02.00.10 – биоорганическая химия

Специальность
Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 7 июня 2007 г. № 108
 

Цель и задачи курса

Настоящая программа-минимум по специальности 02.00.10 «Биоорганическая химия»- методический документ, отражающий современное состояние данной отрасли химических наук и включающий её важнейшие разделы, знание которых необходимо высококвалифицированному специалисту

Биоорганическая химия – область химической науки, которая изучает строение, свойства и механизмы функционирования биологически активных органических молекул, в первую очередь, биополимеров и низкомолекулярных биорегуляторов, и выясняет зависимость биологического действия от структуры органического вещества.

Экзаменующийся должен показать высокий уровень теоретической и профессиональной подготовки, знание общих концепций и методологических вопросов биоорганической химии, истории её формирования и развития, глубокое понимание основных разделов биоорганической химии, также умение применять свои знания для решения исследовательских и прикладных задач.

В основу настоящей программы положены важнейшие разделы биоорганической химии: аминокислоты, пептиды  и белки, нуклеозиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты, углеводы и гликоконъюгаты, липиды, биологические мембраны, химические основы иммунологии, низкомолекулярные биорегуляторы, физико-химические методы выделения и исследования биологически активных веществ.

1. Введение

Биоорганическая химия. Предмет, объекты изучения и методы исследования. Биополимеры и низкомолекулярные биорегуляторы. Место биоорганической химии среди химических и биологически наук, ее основные задачи.

2. Аминокислоты, пептиды, белки

Аминокислоты. Номенклатура, строение. Генетически кодируемые аминокислоты. Оптическая изомерия α-аминокислот. Кислотно-основные свойства. Химические свойства. Методы синтеза аминокислот.

Пептиды.  Природа пептидной связи. Гомодетные и гетеродетные пептиды, депсипептиды. Линейные и циклические пептиды. Ионофоры.

Структура и функция биологически активных пептидов. Пептидные гормоны и рилизинг-факторы. Нейропептиды. Представление о пептидах нейротрансмиттерах, нейромодуляторах, коннекторах. Иммуноактивные пептиды. Пептидные токсины и антибиотики. Пептиды как лекарственные средства.

Химический синтез пептидов. Методы защиты функциональных групп. Создание пептидной связи: методы смешанных ангидридов, активированных эфиров, карбодиимидный и карбоксиангидридный методы конденсации. Представление о блочном и ступенчатом синтезе пептидов. Проблема рацемизации. Твердофазный синтез пептидов.

Первичная структура белков. Общая стратегия определения структуры белков. Анализ аминокислотного состава. Определение N- и С-концевых аминокислотных остатков. Фрагментация полипептидной цепи. Ферментативные методы гидролиза. Ограниченный протеолиз. Химические методы расщепления полипептидной цепи по остаткам метионина, триптофана, цистеина и по связям Asn-Gly и Asp-Pro. Последовательная деградация белков по методу Эдмана. Определение аминокислотной последовательности белка с помощью автоматического секвенатора. Анализ расположения сульфгидрильных групп и дисульфидных связей. Использование масс-спектрометрии при определении первичной структуры пептидов. Сложные белки: глико-, липо-, нуклео-, хромо-, фосфо- и металлопротеины.

Химическая модификация белков. Задачи, решаемые c помощью химической модификации. Специфическая модификация a-, e-аминогрупп и a-, b-, g-карбоксильных групп в белках. Модификация остатков гистидина, метионина, тирозина, триптофана, цистеина. Бифункциональные реагенты. Введение флуоресцентных, спиновых и фотоаффинных меток. Методы идентификации модифицированных аминокислотных остатков. Биоспецифическая модификация белков.

Посттрансляционная модификация белков. Ферментативная и неферментативная посттрансляционная модификация белков. Ковалентная посттрансляционная модификация a-амино- и a-карбоксильных групп, функциональных групп боковых цепей. Белки-предшественники и зрелые белки. Роль сигнальных пептидов при сортировке белков. Импорт белков в ядро, митохондрии, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи. Шапероны и шаперонины.

