Программа элективного курса "Биохимия и основами молекулярной биологии и биотехнологии"
элективный курс по биологии (11 класс) по теме

Лисун Н.М.

Биохимия с основами молекулярной биологии и биотехнологии.

Пояснительная записка

Элективный курс является курсом профильной подготовки, предметно-ориентированным, носит межпредметный характер и сопровождает учебные предметы «химия» и «биология» в общем  образовании школьников.

Данный элективный курс позволяет в доступной форме познакомить учащихся с биохимическими аспектами метаболизма, механизмами передачи наследственной информации и применением в биотехнологических процессах. Поскольку курс является завершающим в системе элективных курсов по естественнонаучному направлению, то позволяет обобщить знания и практические навыки полученные  при изучении химии и биологии в средней школе.

 Объем курса 17 часов (1 час в неделю). Предназначен для изучения в 11-м классе естественнонаучного профиля.

Цель курса является обеспечить углубленное изучение биологической химии, молекулярной биологии и биотехнологии.

В процессе обучения учащиеся должны овладеть:

1. системой знаний об основных понятиях биохимии;
2. приобрести практические навыки проведения биохимического исследования биологических объектов и моделирования биологических процессов, что позволяет осуществлять преемственность содержания данной дисциплины с другими предметами химического и биологического блоков.

В ходе организации занятий рекомендуется использовать коллективные формы, что позволит  осуществить дифференцированный подход к процессу обучения. Большое место в курсе отводится практическим работам, которые направлены на развитие способности исследовать биологические системы, умения устанавливать взаимосвязи строения и функций молекул в клетке.

Содержание программы

Введение. Определение биохимии и история ее развития. Методы биохимических исследований и их характеристика. Молекулярная биология и биотехнология, предмет и задачи. Значение биохимии, молекулярной биологии и биотехнологии для развития биологии, медицины, сельского хозяйства и промышленности.

Белки. Аминокислот ный состав белков.

Структура белковой молекулы. Первичная структура белков. Первичная структура и видо вая специфичность белков (на примере инсулина). Вторичная структура белков. Особенности α-спирали и β-структуры полипеп тидной цепи. Третичная структура белков. Типы связей, обеспечивающих поддержание третичной структуры белковой молекулы. Четвертичная структура белков. Субъединицы (протомеры) и эпимолекулы (мультимеры). Денатурация и ренатурация белков. Понятие о нативном белке.

 Амфотерность и реакционная способность белков. Изоэлектрическое со стояние белковой молекулы. Физико-химические свойства белков.

 Методы выделения белков из биологического материала. Методы фракционирования белков. Способы очистки белковых препаратов от низкомолекулярных примесей.

Номенклатура и классификация белков.

Функции белков в организме (структурная, механохимическая, ката литическая, гормональная, рецепторная, защитная, регуляторная, транспортная, токсическая).

Ферменты. Каталитическая (ферментативная) функция белков. Роль ферментов в явлениях жизнедеятельности. История открытия и изучения ферментов.

Строение ферментов.

Механизм действия ферментов. Зависимость скорости ферментативной реакции от различных факторов: концентрации субстрата и фермента, температуры, рН среды, ионной силы раствора, действия активаторов и ингибиторов, специфичности.

Классификация ферментов, ее принципы и современное со стояние.

Локализация ферментов в клетке.

Методы белковой химии, используемые для выделения и очистки ферментов. Промышленное получение и практическое использование фер ментов.

Нуклеиновые кислоты. История открытия и изучения нуклеиновых кислот. Химиче ский состав нуклеиновых кислот.

Дезоксирибонуклеиновая кислота. Локализация ДНК в клетке. Первичная структура ДНК. Вто ричная структура ДНК (модель Дж. Уотсона и Ф. Крика). Правила Чаргаффа. Виды ДНК. Полиморфизм ДНК. Структура хроматина ядра и хро мосомы. Понятие о сателлитных ДНК. Плавление молекул ДНК.

Рибонуклеиновые кислоты, их классификация (тРНК, рРНК, иРНК, яРНК, вРНК). Сравнительная характеристика видов нук леиновых кислот.

Матричные биосинтезы и основы генной инженерии. Механизм биосинтеза ДНК (репликация).

Регуляция биосинтеза ДНК в клетке. Природа спонтанного и искусственного мутагенеза. Роль ДНК в передаче наследствен ной информации. История развития генной инженерии. Биотехнология рекомбинантных ДНК.

Механизм биосинтеза РНК (транскрипция).

Локализация биосинтеза ДНК и РНК в клетке.

Схема матрич ного биосинтеза белка (трансляция). Активирование аминокислот. Роль рибосом в биосинтезе белка. Генетический код. Регуляция рибосомального биосинтеза белков.

