Семинар (1) (Планы семинарских занятий)

ПЛАН СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ(2-й семестр, 3-й курс)В основе семинарских занятий лежит программа по биохимии,составленная профессором кафедры биохимии биологического факультетаМГУ А.Д. Виноградовым, который в течение многих лет читает курсбиохимии для студентов 3-го курса биологического факультета МГУ имениМ.В. Ломоносова.Темы, выделенные серым цветом в тексте, в связи с недостаткомвремени подробно не рассматриваются в рамках данных семинаров, новходят в программу по биохимии.

Эти вопросы либо разбирались ранее врамках практикума, либо подразумевают самостоятельное изучение.Понимание биохимии предполагает знание формул основныхбиохимических соединений и их превращений. Поскольку лучше учитьформулы постепенно, перед началом либо в конце каждого семинара будутпроводиться контрольные работы на знание формул, перечень которыхприводится в конце.Семинар 1.Углеводы.Углеводы:классификация,строение,основныесвойства,биологическая роль.Моносахариды: классификация, строение. Стереохимические свойствауглеводов, L- и D-стереоизомеры.

Оптическая активность моносахаридов.Циклические формы моносахаридов (пиранозные и фуранозные формы) напримере глюкозы и фруктозы; α- и β-формы. Мутаротация, рацемическаясмесь. Конформационные формы глюкопиранозы («лодка» и «кресло»).Реакционная способность моносахаридов и их химические свойства;восстанавливающие свойства моносахаридов. Окисление моносахаридов докислот: альдоновые, уроновые и альдаровые кислоты. Восстановлениемоносахаридов до многоатомных спиртов (сорбит, маннит, инозит).Важнейшие представители моносахаридов, их свойства и биологическаяроль: триозы (глицеральдегид и гидроксиацетон), тетрозы (эритроза, треоза),пентозы (рибоза, рибулоза, ксилулоза) и их дезоксипроизводные(дезоксирибоза); гексозы (глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза); гептозы(седогептулоза); глюкозамины, маннозамины, галактозамины и их Nацетилпроизводные; мурамовая и N-ацетилмурамовая кислоты; Nацетилнейраминовая (сиаловая) кислота.Гликозиды и агликаны.

О- и N-гликозидные связи, их свойства ибиологическое значение.Дисахариды (мальтоза, изомальтоза, сахароза, лактоза и целлобиоза):строение, свойства, биологическая роль.Олигосахариды.Полисахариды: способы классификации, химическое строение,свойства и биологическая роль.

Гомополисахариды: гликоген, крахмал,целлюлоза, хитин - общие и специфические свойства, биологическая роль.Представления о первичной, вторичной и более высоких уровняхорганизации полисахаридов. Гетерополисахариды (гиалуроновая кислота игепарин): строение, биологическая роль.Гликопротеины, протеогликаны: структура, биологическое значение.Гликолипиды, сульфополисахариды: строение, биологическая роль,примеры.Метаболизм углеводов.Переваривание углеводов в желудочно-кишечном тракте. Ферменты,участвующие в переваривании углеводов.

Роль НСl в процессепереваривания углеводов. Пути всасывания углеводов: активный транспорт,диффузия по градиенту концентраций. Нарушения переваривания ивсасывания углеводов.Поглощение глюкозы клетками (инсулин-зависимое и инсулиннезависимое), белки-транспортеры глюкозы.Гликолиз. Общая характеристика гликолиза и его две стадии:подготовительная и окислительно-восстановительная. Последовательностьреакций гликолиза и ферменты, их катализирующие (общая схемагликолиза).

Первая стадия гликолиза: общая характеристика. 1)Фосфорилирование глюкозы: гексокиназная реакция и её механизм,изоформы фермента в мышцах и печени (сходство и различие, регуляция,значение существования изоформ). 2) Глюкозо-6-фосфатизомеразнаяреакция, её значение. 3) Фосфорилирование фруктозо-6-фосфата:фосфофруктокиназная реакция и её механизм, основные свойства ирегуляция фермента.

4) Образование триозофосфатов: реакция альдольногорасщепления, изоформы фермента. 5) Изомеризация триозофосфатов,основные свойства фермента. Пути превращения дигидроксиацетонфосфата.Вовлечение гликогена и различных гексоз в первую стадию гликолиза.Образование фосфорных производных моносахаридов как первый этап ихпревращения: галактозы в глюкозо-1-фосфат, маннозы и фруктозы вофруктозо-6-фосфат, фруктозы во фруктозо-1-фосфат (в печени, в мышцах ипочках); ферменты, участвующие в образовании фосфорных производныхмоносахаров.Дальнейшеевовлечениефосфорныхпроизводныхмоносахаридов в гликолиз.Семинар 2.(продолжение)Вторая стадия гликолиза: общая характеристика.

1) Реакциягликолитическойоксидоредукции.Строениеактивногоцентраглицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (ГАФД) и механизм катализируемойферментом реакции, NAD+ как кофактор реакции; основные свойствафермента, его ингибирование, функции фермента вне гликолиза. 2) Перваяреакциясубстратногофосфорилирования;основныесвойствафосфоглицераткиназы; сопряжение реакций, катализируемых ГАФД ифосфоглицераткиназой(теорияметаболонов).3)Механизмфосфоглицератмутазной реакции и основные свойства фермента; 2,3-бисфосфоглицериновая кислота как кофермент реакции, его образование;гликолитический шунт. 4) Образование фосфоенолпирувата (ФЕП) каксоединения с высоким потенциалом переноса фосфорильной группы.