Пространственная структура пептидов и белков. Электронное строение и конфигурация пептидной связи. Типы взаимодействий, определяющие пространственную структуру полипептидов. Связь пространственной структуры белка с последовательностью аминокислотных остатков. Роль молекулярных шаперонов.

Вторичная структура пептидов и белков. a-Спираль, 310-спираль, параллельная и антипараллельная b-структуры, b-изгиб, другие типы регулярных структур полипептидной цепи. Представление об определении вторичной структуры полипептидов методами кругового дихроизма и дисперсии оптического вращения. Сверхвторичная структура белков. Понятие о доменах.

Третичная структура белков. Представление об изучении  пространственного строения пептидов и белков методами рентгеноструктурного анализа и ядерного магнитного резонанса. Денатурация и ренатурация.

Четвертичная структура белков. Примеры субъединичных структур. Методы исследования четвертичной структуры.

Биологическая роль белков. Ферменты. Классификация. Представление о биокатализе. Принципы ферментативной кинетики. Ингибиторы и активаторы ферментов. Факторы, влияющие на ферментативную активность. Понятие об активном центре. Фермент-субстратный комплекс. Функциональные группы активных центров ферментов на примере химотрипсина, лизоцима, карбоксипептидазы А. Причины высокой каталитической активности и механизм действия ферментов.

Белки-гормоны. Механизм действия пептидно-белковых гормонов.

Структура и свойства аденилатциклазной системы. Инсулин, гормоны роста. Гликопротеиновые гормоны аденогипофиза.

Белки системы гемостаза. Система свертывания крови. Интегрины. Антикоагулянты и фибринолитики.

Двигательные и структурные белки. Белки мышц и соединительных тканей. Актомиозиновый комплекс. Тропонины. Белки бактериальной системы подвижности. Флагеллин. Белки цитоскелета. Коллаген, кератин, фиброин.

Рецепторные белки. Бактериородопсин. Зрительный родопсин. Ацетилхолиновый рецептор постсинаптических мембран.

Транспортные белки. АТФазы. Цитохром С, гемоглобин, миоглобин, сывороточный альбумин, специфические глобулины сыворотки.

Белки-токсины микробного и растительного происхождения. Зоотоксины. Нейротоксины как инструменты изучения механизмов нервной проводимости .

3.Нуклеозиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты.

Нуклеозиды и нуклеотиды как компоненты нуклеиновых кислот, их номенклатура, структура, стереохимия, физические и химические свойства, биосинтез. Таутомерные формы азотистых оснований. Минорные компоненты нуклеиновых кислот: Природные модификации пуриновых и пиримидиновых оснований. Химические модификации сахаро-фосфатного остова нуклеиновых кислот; свойства фосфоротиоатных и метилфосфонатных аналогов. Нуклеотиды вне нуклеиновых кислот: аденозинтрифосфат как универсальный аккумулятор энергии в клетке.

Первичная структура нуклеиновых кислот. Межнуклеотидные и N-гликозидные связи, сходство и различие их свойств в составе ДНК и РНК. Полярность межнуклеотидной связи и полинуклеотидной цепи. Определение первичной структуры нуклеиновых кислот. Радиоактивное и нерадиоактивное мечение нуклеиновых кислот. Метод Максама-Гилберта (химическое секвенирование). Метод дидезокситерминаторов Сэнгера (ферментативное секвенирование). Анализ первичной структуры РНК (использование кДНК и прямые методы с применением ферментативной и химической деградации). Нерадиоактивное мечение нуклеиновых кислот. Автоматизация секвенирования.

