Рассмотрение основных химических компонентов клетки, молекулярных основ биокатализа, метаболизма, наследст-венности, иммунитета, нейроэндокринной регуляции и фоторецепции. Структура и свойства важнейших типов биомолекул рассматриваются в связи с их биологической функцией.

Особенности живой материи. Уровни организации живых организмов. Размеры и форма биомолекул. Обмен веществ и энергии в биологических системах. Вода как компонент живой материи. Регуляция и воспроизведение в биологических системах.

I. БИОМОЛЕКУЛЫ

  • I.1.1. Аминокислоты.Физико-химические свойства. Стереохимия. Белковые и непротеиногенные аминокислоты. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Аминокислоты как структурные элементы белков.
  • I.1.2. Пептиды. Структура и свойства. Стереохимия. Определение концевых аминокислотных остатков. Фрагментация пептидных цепей. Химический и ферментативный синтез пептидов. Твердофазный пептидный синтез. Автоматические пептидные синтезаторы. Структурные аналоги природных пептидов.
  • I.1.3. Белки. Молекулярная масса, размер и форма белковых макромолекул. Методы выделения белков. Классификация белков. Четыре уровня организации структуры белков.
  • Первичная структура белков и методы ее определения. Автоматические секвенаторы. Семейства белков и гомология первичной структуры.

    Вторичная структура белков и методы ее определения. Пептидная связь и конформация полипептидной цепи. Основные типы вторичной структуры белков. Роль водородных связей.

    Третичная структура белков. Рентгеноструктурный анализ биополимеров. Глобулярные и фибриллярные белки. Гидрофобные взаимодействия. Денатурация и ренатурация белков как кооперативные процессы. Связь третичной и первичной структур. Структура и функция глобинов. Миоглобин. Гемоглобин. Белки плазмы крови и их использование в медицине.

    Четвертичная структура олигомерных белков. Природа взаимодействий. Стехиометрия. Биологическое значение олигомерных взаимодействий.

    Химическая модификация белков.

    Простые и сложные белки. Апопротеины и простетические группы. Нуклео-, липо-, глико-, хромо-, фосфо-, металлопротеиды. Серповидноклеточная анемия как пример "молекулярной болезни". Химическая сущность мутаций. Наследственные нарушения обмена веществ.

    Функции белков в организме. Ферменты. Гормоны. Транспортные белки. Антитела. Биотоксины. Антибиотики. Ингибиторы и активаторы ферментов. Агонисты и антагонисты рецепторов. Элементы теории фармакокинетики.

  • I.2. Моносахариды - олигосахариды - полисахариды
  • I.2.1.Важнейшие семейства моносахаридов. Стереохимия. Химические реакции. Биологически важные производные моносахаридов.
  • I.2.2. Олигосахариды. Структура и свойства. Важнейшие дисахариды и трисахариды.
  • I.2.3. Полисахариды. Структура, классификация, свойства. Биологическое значение. Резервные и структурные полисахариды.
  • I.3. Нуклеозиды - нуклеотиды - нуклеиновые кислоты.
  • I.3.1. Структуры нуклеозидов. Пиримидиновые и пуриновые основания. Углеводные компоненты. Конфигурация гликозидного центра. Химические реакции.
  • I.3.2. Мононуклеотиды. Структура, номенклатура. Классификация. Стереохимия. Химические свойства. Биологически важные производные мононуклеотидов. Мононуклеотиды как структурные элементы нуклеиновых кислот.
  • I.3.3. Полинуклеотиды и нуклеиновые кислоты. Классификация и номенклатура. Фосфодиэфирная связь. ДНК и РНК. Первичная структура нуклеиновых кислот. Секвенирование. Химические и ферментативные превращения полинуклеотидов. Вторичная структура нуклеиновых кислот, двойная спираль ДНК. Комплементарные и межплоскостные взаимодействия нуклеиновых оснований. Полиморфизм двойной спирали ДНК. Макромолекулярная структура РНК. Структура тРНК.
  • Химический и ферментативный синтез полинуклеотидов. Автоматический твердофазный синтез.

