Кинетика и термодинамика ферментативных реакций

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.Г. БЕЛИНСКОГО



Принято 

на заседании Ученого совета естественно-географического факультета 

протокол заседания совета факультета

№ ___от «___» _________2007 г.

Декан 

факультета _____________Н.А. Кагина



УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

_________________М.А. Пятин

              «___» _________2007 г.





ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ



Кинетика и термодинамика ферментативных реакций





СПЕЦИАЛЬНОСТЬ  020208–«Биохимия»



Факультет             естественно-географический



КАФЕДРА                  биохимии











Пенза – 2007


1. Квалификационные требования



Квалификация выпускника – биохимик.

Нормативный срок освоения основной образовательной программы подготовки биохимика по специальности 020208 Биохимия при очной форме обучения 5 лет.

Квалификационная характеристика выпускника

Специалист-биохимик осуществляет деятельность по изучению строения и свойств химических соединений, входящих в состав живых организмов, метаболизма и его регуляции. Разрабатывает нормативные документы в своей области деятельности, организует и выполняет экспедиционные работы и лабораторные исследования; анализирует получаемую полевую и лабораторную информацию, обобщает и систематизирует результаты выполненных работ, используя современную вычислительную технику; составляет научно-технические отчеты и другую установленную документацию; следит за соблюдением установленных требований, действующих норм, правил и стандартов в области своей деятельности. Проводит экспериментальные исследования в своей области, формулирует их задачу, участвует в разработке и осуществлении новых методических подходов, обсуждении, оценке и публикации результатов, проводит патентную работу, участвует в работе семинаров и конференций, составлении патентных заявок. 

В производственных и медицинских организациях проводит биохимическую аналитическую работу, участвует в диагностике и экспертизе, сертификации продуктов производства. 

Исходя из своих квалификационных возможностей, специалист-биохимик подготовлен к самостоятельной работе на должностях биохимика, врача-лаборанта, биолога, лаборанта-исследователя, инженера-исследователя, научного сотрудника в научно-исследовательских и научно-производственных учреждениях, и других должностях, в соответствии с требованиями Квалификационного справочника должностей руководителей, специалистов и других служащих, утвержденных постановлением Минтруда РФ от 21.08.98 № 37. 

Специалист-биохимик подготовлен к педагогической деятельности на должности преподавателя в средней школе и учреждениях профессионального образования при условии освоения дополнительной образовательной программы психолого-педагогического профиля.

Область профессиональной деятельности.

Исследование строения и физико-химических свойств химических соединений, входящих в состав живых организмов, метаболизма и молекулярных механизмов его регуляции.

Объекты профессиональной деятельности.

Вирусы и микроорганизмы, клеточные органеллы и одиночные клетки, многоклеточные организмы (растения и животные).

Виды профессиональной деятельности.

Проведение научных исследований в области биохимии и молекулярной биологии: сбор и подготовка научных материалов, квалифицированная постановка экспериментов, обработка результатов клинических анализов и экспериментальных исследований. 

Научно-производственная и организационная деятельность; 

Педагогическая деятельность (при условии освоения соответствующей образовательно-профессиональной программы педагогического профиля) преподавание в средней и высшей школе, осуществление просветительской деятельности. 

Иные виды деятельности, позволяющие использовать базовую биологическую подготовку и подготовку по специальности 020208 – Биохимия.


2. Требования ГОС по дисциплине



Законы классической термодинамики в биохимии; теория энергетического сопряжения, богатые энергии соединения; термодинамическое равновесие; методы расчета термодинамических характеристик биохимических реакций; теоретические основы кинетики ферментативных реакций и методы расчета.



3. Цели и задачи дисциплины



Кинетика и термодинамика ферментативных реакций является основой для большинства расчетов, использующихся на биотехнологических, в частности, энзимологических производствах.

Дипломированный специалист-биохимик должен иметь представление о математическом аппарате ферментативной кинетики и владеть методом расчетов основных констант ферментативных реакций, уметь определять тип ингибирования по экспериментальным данным и определять эффективность ингибирования.