5)Вторая реакция субстратного фосфорилирования; механизм реакции,основные свойства и регуляция активности пируваткиназы, изоформыфермента.Дальнейшая судьба пирувата (образование лактата в анаэробныхусловиях, спиртовое брожение, образование ацетил-СоА, образованиеглюкозы). Лактатдегидрогеназная реакция: реокисление NADH внемитохондрий, основные свойства фермента и его изоформы. Ацидоз.Гликолитическая оксидоредукция (реакции, катализируемые ГАФД илактатдегидрогеназой).Полный стехиометрический баланс гликолиза в анаэробных иаэробных условиях.Обратимые и необратимые реакции гликолиза. Биологическая рольнеобратимых реакций гликолиза.

Образования АТР в ходе гликолиза.Глюконеогенезобразованиеглюкозыизнеуглеводныхпредшественников. Образование глюкозы из лактата: общая схемаглюконеогенеза. Обходные пути необратимых реакций гликолиза приобразовании глюкозы: 1) Образование ФЕП из пирувата через оксалоацетат.Образование оксалоацетата в митохондриях: пируваткарбоксилазная реакция(механизм, основные свойства фермента); биотин как кофермент реакциикарбоксилирования. Челночный механизм переноса оксалоацетата измитохондрий в цитоплазму (дикарбоксилатная транспортная система).Декарбоксилирование оксалоацетата в цитоплазме с образованием ФЕП какпримерметаллзависимогодекарбоксилирования;фосфоенолпируваткарбоксикиназа.

2) Образование фруктозо-6-фосфата изфруктозо-1,6-бис-фосфата; фруктозо-1,6-бис-фосфатаза. 3) Образованиеглюкозы из глюкозо-6-фосфата в печени; глюкозо-6-фосфатаза.Общая схема глюконеогенеза. Стехиометрическое уравнение синтезаглюкозы из пирувата и/или молочной кислоты.Цикл Кори (цикл молочной кислоты) - образование в печени и почкахглюкозы из молочной кислоты; его биологическое значение. Глюкогенныеаминокислоты как источник пирувата - глюкозо-аланиновый цикл.Взаимосвязь гликолиза и глюконеогенеза с другими метаболическимипутями.Гликогенолиз - анаэробный распад гликогена.

1) Фосфоролизгликогена; гликогенфосфорилаза: механизм реакции, основные свойствафермента и способы его регуляции в печени и в скелетных мышцах;фосфорилирование гликогенфосфорилазы – формы «a» и «b», ихвзаимопревращение; аллостерическая регуляция фермента АМР и ионамиСа2+ в мышцах и глюкозой в печени. 2) Деветвящий фермент икатализируемые им глюкантрансферазная и α-1,6-глюкозидазная реакции. 3)Фосфоглюкомутаза: механизм катализируемой реакции, глюкозо-1,6-бисфосфат как кофермент реакции. Физиологическая роль расщеплениягликогена в печени и других тканях.

Стехиометрическое уравнениегликогенолиза. Сравнение энергетической эффективности гликогенолиза игликолиза.Синтез гликогена. Активация глюкозы с образованием UDP-глюкозы;глюкозо-1,6-бис-фосфаткаккоферментглюкозо-1-фосфатуридилтрансферазной реакции. Гликогенсинтаза: катализируемая реакция,основные свойства фермента, регуляция путем фосфорилирования. Рольгликогенина в синтезе гликогена. Ветвление гликогена: образование α-1,6гликозидных связей, биологический смысл ветвления.Гормональная регуляция синтеза и распада гликогена.

Гормоны какпервичные мессенджеры. Адреналин (в мышцах и печени): химическаяприрода, синтез, физиологическая роль. Строение рецепторов. G-белки:строение, биологическая роль, механизм действия. Аденилатциклаза (АЦ);образование сАМР и его биологическая роль как вторичного мессенджера;фосфодиэстераза (ФДЭ): биологическая роль, многообразие форм и способоврегуляции.сАМР-зависимаяпротеинкиназа(ПКА):строение,аллостерическая регуляция, биологическая роль.

Киназа фосфорилазы:строение, двойная регуляция фермента (с помощью фосфорилирования иионами Са2+), активация гликогенфосфорилазы «b» и ингибированиегликогенсинтазы. Понятия реципрокной регуляции и регуляторного каскада,их биологическое значение. Глюкагон (в печени и адипоцитах): химическаяприрода, синтез, физиологическая роль. Два регуляторных каскада,запускаемых глюкагоном в печени: сАМР-зависимый и через фруктозо-2,6бис-фосфат. Фосфофруктокиназа-2 - как пример бифункциональногофермента, обладающего киназной и фосфатазной активностями: строение,регуляция, биологическая роль. Различия в конечном ответе нагормональный сигнал в мышцах и печени.

Инсулин: химическая природа,синтез и биологическая роль. Рецепторы инсулина: строение,аутофосфорилирование и механизм передачи гормонального сигнала.Семинар 3.(продолжение)Пути образования и превращений глюкозо-6-фосфата. Глюкозо-6фосфат как центр пересечения путей превращения углеводов.Пентозофосфатный путь превращения глюкозы (прямое окислениеглюкозы):биологическаяроль,стадии.Окислительнаястадия:последовательностьхимическихреакций,суммарноеуравнение.Неокислительная стадия: биологическое значение, последовательностьреакций. Трансальдолазы и транскетолазы. Общая схема пентозофосфатногопути, связь с гликолизом и другими метаболическими путями.Стехиометрическоеуравнениепентозофосфатногопути.Рольпентозофосфатного пути в эритроцитах.Спиртовоеброжениеиегобиологическоезначение.Пируватдекарбоксилаза дрожжей и микроорганизмов; механизм реакциинеокислительного декарбоксилирования.