Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт теоретической и экспериментальной биофизики
Российской академии наук
ИТЭБ (ru) en

1. Цели и задачи.

Целью освоения дисциплин модуля «Биохимия»» являются:
- ознакомление аспирантов с фундаментальными основами классической и современной биохимии,
- формирование систематических знаний по специальности «Биохимия»,
- повышение квалификации аспиранта , как исследователя в области биологических наук,
- подготовка к сдаче кандидатского экзамена по специальности.

Для достижения этих целей ставятся следующие задачи:
- дать представление о структуре и свойствах основных химических компонентов клеток в свете новейших научных достижений;
- познакомить с современными методами биохимических исследований;
- изучить процессы преобразования энергии в биологических системах;
- сформировать понимание биохимических механизмов основных внутриклеточных процессов.
- подготовить аспирантов к самостоятельной работе и применению полученных знаний при осуществлении конкретного исследования;
- научить слушателей анализировать литературные и собственные экспериментальные данные и использовать теоретические знания для формирования новых идей.

2. Место модуля «Биохимия» в структуре образовательной программы аспирантуры.

Дисциплины модуля «Биохимия» составляют вариативную часть программы аспирантуры и их освоение проходит в 3,4 и 5 семестрах после освоения дисциплин базовой части программы. Необходимой базой для успешного изучения дисциплин модуля являются знания по направлению «Биология» в объёме образовательных программ магистратуры и бакалавриата по направлению «Биология» основных образовательных программ высшего образования. Важным моментом для усвоения материала разделов модуля является активная научно-исследовательская работа в научном коллективе.

3. Требования к результатам освоения модуля и компетенции.

 В результате освоения модуля обучающийся должен:

Знать:

  • низкомолекулярные компоненты клетки, биологически важные гетероциклические соединения их структуру, свойства, функции и биологическую роль
  • принципы строения макромолекул. Сахара, аминокислоты, нуклеотиды как мономеры, из которых образуются биополимеры (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты), их основные свойства, функции и биологическую роль.
  • основные концепции ферментативного катализа. Активные и аллостерические центры, коферменты и витамины. Кинетику ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Конкурентное и неконкурентное ингибирование.
  • основные превращения биологически важных соединений в клетке как основу обмена веществ и энергии, знать основные пути метаболизма, механизмы их регуляции Гликолиз, глюконеогенез, Цикл Кребса, окислительное фосфорилирование, световые реакции фотосинтеза, пентозофосфатный путь и цикл Кальвина, метаболизм гликогена и жирных кислот, основы образования и распада аминокислот и нуклеотидов. Иметь представление о преобразовании энергии в биологических системах и об интеграции метаболизма.
  • основы регуляции центральных метаболических путей в тканях животных и человека в норме и при патологии, роль апоптоза, некроза и окислительного стресса в гибели клеток, механизмы действия нейротоксинов и современные способы коррекции метаболических нарушений при многих заболеваниях, в том числе при нейродегенеративных болезнях.
  • молекулярные основы хранения, передачи и реализации генетической информации.

Уметь:

  • обобщать, систематизировать и анализировать усвоенный материал, выявлять взаимосвязь между химическим строением вещества и его биологической функцией.
  • самостоятельно анализировать современные экспериментальные научные данные, использовать теоретические знания для формирования новых идей
  • корректно применять полученные знания в ходе научных исследований в лаборатории

Владеть:

  • навыком самостоятельной освоения биохимической информации, в том числе с использованием современных информационных технологий.

Демонстрировать следующие компетенции:

Организация освоения дисциплин модуля «Биохимия» и используемые образовательные технологии направлены на развитие и закрепление следующих универсальных компетенций:

  • способность к критическому анализу и оценке современных научных достижений, генерированию новых идей при решении исследовательских и практических задач, в том числе в междисциплинарных областях (УК-1);
  • способность проектировать и осуществлять комплексные исследования, в том числе междисциплинарные, на основе целостного системного научного мировоззрения с использованием знаний в области истории и философии науки (УК-2);
  • готовность участвовать в работе российских и международных исследовательских коллективов по решению научных и научно-образовательных задач (УК-3);
  • готовность использовать современные методы и технологии научной коммуникации на государственном и иностранном языках (УК-4);
  • способность планировать и решать задачи собственного профессионального и личностного развития (УК-5);

У выпускника аспирантуры по специальности «Биохимия» вырабатываются следующие общепрофессиональные компетенции:

  • знает и использует в научных исследованиях основные биологические  теории и принципы (ПК-1);
  • знаком с основами математического описания биологических объектов и процессов и их моделированием (ПК-2);
  • имеет представление о молекулярных структурах и физико-химических свойствах низкомолекулярных соединений и биополимеров, входящих в состав биологических объектов (ПК-3);
  • обладает знаниями о механизмах преобразования энергии и веществ в биологических системах (ПК-4)
  • творчески применяет современные методы исследования, демонстрирует ответственность за качество проведенных экспериментов  и научную достоверность результатов (ПК-5);
  • имеет навык применения современных компьютерных технологий при сборе, хранении и анализе биологической информации (ПК-6);
  • профессионально оформляет и докладывает результаты научных исследований, знает правила подготовки научных публикации в отечественных и зарубежных изданиях биологической направленности (ПК-7);

4. Структура модуля и виды учебной работы

Объем учебного времени, необходимого для освоения модуля – 17 зачетных единиц, что составляет 612 учебных часов, в том числе самостоятельная работа в объеме не более 550 часов.

