коферменты. Строение и функции НАД и НАДФ. Геминовые коферменты. Характеристика и функции цитохромов: строение и роль каталазы и пероксидазы.

2. Коферменты-переносчики химических групп. Строение и роль в метаболизме тиаминпирофосфата, пиридоксальфосфата, КоА, биотина, тетрагидрофолиевой кислоты, нуклеотидов - АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ.

Кинетика ферментативного катализа. Каким законам химической кинетики подчиняется ферментативный катализ? Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата. Константа Михаэлиса.

Механизм действия ферментов. Значение фермент-субстратного комплекса в обеспечении специфичности и скорости ферментативной реакции. Энергетические преобразования в фермент-субстратном комплексе, обеспечивающие снижение энергии активации катализируемой реакции. Механизм образования фермент-субстратного комплекса. Теория Кошленда - индуцированное взаимодействие фермента и субстрата.

Классификация ферментов, основанная на типах химических реакций. Характеристика классов ферментов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, изомеразы, лиазы, лигазы (синтетазы). Представители каждого класса.

Регуляция активности ферментов. Влияние концентрации субстрата на активность фермента. Регуляторная роль константы Михаэ-лиса, определяющей сродство фермента и субстрата. Эффекторы - регуляторы активности ферментов: активаторы и ингибиторы активности. Понятие о конкурентных и неконкурентных ингибиторах. Ингибирование продуктами реакции и избытком субстрата. Активаторы - эффекторы, действующие разными способами: защита аминокислотных остатков в активном центре, ионы металлов, включающиеся в систему фермент-субстратного комплекса.

Роль посттрансляционных модификаций в регуляции активности ферментов. Понятие о проферментах - зимогенах - предшественниках активных форм фермента. Превращения проферментов - пепсиногена, трипсиногена и химотрипсиногена в активные формы и формирование активного центра ферментов. Понятие об ограниченном протеолизе как способе превращения активных форм ферментов. Аллостерическая регуляция активности ферментов. Строение и механизм действия аллостерических ферментов. Кооперативный эффект в механизме действия аллостерических ферментов. Роль циклической 3,5-АМФ и протеинкиназ в активировании ферментов. Примеры ферментов, активируемых системой цАМФ-протеинкиназы.

Значение организации ферментных систем для регуляции активности. Ферментные ансамбли и надферментативные комплексы.

Изоферменты как способ регуляции ферментативной активности. Характеристика функциональной роли изоферментов на примере лактатдегидрогеназы.

Иммобилизованные ферменты. Применение иммобилизованных ферментов в медицине и народном хозяйстве.

НУКЛЕОТИДЫ, ИХ СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ

Характеристика молекул, входящих в состав нуклеотидов. Пуриновые и пиримидиновые основания. Углеводы в составе нуклеотидов. Функции нуклеотидов: коферменты, регуляторы (цАМФ), макроэрги, структурные единицы нуклеиновых кислот. Причины высокой реакционной способности и энергоемкости нуклеотидов. Свойства ангидридной связи, конкурирующий резонанс в ангидридах фосфорной кислоты. Макроэрги. Структура и свойства АТФ. Величина изменения свободной энергии макроэргической связи в молекуле АТФ. Роль ионов Mg+2 в функции АТФ. Другие нуклеозидтрифосфаты: ГТФ, УТФ, ЦТФ. Их функции в метаболизме.

СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Открытие Ф.Мишером (1867) нуклеиновых кислот. Локализация ДНК в клетках эукариотов. Содержание ДНК в клетках соматических и половых. Доказательство биологической роли ДНК. Опыты О.Эвери по трансформации бактерий. Эксперименты А.Херши и М.Чейз с мечеными атомами на бактериофаге Т2. Первичная структура дезоксирибонуклеиновой кислоты. Связи, соединяющие нуклеотиды в ДНК. Методы исследования первичной структуры ДНК. Рестриктазы - ферменты ограниченного расщепления молекулы на определенные фрагменты. Значение этого метода для определения последовательности нуклеотидов в отдельных участках молекулы ДНК. Другие методы изучения первичной структуры ДНК. Вторичная структура ДНК. Открытие Дж. Уотсоном и Ф. Криком двойной спирали как структурной организации молекулы ДНК в 1951-53 гг. Факты и экспериментальные данные, которые легли в основу представления о двуспиральной организации вторичной структуры ДНК. Правила Чаргаффа. Данные рентгеноструктурного анализа о периодичности в структуре ДНК, шаг спирали, диаметр молекулы. Принцип комплементарности лежит в основе построения двойной спирали ДНК. Свойства ДНК. Величина молекулы, вязкость, поглощение в УФ, влияние температуры и рН на структуру ДНК.