Вторичная структура нуклеиновых кислот. Рентгеноструктурные исследования ДНК. Правила Чаргаффа. Двойная спираль ДНК по Уотсону и Крику и ее биологическое значение. Основные типы двойных спиралей (правозакрученные А, В и др., левозакрученная Z). Стереохимические характеристики мономеров в составе различных типов двухцепочечных ДНК. Основные характеристики двойных спиралей: шаг спирали, углы спирального вращения, наклона, крена, пропеллер, смещение пар оснований относительно оси спирали, большая и малая бороздки, изгиб. Хугстиновские взаимодействия азотистых оснований; триплексы нуклеиновых кислот и их использование в биологии. Денатурация и ренатурация двойных спиралей. Гиперхромия и гипохромия. Гибридизация. Олиго- и полинуклеотидные зонды как инструмент исследования нуклеиновых кислот.

Сверхспирализация и зацепление ДНК: структурные характеристики и биологическая роль. Особенности пространственной организации ДНК в биологических системах (в вирусах, прокариотических и эукариотических клетках). Понятие о хроматине.

ДНК как носитель генетической информации. Геном. Размеры геномов. Особенности строения геномов вирусов, эубактерий, архей и эукариот. Хромосомы прокариот и эукариот. Уникальные и повторяющиеся последовательности нуклеотидов эукариотического генома, их основные типы. Этапы воспроизведения и реализации генетической информации: репликация, транскрипция, трансляция. Генетический код: основные характеристики. Современное определение гена. Структурный ген:  непрерывность и мозаичность (экзон-интронная структура). Колинеарность последовательностей генов и белков. Открытые рамки считывания (ОРС). Оперон. Перекрывание генов. Мультигенные семейства. Экспрессия генов и уровни ее регуляции.

Основные этапы транскрипции. Необходимость регуляции экспрессии генов на уровне транскрипции. Регуляторные последовательности прокариотических и эукариотических генов. Особенности структуры бактериальных и эукариотических ДНК-зависимых РНК-полимераз; обобщенные схемы промотора и терминатора РНК-полимеразы E.coli; аттенюаторы; оператор; репрессоры и активаторы транскрипции бактериальных генов; регуляция транскрипции бактериальных генов на примере lac-оперона E. coli. Промоторы эукариотических ДНК-зависимых РНК-полимераз. Роль хроматина в регуляции транскрипции у эукариот. Котранскрипционные и посттранскрипционные модификации РНК. Предшественники мРНК и их процессинг: обычный и альтернативный сплайсинг, кэпирование, полиаденилирование, посттранскрипционные модификации нуклеотидов, редактирование мРНК.

Основные этапы трансляции. Прокариотические и эукариотические рибосомы:  структура и функционирование. Рибосомные РНК и белки, тРНК и аминоацил-тРНК-синтетазы. Посттрансляционный процессинг пептидов и белков. Фолдинг белков.

Понятие о генной инженерии. Искусственный синтез нуклеиновых кислот. Основные подходы к химическому замыканию межнуклеотидной связи (фосфодиэфирный, фосфотриэфирный, амидофосфитный, гидрофосфонатный методы). Синтез на полимерном носителе. Цикличность синтеза полимеров как основа для автоматизации. Выделение, очистка и идентификация синтетических олиго- и полинуклеотидов. Полимеразная цепная реакция и другие способы амплификации ДНК и сигналов. Общая схема ПЦР. Критические компоненты реакции. Методы ПЦР. Ферменты, используемые в генной инженерии. Этапы клонирования ДНК. Понятие вектора и его емкости. Плазмидные векторы.

Белковая инженерия. Два основных направления исследований в белковой инженерии: рациональный дизайн и направленная эволюция белковых молекул. Методы направленного мутагенеза. Сплайсинг и транс-сплайсинг белков в лигировании пептидов. Комбинаторные клонотеки последовательностей нуклеотидов. Методы введения случайных мутаций. Методы отбора белков с требуемыми свойствами. Молекулярный дисплей: фаговый, клеточный, рибосомный и мРНК-дисплей. N-Гибридные системы в изучении белков. Исследование белок-белковых взаимодействий с использованием тандемной аффинной очистки и тандемной масс-спектрометрии.

Геномика как новое направление исследований в постгеномную эру. Функциональная геномика. Генетические и физические карты генома. Стратегия секвенирования больших геномов.