Виды учебной работы: установочные лекции и семинары.

Самостоятельная работа: изучение рекомендованной литературы, подготовка к семинарам, зачету, экзаменам.

Структура модуля

Дисциплины Семестр Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) Форма промежуточн. аттестации (по семестрам)
      Всего Установочные лекции Семинары-коонсультации Сам.работа  
1. Физико-химические основы биохимии 3 108 12 4 92 Диф. зачет
2. Ферментативный катализ 3 72 4 4 64 зачет
3. Молекулярные механизмы биологических процессов, протекающих в клетке 4 108 6 4 92 Диф. зачет
4. Методы биохимии 5 72 4 4 64 Диф.зачет
5. Биомедицинские аспекты биохимии 4 108 12 4 92 зачет
6. Хранение и реализация генетической информации 5 72 4 4 64 зачет
7. Методы генной инженерии и диагностики 5 72 4 4 64 зачет

Формы текущего контроля: устный опрос на семинарах, зачет.

Форма промежуточной аттестации – экзамен в конце семестра.

5. Содержание разделов модуля

1. Физико-химические основы биохимии

№ п/п Содержание Контактные занятия
Установочные лекции Семинары
1 Общая характеристика веществ, входящих в состав живых организмов, их роль и значение. Вода - универсальный растворитель в биологических системах. Основные понятия электрохимии водных растворов. Сильные и слабые кислоты и основания, водородный показатель (pH), буферные растворы 3 1
2 Основы химической кинетики. Закон действующих масс, порядок и молекулярность реакции, константы скоростей химических реакций, факторы, влияющие на скорости и равновесия реакций. 3 1
3 Структура и свойства биологически важных низкомолекулярных соединений. Аминокислоты. Моносахариды. Пуриновые и пиримидиновые основания. Витамины, коферменты и другие биологические активные соединения. Микроэлементы 3 1
4 Структура и свойства важнейших биополимеров. Специфическая роль белковых соединений в живой природе. Нуклеиновые кислоты: строение, функции в живых организмах. Полисахариды. 3 1

2. Ферментативный катализ

№ п/п Содержание Контактные занятия
Установочные лекции Семинары
1 Кинетика ферментативного катализа, основные типы кинетик. Ингибиторы, агонисты и активаторы ферментативных систем. 2  
2 Общие механизмы контроля ферментативных процессов: стехиометрическая и аллостерическая регуляция, химическая модификация, генетический контроль, нейро-эндокринная регуляция.   2
3 Теоретический и экспериментальный анализ кинетики ферментативных процессов. Основы математического описания и моделирования кинетики ферментативых процессов. Экспериментальные подходы. 2 2

3. Молекулярные механизмы биологических процессов, протекающих в клетке

№ п/п Содержание Контактные занятия
Установочные лекции Семинары
1 Центральные метаболические пути. Гликолиз, цикл Кребса, глюконеогенез. пентозофосфатный путь. Понятие о вторичном метаболизме. Окислительное и субстратное фосфорилирование. 2  
2 Роль печени в гомеостазе глюкозы в крови. Метаболизм в мышцах в состоянии покоя и при физической нагрузке. Взаимосвязь углеводного и жирового обмена. Цикл Рэндла. 2  
3 Пути клеточной гибели. Некроз апоптоз, аутофагия. Особенности гибели безъядерных клеток (эритроциты человека). Окислительный стресс, его роль в развитии нейродегенеративных заболеваний (болезнь Альцгеймера)   2
4 Роль аммиака в развитии гепатоэнцефалопатии. Молекулярные механизмы токсического действия аммиака. 2 2

4. Биомедицинские аспекты биохимии

№ п/п Содержание Контактные занятия
Установочные лекции Семинары
1 Патобиохимия гипоксических, ишемических и оксидативных состояний – основа большинства патологических состояний и становления адаптивных реакций. 2  
2 Регуляции кислотно-основного баланса крови и тканей, при патологии и экстремальных нагрузках. 2 2
3 Основы метаболической коррекции сигнальных систем при патологических и инволюционных состояниях (сахарный диабет, метаболический синдром, возрастная инволюция гормональной системы). 2 2

5. Методы биохимии

№ п/п Содержание Контактные занятия
Установочные лекции Семинары
1 Иммуноферментный анализ (ИФА, англ. enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA) для количественного определения ферментов в тканевых образцах. 5  
2
  1. Спектрофотометрические методы (кинетические и фиксированные) для определения активности ферментов и концентрации субстратов в биологических образцах. Особенности приготовления проб из разных тканей.
  2. луориметрические методы для определения активности ферментов и концентрации субстратов в биологических образцах.
  3. Люминесцентные методы.
  4. Количественное определение газов (ионов аммония, кислорода, СО2) при помощи ион-селективных и кислородных электродов.
6 4

6. Хранение и реализация генетической информации

№ п/п Содержание Контактные занятия
Установочные лекции Семинары
1 Введение в молекулярно-генетические основы биологических процессов. 2  
2 Генетика и эпигенетика. 2 2
 3 Молекулярная эволюция.   2

7. Методы генной инженерии

№ п/п Содержание Контактные занятия
Установочные лекции Семинары
1 Введение. Основные направления и методы генетической инженерии. 2  
2 Молекулярно-генетическая диагностика. Основные методы. 2 2
3 Применение генетической инженерии и молекулярно-генетической диагностики в биологических исследованиях.   2

6. Образовательные технологии.