Третичная структура ДНК. Способ плотной укладки длинных це-пей ДНК в очень ограниченном пространстве клетки у прокариотов и эукариотов. Хромосомы. Гистоны и негистоновые белки. Характерис-тика гистонов. Их роль в организации третичной структуры ДНК. Нуклеосомы, их организация. Полисомы. Хромосомы.

Строение и свойства рибонуклеиновых кислот. Отличие РНК по составу и строению нуклеотидов от ДНК. Типы РНК. Локализация РНК в клетках.

Матричная или информационная РНК - м-РНК. Молекулярный вес. Первичная структура.

Транспортные РНК - т-РНК. Особенности нуклеотидного состава тРНК. Минорные основания. Вторичная структура тРНК - тип клеверного листа. Третичная структура тРНК. Функциональные участки тРНК - акцепторный участок, антикодон, участок узнавания рибосомы. Функции тРНК. Разнообразие тРНК в клетке.

Рибосомальные РНК - рРНК. Строение рибосом. Строение рибосом у прокариотов и эукариотов. Строение малой субъединицы рРНК. Большая субъединица рРНК и белки, входящие в ее состав. Локализация рибосом в клетке, их связь с эндоплазматическим ретикулумом.

БИОСИНТЕЗ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Репликация молекул ДНК.

Опыты Мезельстона и Сталя 1957 г., доказательства полуконсервативного типа репликации ДНК.

Компоненты, необходимые для репликации ДНК: ДНК-матрица в преобразованном виде, нуклеотиды в виде трифосфатов, РНК-затравка (праймер), к 3'-ОН группе, которой присоединяется следующие основания, ферменты репликации. Главный фермент репликации - ДНК-зависимая-ДНК-полимераза 3 - осуществляет образование фосфодиэфирной связи в направлении 5'->3' и элонгацию цепи.

Последовательные этапы репликации: узнавание точки начала репликации; образование репликационной вилки. Сложный процесс расплетения двойной спирали во многих точках. Ферменты расплетения хеликазы. Репликация на лидирующей и отстающей цепи ДНК. Фрагменты Оказаки. Процесс создания двойной спирали - ферменты топоизомеразы. Сшивание фрагментов и закручивание спирали.

ДНК-полимераза II - фермент репарации. ДНК-лигаза - сшивающий фермент.

Транскрипция РНК.

ДНК-матрица для синтеза всех типов РНК. Локализация синтеза всех типов РНК в клетке.

Структурные участки ДНК, на которых синтезируются мРНК-цистроны. Отличия цистронов у прокариотических и эукариотических клеток. Экзоны и интроны. фермент синтеза мРНК - ДНК-зависимая-РНК-полимераза. Строение фермента, механизм его действия. Инициация транскрипции. Промоторный комплекс. Элонгация и терминация транскрипции. Предшественники мРНК в клетках эукариотов. Процессинг мРНК, вырезание интронов и сплайсинг. Ферментативная роль мя-РНК в этом процессе. Образование зрелой мРНК, защита 3 и 5 концов молекул. Информосомы, выход в цитоплазму. Время жизни мРНК.

Гены для синтеза рРНК, тРНК и низкомолекулярных РНК. Локализация синтеза рРНК в ядрышке. Синтез предшественника рРНК. Процессинг рРНК, продукты процессинга. Предшественники тРНК. Процессинг и удаление избытка нуклеотидов с 3 и 5 концов. Формирование третичной структуры тРНК.

Обратная транскриптаза. Ретровирусы.

БИОЛОГИЧЕСКИЙ КОД

Понятие биологического кода. Предсказание кода - работы Гамова, Крика 1953 г. Экспериментальная расшифровка кода для каждой аминокислоты. Работы Ниренберга и Маттеи, 1961. Доказательства триплетности кода. Синтез искусственного гена, работы Корано. Свойства кода - древность и универсальность (3 млрд.лет) подчеркивают единство мира. Вырожденность кода как способ его совершенствования. Гипотеза "качания" Ф.Крика. Эволюция кода. Терминирующие и инициирующие кодоны.

МЕХАНИЗМ БИОСИНТЕЗА БЕЛКА

Локализация синтеза белка в клетке. Активирование аминокислот и образование ацил-тРНК. свойства ферментов ацил-тРНК-синтетаз. Образование ацил-тРНК комплекса.