Экспрессия генов. Исследование экспрессии генов на уровне транскрипции. Транскриптом и необходимость его изучения. Северный блоттинг. Защита от действия РНКаз. Дифференциальный дисплей (DD). Анализ репрезентативных различий РНК (RDA). Серийный анализ экспрессии генов (SAGE). Супрессорная вычитающая гибридизация. Использование микроматриц и микрочипов нуклеиновых кислот для крупномасштабного профилирования экспрессии генов. Изменение уровней экспрессии генов с использованием нуклеиновых кислот. Антисмысловые РНК и олигонуклеотиды.

4. Углеводы и гликоконъюгаты.

Моносахариды. Определение и номенклатура. Альдозы и кетозы. Линейные и циклические формы моносахаридов. Стереохимия и конформация моносахаридов. Аномерный центр: его стереохимия, особые свойства гидроксильной группы.

Олигосахариды. Определение и номенклатура. Химический и энзиматический синтез олигосахаридов. Методы изучения строения олигосахаридов: химические, физико-химические, энзиматические.

Полисахариды. Определение и номенклатура. Методы изучения строения полисахаридов: химические, физико-химические, энзиматические. Растительные полисахариды: целлюлоза, крахмал. Полисахариды животного происхождения: гликоген, хитин, гликозаминогликаны, гепарин. Биологические функции полисахаридов, Липополисахариды бактерий.

Гликопротеины и протеогликаны. Строение N- и O-углеводных цепей. Биосинтез N-цепей гликопротеинов. Углеводные цепи гликофорина, IgG, овальбумина, a1-кислого гликопротеина, муцинов. Макро- и микрогетерогенность. Рекомбинантные гликопротеины.

Гликозидазы и гликозилтрансферазы. Экзо- и эндогликозидазы. Их использование в изучении структуры и функции углеводов и гликоконъюгатов. Особенности структурной организации гликозилтрансфераз и механизм их действия.

Лектины клеток животных. Рецептор гепатоцитов, галектины, селектины, сиглеки, коллектины. Функции лектинов, углевод-белковое взаимодействие.

5.Липиды.

Строение и классификация липидов. Физико-химические свойства липидов и их биологические функции. Липиды биологических мембран и биоэффекторные липиды.

Методы исследования липидов. Методы выделения и установления строения. Определение абсолютной конфигурации хиральных липидов.

Нейтральные липиды. Углеводороды, воски, триглицериды. Жиры. Функции в организме. Жиры и другие липиды в промышленности. Холестерин, его особая роль в организме. Липопротеины крови, их функции. Липазы и другие гидролазы.

Жирные кислоты. Насыщенные и ненасыщенные кислоты, их биосинтез, метаболизм и биологическая роль. Незаменимые жирные кислоты. Способы осуществления биоэффекторной функции жирных кислот, основные мишени.

Фосфолипиды. Основные и минорные фосфолипиды, их биосинтез и биологическая роль. Фосфолипазы А2, С, D, локализация и регуляция активности.

Гликолипиды. Гликозилдиглицериды, цереброзиды, ганглиозиды. Биосинтез, функции в организме. Ганглиозиды как рецепторы.

Липиды – клеточные биорегуляторы. Фактор активации тромбоцитов, лизофосфатидовая кислота, фосфатидилинозит, церамиды и сфингозинфосфат как биорегуляторы и вторичные посредники, основные мишени.

Оксилипины и окислительный метаболизм полиеновых жирных кислот, основные ферменты. Простагландины и тромбоксаны, лейкотриены, липоксины, гепоксилины. Основные мишени и типы биологической активности. Пероксидное окисление липидов. Продукты неферментативной окислительной трансформации ненасыщенных жирных кислот. Продукты неокислительного метаболизма жирных кислот. Эндоканнабиноиды (анандамид, 2-арахидоноилглицерин), олеамид как биоэффекторные липиды.

Методы синтеза липидов. Полный и частичный химический синтез, ферментативные методы. Модификация липидов с целью получения репортерных веществ, несущих радиоактивные, флуоресцентные, спиновые и фотоаффинные метки.