Катаболизм нуклеиновых кислот, белков и обмен нуклеотидов и аминокислот. Пути распада нуклеиновых кислот до свободных нуклеотидов

Обмен нуклеозидфосфатов. Пути их деструкции. Конечные продукты распада пуриновых и пиримидиновых оснований.

Биосинтез пиримидиновых и пуриновых нуклеотидов.

Пути распада белков (экзо- и эндогенный).

Метаболизм аминокислот.

Пути новообразования аминокислот в природе и их соотноше ние у различных классов организмов. Производство синтетических аминокислот. Проблема искусственной (синтетической) пищи.

Обмен углеводов.Пути распада поли- и олигосахаридов (экзо- и эндогенные).

Метаболизм моносахаридов. Обмен глюкозо-6-фосфата (дихотомический и апотомический пути, их соотношение в организ ме). Обмен пировиноградной кислоты. Гликолиз и гликогенолиз. Химизм спиртового) брожения. Окис лительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты при посредстве мультиэнзимного комплекса. Цикл трикарбоновых и дикарбоновых кислот.

Биосинтез углеводов. Механизм первичного биосинтеза угле водов в процессе фотосинтеза и хемосинтеза. Его энергетическое обеспечение.

Обмен липидов. Гидролиз липидов при участии липазы. Обмен глицерина. α и β-окисление высших жирных кислот, их локализация в клетке и соотношение в жи вотном и растительном царстве. Обмен ацетил-КоА. Биосинтез высших жирных кислот. Локализация биосинтеза высших жирных кислот в клетке. Меха низм биосинтеза триглицеридов, роль ацилтрансфераз (моно- и диглицеридтрансацилаз) в этом процессе. Фосфатидные кисло ты — промежуточные продукты в биосинтезе триглицеридов.

Биологическое окисление и энергетический обмен.Определение понятия «биологическое окисление».

Современные представления о механизмах биологического окисления: митохондриальное, микросомальное окисление, пероксидное окисление липидов и короткие пути окисления.

Сопряжение биологического окисления с фосфорилированием. Дыхательная цепь ферментов, осуществляющих сопряжение окисления с фосфорилированием.

Локализация окислительного фосфорилирования в клетке. Регуляция окис лительного фосфорилирования в митохондриях. Разобщение окис ления и фосфорилирования.

Энергетический эффект распада углеводов; сопоставление брожения, гликолиза и дыхания по этому показателю. Энер гетический эффект окисления триглицеридов и других липидов.

Гормоны. История развития учения о гормонах. Определение понятия «гормоны». Номенклатура и классификация гормонов. Биологические функции гормонов и гормоноподобных веществ

Получение и применение гормонов в сельском хозяйстве и медицине.

Взаимосвязь обмена белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов. Общие положения о взаимосвязи обмена веществ в орга низме.

Роль ключевых метаболитов: ацетил-КоА, ПВК, глюкозо-6-фосфата, 3-фосфоглицеринового  альдегида в метаболических процессах.

Обмен веществ как единое целое.

Регуляция процессов жизнедеятельности.Уровни регуляции жизненных процессов в живой природе: метаболитный, оперонный, клеточный, организменный, популяционный.

Тематическое планирование

 Библиографический список

Основная

1. Обмен веществ: Метод. рекомендации для учителей биологии/ Сост. Лисун Н.М. - Челябинск: Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, 2001.
2. Методические рекомендации для учителей биологии и химии по изучению темы «Ферменты»/ Сост. Никонова Н.Ф., Туманова Р.Н. – Челябинск, 1992.
3. Филиппович Ю.Б., Егорова Т.А., Севастьянова Г.А. Практикум по общей биохимии. - М.: Просвещение, 1982.
4. Филиппович Ю.Б., Севастьянова Г.А., Щеголева Л.И. Упражнения и задачи по биологической химии. - М.: Просвещение, 1986.
5. Курилова Т.В., Туманова Р.Н., Соболевская Т.М. Методические рекомендации для  проведения школьных вариантов опытов по теме  "Нуклеиновые кислоты".- Челябинск, 1991.

Дополнительная

6. Филиппович Ю. Б. Основы биохимии. М., Высшая школа, 1985.
7. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина, 1982.
8. Курилова Т.В., Соболевская Т.М., Шибкова Д.З. Механизмы гормональной регуляции метаболизма и физиологических функций. - Челябинск, 1993.
9. Ленинджер А.   Биохимия. - М.: Мир, 1976.
10. Лифшиц Р.И. и др. Методические указания к практическим занятиям по биологической химии. - Челябинск, 1983.
11. Мусил Я. и др. Современная биохимия в схемах. - М.: Мир, 1981.
12. Марри Р. и др. Биохимия человека. - М.: Мир, 1993.
13. Николаев А.Я.  Биологическая химия. - М.: Высш. шк.,  1989.
14. Строев Е.А.  Биологическая химия. - М.: Высш. шк., 1986.