Цель курса «Кинетика и термодинамика ферментативных реакций» - показать применение основных физико-химических законов к ферментативным реакциям, ознакомить со способами расчетов, часто встречающихся на практике – в научной и производственной деятельности.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом Высшего профессионального образования для студентов, обучающихся по специальности 020208 – «Биохимия».



4. Место дисциплины в профессиональной подготовке студентов



Курс «кинетики и термодинамики ферментативных реакций» является заключительным курсом в цикле спецдисциплин федерального компонента, посвященных изучению ферментов. Он имеет основополагающее значение, поскольку главным объектом его изучения являются ферменты – катализаторы всего живого, без которых немыслимыми являются все биохимические процессы.



Распределение времени, отведенного на изучение дисциплины по учебному плану



Форма учебной работы

Форма обучения



Очная



По семестрам



9



Общая трудоёмкость, всего часов

80



Аудиторные занятия (АЗ)

36



Лекции (Л)

24



Практические занятия (ПЗ)





Семинары (С)





Лабораторные занятия (ЛЗ)

12



Другие виды аудиторных занятий





Самостоятельная работа (СР)

44



Контрольная работа

+



Компьютерное тестирование





Курсовая работа





Форма итогового контроля 

(зачет, экзамен)

экзамен





Тематические планы для очной формы обучения



№

п/п

Тема

Кол-во часов





Лекц.

Лаб.

Сам.



Общее число часов

24

12

44

		

Введение в кинетику и термодинамику ферментативных реакций. Ранние исследования. История вопроса.

2

2

4

		

Уравнение Михаэлиса-Ментен. Вывод, анализ.

2

1

4

		

Графическое представление ферментативных реакций.

2

1

4

		

Уравнения стационарной скорости.

2

1

4

		

Принцип стационарности. Термодинамические представления.

2

1

4

		

Классификация ингибиторов.

2

1

4

		

Кинетика и термодинамика ингибиторов.

2

1

4

		

Механизмы ферментативного катализа.

2

1

4

		

Уравнения скоростей разных моделей.

2

1

4

		

Влияние рН и температуры.

2

1

4

		

Кинетические модели кооперативности.

4

1

4




Содержание дисциплины



1. Введение

Введение в кинетику и термодинамику ферментативных реакций. Ранние исследования. История вопроса. Законы классической термодинамики в биохимии; теория энергетического сопряжения, богатые энергии соединения.



2. Кинетика и термодинамика ферментативных реакций

Термодинамическое равновесие; методы расчета термодинамических характеристик биохимических реакций; теоретические основы кинетики ферментативных реакций и методы расчета. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Вывод, анализ. Принцип стационарности. Методы определения кинетических параметров. Кинетика двухстадийных ферментативных реакций. Графическое представление ферментативных реакций. Термодинамические методы выведения уравнений стационарной скорости. Метод Кинга-Альтмана. рН-зависимости ферментативных реакций. Температурные эффекты ферментативных реакций. Равновесные концентрации реагентов.



3. Кинетика и термодинамика ингибиторов и активаторов

Классификация ингибиторов. Кинетика и термодинамика ингибиторов. Способы определения типов ингибирование по экспериментальным данным. Равновесные концентрации реагентов. Применение ингибиторов.



4. Механизмы ферментативного катализа

Классификация механизмов и схематическое представление. Уравнения скорости. Изотропный обмен. Индуцированный перенос.



5. Контроль ферментативной активности

Необходимость контроля метаболических процессов. Уравнение Хилла. Уравнение Эдера. Уравнение Полинга. Симметричная модель Моно, Уаймена и Шанже. Кинетические модели кооперативности. Последовательная модель Кошланда.


Список основной литературы



1. Березин И.В., Мартинек К. Основы физической химии ферментативного катализа. - М.: Высшая школа, 1977. - С. 216-225.

2. Ленинджер А. Основы биохимии. - М.: Мир, 1985. - 260 с.

3. Курганов Б.И. Аллостерические ферменты. - М.: Наука, 1978. - С. 11-41.

4. Варфоломеев Р.Д., Зайцев С.В. Кинетические методы в биохимических исследованиях. - М.: МГУ, 1982. - 344 с.

5. Введение в мембранологию: Учеб. пос. / Под ред. А.А. Болдырева. - М.: МГУ, 1990. - 208 с.