6. Биологические мембраны.

Молекулярная организация биологических мембран. Модели и основные типы мембран. Липидный бислой и небислойные структуры. Фазовые свойства и микрогетерогенность мембран. Методы изучения мембран: спектральные, микроскопические, ферментативные, химические и др. Компоненты мембран, их роль и взаимозависимость .

Мембранные белки: периферические и интегральные. Родопсины, мембранные ферменты: АТФазы, цитохром Р-450. Липид-белковые взаимодействия. Реконструкция активных мембранных систем.

Мембранный транспорт. Пассивный транспорт; диффузия воды, ионов и низкомолекулярных веществ. Ионофоры и каналообразователи. Активный транспорт, транспортные АТФазы.

Особенности мембран различных клеток. Основные мембранные системы, их функция и специализация. Мембраны растительных клеток; бактериальная стенка. Межклеточные контакты.

Возбудимые и синаптические мембраны. Медиаторы. Нейротоксины - ингибиторы проведения нервного импульса.

Рецепция. Взаимодействие лиганд-рецептор, передача сигнала в клетку. Аденилатциклазная система, фосфоинозитидный цикл. Холинорецепторы. Рецепторы иммунной системы. Запах и вкус.

Искусственные мембранные системы. Мономолекулярные пленки; плоские бислойные мембраны, их получение и методы исследования. Метод "patch clamp" .

Липосомы (везикулы).  Методы их получения и исследования. Встраивание белков  в липосомы. Практическое  применение липосом: доставка лекарств, искусственные вакцины и др.

7. Низкомолекулярные биорегуляторы.

Алкалоиды.

Группа алкалоидов опия. Понятие об опиатных рецепторах и их эндо­генных лигандах. Морфин, кодеин, папаверин. Героин, аналоги морфина (соединение Бентли), налорфин. Рецепторы морфиновых алкалоидов и их природные лиганды: эндорфины, энкефалины и др.

Синтетические анальгетики. Тропановые алкалоиды группы кокаина и атропина.

м-Холиноблокаторы. Обезболивающие и снотворные лекарственные препараты. Наркотики и галлюциногены. Психотропные средства фенотиазиновой группы. Транквилизаторы бензодиазепинового ряда и природные лиганды их рецепторов 3-карболиновые алкалоиды.

Группа эфедрина. Адренергические синапсы и природные адреномиметики. Дофамин, адреналин, норадреналин, синтетические адреноблокаторы, лечение ишемической болезни.

Хинные алкалоиды. Строение и стереохимия. Проблема лечения малярии. Синтетические противомалярийные средства. Артемизинин и другие препараты группы гингхаосу.

Хинидин и алкалоиды группы Раувольфии (резерпин и аймалин). Природные и синтетические средства против аритмии.

Алкалоиды пуринового ряда. Другие стимуляторы сердечной активности. Алкалоиды из безвременника осеннего - колхицин и колхамин - и их использование в селекции растений.

Антибиотики.

Пенициллины, цефалоспорины и родственные антибиотики. Представление о механизме биосинтеза бактериальной клеточной стенки и механизме действия пенициллинов. Представление о механизмах резистентности бактерий к пенициллинам.

Тетрациклины - структура и механизм антимикробного действия. Основные этапы полного синтеза тетрациклина. Механизм биосинтеза тетрациклиновых антибиотиков и их влияние на биосинтез белка.

Антибиотики как инструменты изучения биосинтеза белка: основные этапы этого биосинтеза и связанные с ними антибиотики. Стрептомицин и другие аминогликозидные антибиотики. Пуромицин и механизм "пуромициновой реакции".  Эритромицин и другие макролидные антибиотики.

Хлорамфеникол и его аналоги. Полный синтез хлорамфеникола.