Образование инициирующего комплекса. Компоненты инициирующего комплекса: 30 субъединица рибосомы, формил-метионин-тРНК, соответствующая мРНК, белковые факторы инициации, ГТФ. Формирование комплекса, его строение. Объединение с 50 субъединицей и образование транслирующего комплекса.

Механизм трансляции и элонгации (удлинение цепи). Ацильный А и пептидильный P участки рибосомы. Нахождение антикодоном тРНК места на мРНК для расположения очередной аминокислоты. Замыкание пептидной связи. Фермент транспептидирования. ГТФ источник энергии для транслокации рибосомы и мРНК. Механизм удлинения полипептидной цепи.

Терминация синтеза. Терминирующие кодоны УАГ, УАА, УГА, белковые факторы терминации.

Многократное использование мРНК в системе полисом.

Процессинг белковых молекул - их постсинтетическая модификация. Образование высших категорий структуры, включение дополнительных компонентов - гликозилирование, фосфорилирование и другие.

РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА БЕЛКА

Регуляция экспрессии гена (на уровне транскрипции синтеза мРНК). Гипотеза оперона Жакобо и Моно. Строение lac-оперона. Опе-ратор, промотор, регуляторный ген. Синтез белковых репрессоров. Снятие репрессии. Индукторы синтеза белка.

МЕТАБОЛИЗМ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ

Азотсодержащие соединения - белки, аминокислоты, нуклеотиды, мочевина, мочевая кислота.

Азотистое равновесие. Условия поддержания азотистого равнове-сия у животных.

Источник азота у растений и животных. Круговорот азота в природе. Фиксация азота у азотфиксирующих микроорганизмов нитрогеназным ферментативным комплексом. Строение комплекса. Роль Fe и Мо в восстановлении азота до аммиака. Механизм реакции.

Фиксация аммиака растениями. Три пути вовлечения аммиака в состав биоорганических соединений - синтез глутаминовой кислоты и глутамина. Характеристика ферментов, участвующих в синтезе. Синтез карбомоилфосфата.

Заменимые и незаменимые аминокислоты.

Реакция переаминирования. Пиридоксальфосфат - кофермент процесса переаминирования. Дикарбоновые амино- и оксокислоты - обязательные субстраты реакции. Образование шиффового основания и перенос аминогруппы - центральная реакция процесса. Роль оксоглутарата и глутаминовой кислоты в реакциях синтеза аминокислот.

Связь процессов переаминирования с окислительным дезаминированием глутаминовой кислоты.

Декарбоксилирование аминокислот. Пиридоксальфосфат - кофермент декарбоксилаз. Образование биологически активных аминов в реакциях декарбоксилирования. Реакции декарбоксилирования гисти-дина, тирозина, глутаминовой кислоты.

Синтез пиримидиновых нуклеотидов - карбамоилфосфат и аспарагиновая кислота - исходные продукты синтеза пиримидинов. Последовательность реакций, приводящих к синтезу уридин-5-фосфата. Глутамин - источник аминогруппы при синтезе цитозин-5-фосфата.

Синтез пуриновых оснований. Особенности процесса синтеза пуриновых нуклеотидов. Надстройка гетероциклического кольца пурина на первом углеродном атоме активированного рибозо-5-фосфата. Источники атомов азота и углерода при синтезе пурина.

Конечные продукты азотистого обмена. Необходимость выведения избытка аммиака у животных. Аммониотелизм, уреотелизм и урикотелизм. Связь форм выведения избытка аммиака со средой обитания. Синтез мочевины. Синтез карбамоилфосфата в митохондриях. Реакции цикла синтеза мочевины. Роль орнитина в этом процессе. Синтез аргинина. Синтез мочевой кислоты при окислении пуриновых оснований. Промежуточные продукты - гипоксантин и ксантин.

Витамины. Авитаминозы. История открытия витаминов. Два класса витаминов. Связь водорастворимых витаминов с ферментами. Жирорастворимые витамины. Строение и функции витаминов: А, Д, Е, К.

ЛИПИДЫ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ. СТРУКТУРА БИОМЕМБРАН.

Общие свойства объединяющие в класс липидов молекулы разного строения. Классификация липидов в соответствии с их химическим строением. Функции липидов: энергетическая, структурная и как предшественников биологически активных соединений - гормонов, витаминов.