6. Современные проблемы биокинетики / Под ред. С.Д. Варфоломеева. - М., 1987.

7. Березин И.В., Клесов А.А. Практический курс химической и ферментативной кинетики. - М., 1980.

8. Березин И.В., Варфоломеев С.Д. Биокинетика. - М., 1979.

9. Полторак С.М., Чухрай Е.С. Физико-химические основы ферментативного катализа. - М., 1971.

10. Лапина Г.П. Элементы кинетики ферментативных реакций. -Тверь: ТвГУ, 1998. - 66 с.



Список дополнительной литературы



1. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии / Пер. с англ.: В 2-х ч. - М., 1989.

2. Варфоломеев С.Д., Зайцев С.В. Кинетические методы в биохимических исследованиях. - М., 1982.

3. Введение в прикладную энзимологию / Под ред. И.В. Березина, К. Мартинека. - М., 1982.

4. Дженкс Б. Катализ в химии и энзимологии. - М., 1972.

5. Корниш-Боуден Э. Основы ферментативной кинетики. - М., 1982

Требования к уровню освоения программы



В результате изучения данной дисциплины студент должен: 

знать математические модели ферментативных реакций. 

уметь определять основные кинетические и термодинамические параметры по экспериментальным данным. 

владеть приемами и навыками работы с ферментами.



Перечень вопросов к экзамену



1. Введение в кинетику ферментативных реакций. 

2. Ранние исследования. 

3. История вопроса. 

4. Кинетика одностадийных ферментативных реакций. 

5. Кинетика двухстадийных ферментативных реакций. 

6. Регуляция ферментативных параметров. 

7. Ингибирование (активация) ферментативных реакций. 

8. Обратимые и необратимые ингибиторы. 

9. Кинетические типы ингибирования (активации). 

10. Методы анализа экспериментальных данных. 

11. Определение кинетических параметров пероксидазы. 

12. Ингибирование субстратом. 

13. рН-зависимости ферментативных реакций. 

14. Температурные эффекты ферментативных реакций.

15. Интегральная форма уравнения Михаэлиса-Ментен.

16. Термодинамика регуляции ферментативной активности.

17. Кинетико-термодинамические подходы к изучению кооперативного связывания.

18. Классификация механизмов ферментативных реакций.

19. Уравнение стационарной скорости.

20. Справедливость допущений принципа стационарности.

21. Выведение уравнения стационарной скорости.

22. Последовательная модель Кошланда.


Сведения о переутверждении программы на 

очередной учебный год и регистрации изменений



Учебный год

Решение кафедры

Внесенные изменения

Номера листов (страниц)







заменен-ных

новых

аннули-рованных

20__/20__

Протокол № ____

от «____»____________20_ г.



Зав. кафедрой ______________











20__/20__

Протокол № ____

от «____»____________20_ г.



Зав. кафедрой ______________











20__/20__

Протокол № ____

от «____»____________20_ г.



Зав. кафедрой ______________














Учебная программа составлена на основании ГОС ВПО 2000 г. для специальности 020208–«Биохимия»



Программу составил:

1. Соловьев В.Б., канд. биол. наук, доцент _________________________

									(подпись)

Настоящая программа не может быть воспроизведена ни в какой форме без предварительного письменного разрешения кафедры-разработчика программы.

Программа одобрена на заседании кафедры биохимии

Протокол № 				от «___» _____________ 200 года

Зав. кафедрой биохимии

д.б.н., профессор Генгин М.Т. ___________________________________

 (подпись)

Программа одобрена учебно-методическим советом Естественно-географического факультета

«_____» _____________ 2007 года



Председатель учебно-методического совета 

Естественно-географического факультета,

к.т.н., доцент		___________________________ О.В. Зорькина

(подпись)

Программа одобрена учебно-методическим управлением университета



«_____» _____________ 2007 года



Начальник учебно-методического

управления университета 		___________________ Г.Н. Шалаева

 (подпись)


ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ



Изменение

Номера листов (стр.)

Всего листов в док.

Номера распорядит. документа

Подпись

Дата

Срок введения

изменений



замен.

новых

аннул.