3675
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
М.А. Патова
БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим занятиям
(включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению курсовых работ)
по дисциплине «Биохимия, биофизика и физико-химические основы жизнедеятельности»
для обучающихся по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование
профиль Природопользование
Нижний Новгород
2016
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
М.А. Патова
БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим занятиям
(включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению курсовых работ)
по дисциплине «Биохимия, биофизика и физико-химические основы жизнедеятельности»
для обучающихся по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование
профиль Природопользование
Нижний Новгород
2016
2
УДК 577 (075.8)
М.А. Патова / Биохимия, биофизика и физико-химические основы жизнедеятельности [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / М.А. Патова; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун-т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – __ с.– 1 электрон. опт. диск (CD-RW).
В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Биохимия, биофизика и физикохимические основы жизнедеятельности» даются рекомендации обучающимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в усвоении лекций, в подготовке к практическим занятиям, а также в написании курсовой работы.
© |
М.А. Патова, 2016 |
© |
ННГАСУ, 2016 |
3
Содержание
1. |
Общие положения .......................................................................................................................... |
|
5 |
|
|
1.1 |
Цели изучения дисциплины и результаты обучения ........................................................... |
5 |
|
|
1.2 |
Содержание дисциплины........................................................................................................ |
|
5 |
|
1.3 |
Порядок освоения материала...................................... |
Ошибка! Закладка не определена. |
|
2. |
Методические указания по подготовке к лекциям...................................................................... |
|
6 |
|
|
2.1 |
Общие рекомендации по работе на лекциях......................................................................... |
|
6 |
|
2.2 |
Общие рекомендации при работе с конспектом лекций...................................................... |
6 |
|
|
2.3 |
Общие рекомендации по изучению материала лекций ....................................................... |
6 |
|
3. |
Методические указания по подготовке к практическим занятиям ......................................... |
12 |
||
|
3.1 |
Общие рекомендации по подготовке к практическим занятиям ...................................... |
12 |
|
|
3.2 |
Примеры задач для практических занятий.......................................................................... |
|
13 |
4. |
Методические указания по организации самостоятельной работы ........................................ |
16 |
||
|
4.1 |
Общие рекомендации для самостоятельной работы.......................................................... |
|
16 |
|
4.2. Рекомендации для выполнения курсовой работы……………………………………….17. |
|
||
|
4.3 |
Темы для курсовой работы …………………………………………………………………18 |
|
|
|
4.4. Примеры фрагментов текстов докладов для защиты курсовой работы.......................... |
18 |
||
|
4.5 |
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы.......................................... |
22 |
4
1. Общие положения
1.1Цели изучения дисциплины и результаты обучения
Целями освоения учебной дисциплины Биохимия, биофизика и физико-химические основы жизнедеятельности являются:
-формирование системы знаний о динамических процессах в организмах и механизмах ответа организма на техногенные воздействия и загрязнение окружающей среды, физико-химических основах жизнедеятельности организма,
-знакомство с методами биохимического анализа, оценки воздействия физических и химических факторов на организм;
-формирование у студентов навыков планирования научно-исследовательской деятельности, интерпретации полученных результатов.
В процессе освоения дисциплины студент должен
Знать:
-принципы самоорганизации, актуализации, выбора;
-особенности динамических процессов в организмах и механизмы ответа организма на техногенные воздействия и загрязнение окружающей среды;
-знать о гомеостазе и механизмах ответа организма на техногенное загрязнение окружающей среды, об особенностях биохимических превращений, а также связях гомеостаза клеток, тканей и органов со средой обитания;
− понимать биохимическую и биофизическую сущность организации биологических объектов.
Уметь:
-планировать и организовывать работу по самоомообразованию;
-выбирать методику научного исследования планировать эксперимент;
-обосновывать выбор методики биохимических и биофизических исследований, планировать проведение учебных научных исследований, интепретировать полученные результаты;
-анализировать последствия воздействия химических и физических факторов на живые организ-
мы;
-обобщать и систематизировать многообразие метаболических связей в организме.
Владеть:
-навыками самоорганизации для выполнения учебно-исследовательской работы студента;
-методами биохимического анализа, оценки воздействия физических и химических факторов на организм.
Данная дисциплина предоставляет студентам возможности подготовки к решению профессиональных задач в области научно-исследовательской деятельности (проведение лабораторных исследований, осуществление сбора и обработки материала), призвана развить способности к самореализации и самообразованию в соответствии с требованиями стандарта.
1.2 Содержание дисциплины
5
Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:
Раздел 1. Особенности организации метаболизма и влияния экологических факторов на метаболизм живых организмов.
Раздел 2. Физико-химические свойства и обмен белков. Влияние экологических факторов на процесс катализа. Нуклеиновые кислоты. Воздействие мутагенных факторов на ДНК. Биосинтез белков.
Раздел 3. Обмен углеводов. Физико-химические свойства углеводов. Фотосинтез. Космическая роль зеленых растений на Земле.
Раздел 4. Липиды. Витамины. Гормоны. Роль липидов, витаминов, гормонов в в жизнедеятельности организма.