Представление о биосинтезе нуклеиновых кислот и влияющих на него антибиотиках. Актиномицин D, антрациклины, оливо- и хромомицины и ансамакролиды. Их интеркаляция при ДНК-зависимом биосинтезе РНК. Блеомицины, стрептонигрин и митомицины - цитотоксические реагенты, вызываю­щие разрывы и сшивки в цепях ДНК. Нуклеозидные антибиотики и синтетические производные нуклеозидов - ингибиторы вируса герпеса и ВИЧ.

Антибиотики - инструменты изучения ионного транспорта через мембраны. Образование ионных каналов в мембранах (грамицидины, циклодепсипептиды, макротетролиды). Полиеновые макролиды, основные черты строения и образование пор в липидных бислоях с участием стеринов. Другие противогрибные антибиотики.

Витамины

История открытия витаминов и их роль в функционировании организмов человека и животных. Водорастворимые и жирорастворимые витамины. Витамины и коферменты.

Витамин А. Строение, биологическая роль и изомеризация в процес­се функционирования. Каротиноиды как источники. Ретиноевая кислота и ее биологическая роль.

Витамин B1, тиаминмонофосфат и кокарбоксилаза; их роль в декарбоксилировании α-кетокислот, и лечение болезни бери-бери.

Витамин В2 (рибофлавин) и флавиновые коферменты, участие в системах оксидаз и дегидрогеназ.

Витамин В3 (пантотеновая кислота), кофермент А и его биосинтетическая роль.

Витамин В5 (ниацин) и ниацинамид, его коферменты (NAD и NADP) и их роль в составе оксидоредуктаз; биосинтез ниацина.

Витамин В6 (адермин), его формы - пиридоксин, пиридоксаль и пиридоксамин, и коферменты - пиридоксаль-5'-фосфат и пиридоксамин-5'-фосфат; участие в процессах биосинтеза аминокислот и липидов.

Витамин В9 (фолиевая кислота), его коньюгаты с глутаминовой кислотой и тетрагидрофолиевая кислота. Их роль в переносе одноуглеродных радикалов. Лечение анемий и лучевой болезни. Антагонисты фолиевой кислоты (аминоптерин и метотрексат) для лечения лейкозов и лейкемий. Компонент фолиевой кислоты - п-аминобензойная кислота как витамин для микробов. История открытия и применение сульфамидных препаратов как первых химиотерапевтических средств для борьбы с инфекционными заболе­ваниями.

Витамин В12 (оксикобаламин) и его кофермент - кобамамид, их био­логическая роль и применение для борьбы с заболеваниями кроветворной системы.  Близость планарных систем коррина и порфина.

Витамин С (аскорбиновая кислота): строение, реакционная способ­ность, таутомерия и биологическая роль. Методы промышленного получе­ния.

Витамины D и их провитамины. Механизм биосинтеза. Действующие гидроксилированные формы.  Биологическая роль.

Витамины Е (токоферолы) и последствия Е-авитаминоза. Витамин Н (биотин) и «активный карбоксил». Витамины К и нормализация свертывания крови.

Витамины Q (убихиноны) в регуляции транспорта электронов и окислительного фосфорилирования.

Стероиды

Стероиды как тетрациклические тритерпены. Основные этапы их биосинтеза. Холестерин и растительные стерины: структура и биологическая функция

Зоо- и фитоэкдистероиды, гормоны линьки насекомых и их природные аналоги. Брассиностероиды.

Желчные кислоты как природные детергенты. Биосинтез в печени и биологическая роль. Использование в биохимии и биоорганической химии.

Прогестерон: биосинтез и биологическая роль при овариально-менструальном цикле. Синтетические аналоги и контрацептивы.

Половые гормоны: эстрогены и андрогены. Биосинтез и биологическая роль. Особенности структуры и биологической активности эстрогенов (эстрон, эстриол и эстрадиол), связь с активностью фолиевой кислоты и прогестерона. Полный синтез эстрона по Торгову. Синтетические андрогенные препараты, анаболики.

Гормоны коры надпочечников: глюкокортикоиды и минералокортикоиды. Биосинтез основных представителей и биологическое значение. Синтетические аналоги и ингибиторы.