    Функции полинуклеотидов в живых организмах. Нуклеопротеиды. Вирусы и вирусные болезни.

  • I.4. Жиры - фосфолипиды
  • I.4.1. Жиры. Структура, номенклатура и классификация. Нейтральные ацилглицериды. Воска. Стероиды. Терпены. Простагландины. Тромбоксаны.
  • I.4.2. Фосфолипиды. Структура, номенклатура, классификация. Фосфоглицериды. Химические превращения фосфолипидов. Сфинголипиды и гликолипиды. Липидные мицеллы. Липопротеиды. Молекулярные компоненты биомембран и функции биомембран. Клеточные стенки бактерий. Пенициллин и родственные антибиотики.
  • I.5. Витамины и микроэлементы.
  • I.5.1. Витамины. Номенклатура и классификация. Жирорастворимые и водорастворимые витамины. Витамины как компоненты коферментов. Тиамин. Рибофлавин. Никотинамид. Пантотеновая кислота. Пиридоксин и пиридоксальфосфат. Антагонисты пиридоксальфосфат-зависимых ферментов как яды и лекарства. Изоникотинилгидразид в лечении туберкулеза. Биотин. Фолиевая кислота. Липокислота. Кобаламин. Аскорбиновая кислота. Витамины А, Д, Е и К как производные изопрена. Биологическая роль витаминов. Авитаминозы (цынга, рахит, пеллагра, анемии, берибери) и их лечение.
  • I.5.2. Микроэлементы. Роль ионов железа, меди, цинка, марганца и кобальта в биологических процессах. Биохимия и токсикология селена и бора. Молибден, ванадий и никель как компоненты некоторых ферментов. Биологическое значение ионов кальция, хрома, олова и алюминия. Кремний как микроэлемент. Особая роль ионов щелочных металлов в биологических системах.

II. БИОКАТАЛИЗ

  • II.1. Ферменты. Номенклатура, классификация. Белковая природа ферментов. Активный центр. Участок связывания с субстратом. Кофакторы ферментов. Коферменты и простетические группы. Холофермент и апофермент.
  • II.2. Каталитические свойства ферментов. Кинетика реакций ферментативного катализа. Кинетическая схема и уравнение Михаэлиса. Стационарная, предстационарная и релаксационная кинетика. Автокаталитические ферментные процессы. Скорости элементарных стадий. Кинетика инактивации и денатурации ферментов. Элементарные акты ферментативных реакций в рамках теории переходного состояния. Субстратная специфичность ферментов. Конкурентные и неконкурентные ингибиторы. Механизмы ферментативных реакций. Регуляция активности ферментов. Влияние ионов водорода и ионов металлов. рН-Зависимости ферментативных реакций. Зависимость скорости реакций от температуры. Регуляторные ферменты. Аллостерические ферменты и модуляторы. Проферменты. Изоферменты. Мутации и активности ферментов. Молекулярные механизмы действия ферментов. Гидролазы: пепсин, химотрипсин, карбоксилаза, пирофосфатаза. Применение ферментов и их ингибиторов в медицине. Инженерная энзимология. Источники ферментов. Химическая модификация, иммобилизация и стабилизация ферментов, иммобилизованные клетки.