Раздел 5. Биофизика мембран. Биологические мембраны. Биохимия и биофизика транспорта веществ через биологические мембраны.
Раздел 6. Биофизика сложных систем.
Раздел 7. Информация и принципы регуляции в биологических системах.Информация и информационные потоки в живых системах.
Раздел 8. Биосфера и физические поля. Человек и физические поля окружающего мира. Воздействие магнитных и электрических полей на организмы. Собственные поля организма человека. Механизмы повреждения клеток, тканей и органов. Методы контроля и мероприятия по снижению воздействия.
6
2. Методические указания по подготовке к лекциям
2.1Общие рекомендации по работе на лекциях
Цель лекционного курса дисциплины Биохимия, биофизика и физико-химические основы жизнедеятельности - формирование основы для последующего усвоения учебного материала. Назначение лекции состоит в том, чтобы доходчиво изложить основные положения изучаемой дисциплины, ориентировать на наиболее важные вопросы учебной дисциплины и оказать помощь в овладении необходимых знаний и применения их на практике.
Личное общение на лекции преподавателя со студентами предоставляет большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей.
При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презентаций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий.
2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций
Входе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Конспект помогает внимательно слушать, лучше запоминать в процессе осмысленного записывания, обеспечивает наличие опорных материалов при подготовке к семинару, зачету, экзамену.
Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений.
Вслучае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает в большинстве случаев неусвоенность материала дисциплины.
2.3Общие рекомендации по изучению материала лекций
Биохимия - наука о химической организации живого вещества и превращениях веществ и энергии, которые лежат в основе жизнедеятельности организма. Как самостоятельная дисциплина оформилась во второй половине XIX века. Особенно бурный процесс развития биохимии характерен для последних десятилетий. Этому способствовало прогрессирующее применение в исследованиях физикохимических методов. Исключительную роль в расширении возможностей научного поиска в биохимии сыграло внедрение в практику рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии, газовой, жидкостной, гелевой и капиллярной хроматографии, метода меченых атомов, инфракрасной и ультрафиолетовой спектрофотометрии, флуоресцентного и полярографического анализа, электрофореза, метода молекулярных сит, масспекрометрии, разделения веществ в гравитационном поле ультрацентрифугированием, методов дисперсии магнитооптического вращения, электронного парамагнитного резонанса, ядерного магнитного резонанса и др. Характерной чертой современного этапа является широкое применение скоростных методов анализ в сочетании с автоматическим контролем.
Современная биохимия распадается на ряд отделов, каждый из которых имеет самостоятельное значение. В зависимости от подхода к изучению живой материи, биохимия делится на:
7
-статическую(занимается изучением химического состава живых организмов);
-динамическую (изучает превращения веществ и энергии в процессе жизнедеятельности);
-функциональную (выясняет связи между строением химических соединений и процессами их видоизменения с одной стороны, и функцией субклеточных частиц специализированных клеток, тканей и органов, включающих упомянутые вещества, с другой).
В зависимости от объекта или направления исследований, выделяют общую биохимию, биоорганическую химию, бионеорганическую химию, биохимию животных, растений, микроорганизмов, медицинскую биохимию, ветеринарную, техническую, сравнительную, радиационную, космическую и др.
Вначале изучения курса целесообразно повторить изученный ранее в школе материал по органической химии, систематике и классификации органических веществ.
Раздел 1. Особенности организации метаболизма
История возникновения биохимии и биофизики, цели, задачи и место предмета. Междисциплинарное положение предмета, связь с химией, физикой, математикой, основами безопасности жизнедеятельности. Строение растительной, животной и прокариотической клетки. Гомеостаз. Общность метаболизма. Особенности метаболических реакций у различных таксономических групп. Роль биологических мембран и их активности для клеточного дыхания.
Метаболизм. Анаболизм и катаболизм, пластический и энергетический обмен, ассимиляция и диссимиляция. Химический состав организмов. Функции воды и минеральных солей.
Контрольные вопросы к разделу 1
1.Что такое органические вещества?
2.Какие элементы являются органогенами?
3.Какие органоиды ответственны за фотосинтез и синтез АТФ?
4.В чем заключаются функции воды в клетке?
5.Какое химическое соединение играет наиболее важную роль в поддержании осмотического давления в клетке?
Раздел 2. Обмен белков. Белки. Аминокислотный состав белков. Физико-химические свойства аминокислот и белков. Номенклатура и роль в организме аминокислот. Изоэлектическая точка, оптические свойства, качественные реакции амнокислот.
Строение белковой молекулы (первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура). Классификация белков. Изоэлектическая точка белков, оптические свойства, качественные реакции Денатурация белка под воздействием физических и химических факторов. Ферменты. Константа Михаэлиса. Скорость ферментативной реакции. Реакционный центр. Простетические группы. Влияние экологических факторов на процесс катализа. Классификация ферментов. Детоксикация организма.
Контрольные вопросы к разделу 2
1.Что такое аминогруппа?
2.Что такое карбоксильная группа?
3.Почему аминокислоты проявляют амфотерные свойства?
4.Какие вещества называют оптическими изомерами?