Занятия проходят в основном в виде установочных лекций, на которых обсуждается содержание дисциплин, их значимость и взаимосвязь. Преподаватель обращает внимание аспирантов на подходящие источники информации в литературе и Интернете, рекомендует учебники и монографии по теме разделов модуля «Биохимия». Аспиранты готовят доклады на семинары.

7. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения модуля.

Самостоятельная работа студентов предусматривает изучение рекомендованной основной и дополнительной литературы, конспектов установочных лекций, использование доступа к Интернет-ресурсам и электронным библиотеками, работу в лаборатории и общение с научным руководителем и коллегами.

Оценочные средства для контроля текущей успеваемости включают в себя устный опрос на семинарах по ключевым и трудно усваиваемым темам. Имеется список вопросов, упражнений и задач для контроля усвоения всего материала по каждой дисциплине модуля на зачете.

По итогам освоения модуля согласно учебному плану сдается экзамен по кандидатскому минимуму по специальности Биохимия.

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля.

   1.Основная литература

  1. Ленинджер А. "Основы биохимии", в трех томах. М., Мир. 1985.
  2. Мецлер Д. "Биохимия", в трех томах. М., Мир, 1980.
  3. Харборн Дж. Введение в экологическую биохимию. М: Мир, 1985.
  4. Гудвин Т., Мерсер Т. Введение в биохимию растений, в двух томах. М: Мир, 1986.
  5. Овчинников Ю.А. "Биоорганическая химия". М. Просвещение, 1987.
  6. Коровкин Б.Ф., Березов Т.Т. Биологическая химия. М., Медицина.1998.
  7. Кононский А.И. Биохимия животных. М: Колос, 1992.
  8. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. "Биохимия человека", в двух томах. М: Мир, 1993.
  9. Ленинджер А. "Основы биохимии", в трех томах. Москва. Бином. Лаборатория знаний, 2012. Мир.
  10. Ньюсхолм Э., Старт К. Регуляция метаболизма. М.: Мир, 1977.
  11. Джон Ф., Лейкок Г., Вайс П. Основы эндокринологии. М.: Медицина, 2000.
  12. Геннис Р. Биомембраны. М.: Мир, 1997.
  13. Косенко Е. А. Энергетический обмен в норме и при патологии. Роль возбуждающих нейромедиаторов. Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению «Биология». М.: Ленанд, 2013.
  14. Лукнер М. Вторичный метаболизм у микроорганизмов, растений и животных. «Мир», Москва, 1979

   2.Дополнительная литература

  1. Мусил Я., Новакова О., Кунц К. Современная биохимия в схемах. М: Мир, 1984.
  2. Дэгли С., Николсон Д. Метаболические пути. Мб Мир, 1973.
  3. Диксон М., Уэбб Э. Ферменты, в трех томах. М: Мир, 1984.
  4. Малыгин А.Г. Карта метаболических путей (периодическая). М:Наука, изд-я 1976 и 1998 гг.
  5. Кульберг А.Я. Рецепторы клеточных мембран. М: Высшая школа, 1987.
  6. Альберте Б. Молекулярная биология клетки. Мир, 1986, в пяти томах. Антиоксидантные системы клеток. Роль энергетического обмена в апоптозе. Мир, 1998 "Иммунофармакология".
  7. Кельман Я., Рём К.-Г. "Наглядная биохимия, Мир, 2000.
  8. Патрушев Л.И. Экспрессия генов. М., "Наука", 2000.
  9. Фрайфелдер Д. Физическая биохимия. М., "Мир", 1980.

   3.Интернет-ресурсы

http://en.wikipedia.org/ и/или http://ru.wikipedia.org/

http://themedicalbiochemistrypage.org/ (the School of Medicine, Indiana State University, Terre Haute)

http://www.xumuk.ru/biochem/

http://biochem.science.oregonstate.edu/people/kevin-ahern

http://www.hhmi.org/biointeractive/

9. Материально-техническое обеспечение модуля.

Материально-техническое обеспечение модуля состоит из учебного класса, оснащенного компьютерным проектором. Аспиранты могут пользоваться книжным, журнальным и другими фондами, а также Интернет ресурсами через компьютеры Пущинского филиала научной библиотеки по естественным наукам РАН.

Программа модуля  «Биохимия»  составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО по направлению подготовки «Биологические науки».