III. МЕТАБОЛИЗМ

  • III.1. Обмен веществ и биоэнергетика. Термодинамическая обеспеченность биопроцессов. Метаболизм как совокупность процессов анаболизма и катаболизма. Источники углерода, кислорода, азота и водорода для жизнедеятельности организмов. Амфиболические процессы. Автотрофы и гетеротрофы. Стадии метаболизма. Неидентичность катаболических и анаболических путей. Уровни регуляции метаболизма. Метод изотопных меток в изучении метаболизма.
  • III.2. Гликолиз и его стадии. Брожение и дыхание. Спиртовое брожение. Другие типы брожения.
  • III.3. Цикл трикарбоновых кислот. Гелоксилатный цикл. Фосфоглюконатный путь. Окислительное фосфорилирование. Причина ядовитости мышьяка. Окисление жирных кислот. Окислительное расщепление аминокислот.
  • III.4. Биосинтез углеводов, липидов, аминокислот, мононуклеотидов. Тимидилат-синтетаза как мишень в химиотерапии рака. Фотосинтез.
  • III.5. Биоэнергетика и роль АТФ. Локализация и свойства АТФ. Стандартная свободная энергия гидролиза АТФ. Аденилатная система. Роль ионов магния. Пути ферментативного переноса фосфатных групп. Роль АТФ и пирофосфата. Механизм окислительного фосфорилирования и фотосинтеза. Элементы термодинамики открытых систем.
  • III.6. Химия биологической фиксации азота атмосферы. Нитрогеназы. Азот-фиксирующие организмы и сельское хозяйство.

IV. БИОПОЛИМЕРЫ И НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ

  • IV.1. Генетическая функция ДНК. Хромосомы. Прокариоты и эукариоты. Репликация ДНК. Ферменты биосинтеза ДНК. Транскрипция: биосинтез РНК на ДНК. Ферменты транскрипции. Регуляция экспрессии генов при инициации транскрипции. Опероны. Операторы. Репрессоры. Активаторы. Трансляция. Генетический код и функции тРНК. Свойства генетического кода. Кодирующие элементы. Состав кодирующих триплетов. Кодон-антикодоновые взаимодействия. Аминоацил-тРНК-синтетазы.
  • IV.2. Рибосомы и биосинтез белков. Структура рибосом. Самосборка рибосом. Этапы биосинтеза белков. Инициация. Элонгация. Терминация. Энергетика биосинтеза белков. Регуляция биосинтеза белков.
  • IV.3. Генная инженерия. Выделение генов и получение кДНК. Полимеразная цепная реакция. Векторы. Молекулярные механизмы мутагенеза. Мутагенез генов и белковая инженерия. Делеции, вставки, инверсии и замены. Генная инженерия и биотехнология. Генно-инженерные интерферон, гормон роста, инсулин. Экологические и этические проблемы генной инженерии. Гены и геномика. Геном человека.

V. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ АСПЕКТЫ ФИЗИОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА

  • V.1. Химия дыхания. Гемоглобин как переносчик кислорода. Взаимодействия субъединиц гемоглобина и кооперативность процесса связывания кислорода. Мутантные гемоглобины и заболевания крови.
  • V.2. Химия иммунитета. Иммунный ответ. Структура антител. Иммуноглобулины. Легкие и тяжелые цепи. Вариабельные и инвариантные участки. Антигены. Комплексы антиген - антитело. В- и Т-лимфоциты. Комплемент и его компоненты. Иммунодефициты. Проблема СПИДа.
  • V.3. Химия нейроэндокринной регуляции. Нейроны. Синапсы. Нейромедиаторы. Ацетилхолин и ацетилхолинэстераза. Ингибиторы ацетилхолинэстеразы. Химия нервной передачи. Нейропаралитические яды. Нейропептиды. Энкефалины. Эндорфины. Опиоидные пептиды. Эндокринные железы и гормоны. Химическая структура гормонов. Стероидные гормоны коры надпочечников и половых желез. Адреналин и норадреналин. Молекулярные действия гормонов. Аденилатциклазная система. Рецепторы.
  • V.4. Химия зрения. Сетчатка и фоторецепторы. Зрительные пигменты. Родопсин. Фотоизомеризация ретиналя. Люмиродопсин и метародопсины. Фотоинициирование нервного импульса.
  • V.5. Химия мышечного сокращения. Миозин. Актин. Актомиозиновый комплекс. АТФ-азная активность миозина. Сопряжение возбуждения и сокращения. Роль ионов магния, кальция и сульфгидрильных групп.
  • V.6. Химия активного трансмембранного переноса. Структура и функции биомембран. Системы активного переноса против градиента концентрации. Роль ионов натрия и калия. АТФ-азная система. Натриевый насос. Активный перенос аминокислот и сахаров.