5.Что такое нуклеопротеиды, липопротеиды, фосфопротеиды, гликопротеиды?
8
6.Расскажите об особенностях кинетики ферментативных реакций.
7.Что такое денатурация белка? Под воздействием каких физических и химических факторов она происходит?
8.Чем объясняется многообразие белков и их специфичность?
Раздел 3. Нуклеиновые кислоты. Биосинтез ДНК. Воздействие мутагенных факторов на ДНК. Кодирование и регуляция биосинтеза белка. Биосинтез белков и аминокислот в промышленности, воздействие на окружающую среду производства.
Контрольные вопросы к разделу 3
1.Что означает название «нуклеиновые кислоты»?
2.Из чего состоит нуклеотид ДНК? Нуклеотид РНК?
3.Какова роль ДНК в биосинтезе белка?
4.Каким образом переходит передача (транскрипция) информации с ДНК на РНК?
5.Где образуется и какие функции выполняет тРНК?
6.Какой процесс называется трансляцией?
7.Почему синтез белка в живой клетке называют матричным?
Раздел 4. Обмен углеводов
Физико-химические свойства углеводов. Строение и свойства углеводов. Классификация углеводов (моно-, ди-, полисахариды). Фотосинтез. Световая и темновая фазы фотосинтеза. Роль АТФ в процессе фотосинтеза. Энергетический баланс световой и темновой фаз фтосинтеза. Цикл фиксации углерода. Космическая роль зеленых растений на Земле. Пути повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. Расщепление углеводов. Регуляция энергетического обмена.
Контрольные вопросы к разделу 4
1.Почему именно соединения углерода так широко распространены в природе?
2.Сформулируйте закон сохранения энергии.
3.Что является главным источником энергии на Земле?
4.Что такое энергетические уровни в цепи питания?
5.В чем заключается космическая роль зеленых растений на Земле?
6.Каково значение АТФ в жизнедеятельности клетки?
7.Каково строение АТФ, АМФ, АДФ?
8.Какие запасные углеводы имеются растительных и животных клетках?
9.Биохимия аэробного и анаэробного процессов очистки сточных вод.
Раздел 5. Липиды. Витамины. Гормоны. и их роль в обмене веществ.
Физико-химические свойства липидов. Классификация и свойства липидов. Классификация жирных кислот и их свойства. Нарушение обмена веществ. Качественные и количественные реакции. Роль витаминов в жизнедеятельности организма. Жирорастворимые и водорастворимые витамины. Гормоны и их роль в обмене веществ.
Контрольные вопросы к разделу 5
1. Как связано химическое строение и физико-химические свойства липидов?
9
2.Почему жиры являются наиболее эффективным источником энергии в клетке?
3.Каковы конечные продукты диссимиляции липидов в организме?
4.Каково значение различных витаминов для организма?
5.В каких случаях применяют синтетические витамины?
6.Какой витамин связан с белковым обменом?
7.Какие витамины относятся к антиоксидантам?
Раздел 6. Биофизика мембран.
Биологические мембраны. Функции, структура, динамика. Транспорт веществ через биологические мембраны. Биохимия и биофизика транспорта веществ через биологические мембраны. Активный, пассивный транспорт, облегченная диффузия. Переносчики. Работа ферментативных систем. Н- АТФаза, Са-АТФ-аза и пр. Биоэлектрические потенциалы. Механизмы генерации потенциала действия.
Контрольные вопросы к разделу 6
1. Как осуществляется активный транспорт веществ через мембрану Н+- АТФазы, Na+- К+- АТФазы, Са2+- АТФазы?
2.Расскажите об особенностях биологических мембран, строении, свойствах и функциях?
3.Какие молекулы переносчики вам известны?
4.Что такое биоэлектрический потенциал и какова его роль в жизнедеятельности клетки?
5.Приведите примеры веществ, попадание в клетку которых осуществляется с помощью активного, пассивного транспорта, облегченной диффузии?
1.6. В чем заключается влияние токсикантов на проницаемость клеточных мембран.
Раздел 7. Биофизика сложных систем. Информация и принципы регуляции в биологических
системах.
Методы моделирования биологических процессов. Основные этапы моделирования. Математические модели роста численности популяции. Модель «хищник-жертва». Кибернетические системы и их свойства. Принцип автоматической регуляции в живых системах. Информация и информационные потоки в живых системах.
Контрольные вопросы к разделу 7 1.Какие методы моделирования биологических процессов вам известны?
2.Каким образом действует обратная отрицательная связь в модели «хищник-жертва»? Какая связь регулирует отношения в система «трава - травоядное животное»?
3.В чем заключается принцип автоматической регуляции в живых системах?
Раздел 8. Биосфера и физические поля.
Человек и физические поля окружающего мира. Воздействие магнитных и электрических полей на организмы. Собственные поля организма человека. Механизмы повреждения клеток, тканей и органов. Методы контроля и мероприятия по снижению воздействия.
Контрольные вопросы к разделу 8
1.Какие физические факторы могут воздействовать на организм? Все ли из них нормируются? 2. Приведите примеры стимулирующего воздействия физических факторов на организм.
10