Жирные кислоты - характерные структурные компоненты большинства липидов. Характеристика насыщенных жирных кислот. Ненасыщенные жирные кислоты, расположение двойных связей. Конформация жирных кислот. Физические и химические свойства жирных кислот. Свойства солей жирных кислот.

Триглицериды (триацилглицеролы). Строение триглицеридов.

Свойства, зависящие от состава жирных кислот: температура плавления, оптическая активность, теплопроводность.

Функции триацилглицеролов - запасание энергетических ресурсов, теплоизоляция. Локализация триглицеролов в клетках и тканях животных и растений.

Фосфолипиды - основные липидные компоненты биологических мембран. Строение фосфолипидов и характеристика, входящих в их состав компонентов. Свойства молекул фосфолипида. Конформация молекулы. Взаимодействие с водой. Образование мицелл. Структура главных представителей фосфолипидов - фосфатидилсерина, фосфатидилэтаноламина, фосфатидилхолина, кардиолипина.

Сфингомиелины. Строение. Цереброзиды - сфинголипиды, содержащие остатки углеводов. Их строение и локализация в клетках.

Ганглиозиды - наиболее сложные представители сфинголипидов. Структура ганглиозидов. Характерный структурный компонент гликолипидов - ацетилнейраминовая кислота. Локализация ганглиозидов в мембранах нервных и других клеток.

Строения и свойства биологических мембран. Функции биологических мембран. Полярные липиды и белки - основные компоненты мембран. Жидкостно-мозаичная структура мембран. Периферические и интегральные белки и их функции. Строение мембран эритроцитов.

Стероиды - неомыляемые липиды. Холестерин, холестерол и его эфиры с жирными кислотами. Структура, свойства холестерола. Его локализация в клетке. Производные холестерина - витамины группы Д, стероидные гормоны - половые гормоны и кортикостероиды, желчные кислоты.

МЕТАБОЛИЗМ ЛИПИДОВ

Энергетическая функция липидов. Первый этап в использовании жира как источника энергии - гидролиз триглицеридов под действием липаз. Превращение липазы адипоцитов в активную форму посредством фосфорилирования. Дальнейшая судьба жирных кислот и глицерина.

Механизмы активирования жирных кислот. Роль КоА и АТФ в активировании жирных кислот. Ациладенилаты образуются для активирования карбоксильных групп. Роль карнитина в этом процессе. Последовательность реакций окисления жирных кислот. Дегидрогеназы, участвующие в окислении жирных кислот. Баланс полной реакции окисления пальмитиновой кислоты. Пути использования ацетил-КоА и восстановленных коферментов NADH++ H+ и FADH++ H+.

Локализация синтеза жирных кислот в цитоплазме клетки. Ацетил-КоА - предшественник синтеза жирных кислот и холестерола. Источники ацетил-КоА в митохондриях. Механизм переноса ацетил-КоА через мембрану митохондрий в цитоплазму.

Синтез жирных кислот. Строение мультиферментного ацил-синтетазного комплекса. Характеристика ферментов и коферментов, входящих в состав комплекса. Превращение ацетил-КоА в малонил-КоА. Механизм реакции карбоксилирования. Строение биотинового фермента. Значение реакции карбоксилирования ацетил-КоА. Роль СО2 в реакции.

Инициация реакции синтеза. Роль ацилпереносящего белка (АПБ). Центральная и периферическая SН-группы. Последовательность реакций одного цикла синтеза жирной кислоты NADH+ + H+ участвует в реакциях восстановления при синтезе жирных кислот. Образование жирных кислот с двойными связями. Незаменимые жирные кислоты человека и животных.

Синтез глицеридов. Локализация синтеза триглицеридов в клетке. Активирование глицерина. Активирование жирных кислот. Последовательность реакций синтеза фосфатидной кислоты. Синтез триглицерида. Роль клеток эпителия кишечника в синтезе специфических жиров. Перенос триглицеридов к местам резервирования лимфатической и кровеносной системой, хиломикроны и липопротеины. Жировая ткань. Клетки жировой ткани - адипоциты - хранилища - триацилглицеролов и резерв энергетических ресурсов организма. В растительных клетках - жировые включения.

Синтез фосфолипидов. Синтез фосфатидилсерина. Декарбоксилирование фосфатидилсерина и образование фосфатидилэтаноламина. Синтез фосфатидиохолина. Роль аденозилметионина как донора метильных групп. Ферменты переноса метильных групп. Тетрагидрофолиевая кислота и витамин В12. Роль ЦТФ в активировании холина.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6