Сердечные гликозиды, стероидные сапонины и алкалоиды. Структура основных представителей и биологическое значение.

Особенности рецепции стероидных гормонов.

Нейромедиаторы и гормоны - производные аминокислот и пептидов. Строение и функциональная роль.  Представление о передаче нервного импульса. Вторичные мессенжеры.

Феромоны и гормоны насекомых, инсектициды. Феромоны и половые аттрактанты насекомых. Исторический очерк. Биологическая роль и применение. Примеры феромонов чешуекрылых. Некоторые пути синтеза. Бомбикол. Ювенильные гормоны насекомых и их роль в онтогенезе. Фосфорорганические инсектициды. Пиретроиды.

Фитогормоны и другие регуляторы развития растений, фунгициды

Основные фитогормоны: индолилуксусная кислота и ее природные аналоги, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота, этилен, брассины и олигосахарины. Особенности их строения и сбалансированного действия на физиологию растений. Другие природные регуляторы развития растений, фитоалексины.

Гербициды регуляторного типа, воздействующие на гормональные функции индолилуксусной кислоты. 2,4,5-Т и проблема суперэкотоксикантов ряда диоксина. Гербициды - ингибиторы фотосинтеза.

Фунгициды. Препараты контактного и системного действия.

Токсины. Токсины земноводных и рыб. Токсины высших растений и насекомых.

Микотоксины. Токсины сине-зеленых водорослей. Использование токсинов в биоорганической химии и нейрофизиологии.

8. Физико-химические методы выделения и исследования биологически активных соединений.

Способы разрушения тканей и клеток. Основные методические приёмы, используемые в процессе выделения биомолекул. Свойства биомолекул, определяющие методы их разделения. Высаливание, диализ, экстракция, ультрафильтрация, центрифугирование, лиофилизация.  

Электрофоретические методы. Электрофорез в гелях. Электрофорез в присутствии ДДС-Na. Изоэлектрическое фокусирование. Двумерный электрофорез. Использование электрофоретических методов для анализа чистоты и изучения физико-химических характеристик биомолекул.

Хроматографические методы. Элементы теории хроматографииВысокоэффективная жидкостная хроматография. Адсорбционная хроматография. Распределительная хроматография. Обратнофазовая хроматография. Ионообменная хроматография. Хроматофокусирование. Гель-проникающая хроматография. Аффинная хроматография.

Масс-спектрометрия. Масс-спектрометрия. Принципиальная блок-схема масс-спектрометра. Ионные источники. Методы ионизации: электронный удар, электронный захват, фотоионизация, полевая ионизация, химическая ионизация, ионизация продуктами радиоактивного распада изотопа калифорния-252, матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация (МАЛДИ), электрораспыление. Общая характеристика и сравнение этих методов. Способы введения исследуемых образцов в масс-спектрометр. Детекция ионов. Обработка и способы представления результатов измерений.

Оптическая спектроскопия. Оптическая спектроскопия. Характерные области поглощения хромофоров биомолекул. Молярный коэффициент поглощения. Типы электронных переходов, встречающиеся в природных соединениях. Природа дисперсии оптического вращения (ДОВ) и кругового дихроизма (КД), принципиальная схема дихрографа. Молярная эллиптичность. Понятие хиральности. Применение спектроскопии КД для исследования структуры полипептидов и белков. Люминесценция: флуоресценция и фосфоресценция. Флуоресценция и тушение флуоресценции ароматических аминокислот, применение для исследования лиганд-белковых комплексов Анизотропия флуоресценции. Фурье ИК спектроскопия и КР спектроскопия (физические основы методов). Основные колебания функциональных групп. Анализ структуры пептидов и белков по ИК и КР спектрам в области основных амидных колебаний.

Рентгеноструктурный анализ биополимеров. Рентгеноструктурный анализ биополимеров. Физические основы метода рентгеноструктурного анализа.

Электронная микроскопия. Электронная микроскопия. Основные методы визуализации биологических объектов в электронной микроскопии. Интерпретация изображений. Изучение белков и нуклеиновых кислот методами электронной микроскопии.

Спектроскопия ЭПР. Спектроскопия ЭПРСпособы введения стабильных иминоксильных радикалов (спиновых меток) в биомолекулы. Исследование пространственной структуры и динамики биомолекул методом спиновых меток. Исследование межмолекулярных взаимодействий методом спиновых меток.

Спектроскопия ЯМР. Спектроскопия ЯМРОсновные параметры спектров ЯМР и их связь с химической и пространственной структурой биомолекул. Двумерная спектроскопия ЯМР, основные двумерные эксперименты COSY, TOCSY, NOESY. Схема отнесения сигналов в двумерных спектрах 1Н-ЯМР. Релаксация ядерной намагниченности. Времена релаксации, функция спектральной плотности. Проявление динамических процессов в спектрах ЯМР. Химический (конформационный) обмен и его регистрация в спектрах ЯМР.

Компьютерное моделирование биомолекул. Компьютерное моделирование биомолекулПрирода сил, стабилизирующих пространственную структуру биополимера (гидрофобные взаимодействия, дисперсионные, диполь-дипольные, заряд-дипольные, электростатические взаимодействия, солевые мостики, водородные связи). Методы получения пространственной структуры на основе  гомологии. Метод молекулярной динамики и основные задачи, решаемые этим методом.

Список рекомендуемой литературы

  1. Ю.А.Овчинников. Биоорганическая химия. М., Просвещение, 1987.
  2. Н.А.Тюкавкина, Ю. И. Бауков. Биоорганическая химия. М., Изд. Дрофа, 2004.
  3. Химия биологически активных природных соединений. Ред. Н.А. Преображенский, Р.П. Евстигнеева. М., Химия, 1976.
  4. Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина. Биологическая химия: Учеб. для студентов хим., биол. и мед. спец. вузов. 3-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2002
  5. А.Ленинжер. Основы биохимии. Т. 1-3. М., Мир, 1985.
  6. D.E. Metzler. Biochemistry. The chemical reactions of living cells. The 2nd edition.
  7. V.1–2. Harcourt/Academic Press, London, 2001.
  8. Общая органическая химия. Т.10. Нуклеиновые кислоты, аминокислоты, пептиды, белки. Ред. Е. Хаслам. М., Химия, 1986.
  9. Белки и петиды. Ред. В.Т. Иванов, В.М. Липкин. М., Наука, 1995.
  10. Х.-Д. Якубке, Х. Ешкайт. Аминокислоты, пептиды, белки. М., Мир, 1985.
  11. В. Зенгер. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. М., Мир, 1987.
  12. Р.П. Евстигнеева, Е.Н. Звонкова, Г.А. Серебренникова, В.И. Швец. Химия липидов. М., Химия, 1983.
  13. А.А. Болдырев, Е.Г. Курелла, Т.Н. Павлова, С.Л. Стволинский, Н.У. Федосова. Биологические мембраны. М., Изд. МГУ, 1992.
  14. Л. Физер, М. Физер. Стероиды. М., Мир, 1964.
  15. Д. Ланчини, Ф. Паренти. Антибиотики. М., Мир, 1985.  
  16. Физико-химические методы исследования биополимеров и  низкомолекулярных биорегуляторов. Ред. В.Т.Иванов. М., Наука, 1992.
  17. Ч.Кантор, П. Шиммел. Биофизическая химия.  Т. 1-2. М., Мир, 1984.
  18. Д. Фрайфелдер. Физическая биохимия: применение физико-химических методов в биохимии и молекулярной биологии. М., Мир, 1980.
  19. Дж. Лакович. Основы флуоресцентной спектроскопии. М., Мир, 1986.
  20. А.Смит. Прикладная ИК-спектроскопия. М., Мир, 1982.
  21. Э.Дероум. Современные методы ЯМР для химических исследований. М., Мир, 1992
  22. Ресурсы Интернет (библиотека сайта www.molbiol.ru)