Учебное пособие: Биология

АНАМНИИ И АМНИОТЫ. Морфо-физиологические и экологические различия          анамний и амниот. Формирование амниот: изменение эмбрионального развития, появление новых зародышевых оболочек. Главнейшие характерные черты взрослых животных. Кератинизация покровов.

Класс ПРЕСМЫКАЮЩИЕСЯ (РЕПТИЛИИ). Морфологическая и биологическая характеристика рептилий. Форма тела. Покровы. Движение. Скелет. Органы пищеварения и питание, ядовитый аппарат.. Органы дыхания и газообмен. Кровеносная система и кровообращение. Органы выделения и водно-солевой обмен. Половая система и особенности размножения. Центральная нервная система и органы чувств. Элементы терморегуляции.. Поведение. Образ жизни. Приспособления к различным условиям существования. Географическое распространение. Экономическое значение. Система. Подкласс АНАПСИДА, отряд черепахи. Морфологическая характеристика черепах, главные представители. Биология черепах. Подкласс ЛЕПИДОЗАВРЫ. отряд клювоголовые. Гаттерия. Примитивные черты ее организации. Биология. Реликтовый характер распространения. Отряд чешуйчатые. Морфобиологическая характеристика чешуйчатых как наиболее прогрессивной и процветающей группы современных рептилий. Ящерицы, змеи, хамелеоны. Главнейшие представители и их биология. Подкласс АРХОЗАВРЫ, отряд крокодилы. Морфологическая характеристика, особенности кровообращения. Географическое распространение и биология. Происхождение и эволюция пресмыкающихся. Котилозавры.. Дальнейшая эволюция пресмыкающихся. Характеристика главнейших групп ископаемых рептилий.. Пути приспособления к наземной и водной жизни в различных эволюционных ветвях рептилий Приспособление к полету. Редкие и исчезающие рептилии фауны России.

Класс ПТИЦЫ. Особенности организации птиц как амниот, приспособившихся к полету. Форма тела. Кожа и ее производные. Развитие пера. Двигательные системы и основные типы движения. Скелет. Органы пищеварения и питание. Органы дыхания и газообмен Кровеносная система и кровообращение. Органы выделения и водно-солевой обмен. Половая система и особенности размножения. Развитие. гнездовой консерватизм. Нервная система и органы чувств. Особенности поведения. Годовые циклы. Значение птиц для человека. Происхождение и эволюция. Систематика птиц. Подкласс ЯЩЕРОХВОСТЫЕ. Археоптерикс. Подкласс ВЕЕРОХВОСТЫЕ. Разделение веерохвостых на основные группы: надотряд зубастые птицы (гесперорнисы), надотряд ихтиорнисы, надотряд плавающие (пингвины), распространение и биология. Надотряд новонебные птицы. Отряды африканские страусы, нандуобразные, казуарообразные, кивиобразные, гагарообразные, поганкообразные, буревестникообразные, веслоногие, аистообразные, гусеобразные, соколообразные, курообразные, журавлеобразные, ржанкообразные, голубеобразные, кукушкообразные. совообразные, козодоеобразные, стрижеобразные, ракшеобразные. дятлообразные, воробьиобразные. Билогия и распространение. Представители. Редкие и исчезающие птицы России и Ростовской области.

Класс МЛЕКОПИТАЮЩИЕ. Общая характеристика. Многообразие в связи с приспособлением к различным условиям жизни.. Организация млекопитающих как высшего класса позвоночных. Форма тела. покровы. Роговые образования. Скелетно-мышечная система. Органы пищеварения и питание. Органы дыхания и газообмен. Кровеносная система и кровообращение. Органы выделения и водно-солевой обмен. Половые органы и размножение. Плацента и ее типы.. Типы маток. нервная система и высшая нервная деятельность. Органы чувств. Поведение и образ жизни.. Значение млекопитающих в природе и для человека.

Происхождение и эволюция млекопитающих. Система класса. Подкласс первозвери, отряд однопроходные. Подкласс низшие звери, отряд сумчатые. Подкласс высшие звери. Отряды: насекомоядные, рукокрылые, приматы, неполнозубые, зайцеобразные, грызуны, китообразные, хищные ластоногие, хоботные, непарнокопытные, парнокопытные. Биология, распространение, представители. Редкие и исчезающие виды России и Ростовской области. Меры по их охране.

ЛИТЕРАТУРА

1. Наумов Н.П., Карташов Н.Н. Зоология позвоночных. Т. 1 и 2. - М.: Высшая школа, 1979. - 383 с., 272 с.

2. Бобринский Н.А., Матвеев Б.С., Банников А.Г. Курс зоологии. Т.2. Хордовые. - М.: Высшая школа, 1966. 473 с.

3. Шмальгаузен И.И. Основы сравнительной анатомии. - М., 1947. - 532 с.

4. Хадорн Э., Венер Р. Общая зоология. - М.: Мир, 1989. - 528 с.

5. Ромер А, Парсонс Т. Анатомия позвоночных. Т. 1 и 2. - М.: Мир, 1992. - 356 с., 406 с.

6. Карташов Н.Н., Соколов В.Е., Шилов И.А. Практикум по зоологии позвоночных.- М.: Высшая школа, 1981. - 320 с.

7. Берегите, их осталось мало. Редкие и исчезающие животные Донского бассейна, требующие охраны. – Ростов н/Д, 1983. - 128 с.

9. Жизнь животных. - М. : Просвещение. - Т.4. Ланцетники. Круглоротые. Хрящевые рыбы. Костные рыбы. 1983. - 575 с.;

10. Жизнь животных - М.: Просвещение. - Т.5 Земноводные. Пресмыкающиеся. 1985. - 399 с.

11. Жизнь животных - М.: Просвещение. - Т.6 Птицы 1986, - 527 с.

12. Жизнь животных - М.: Просвещение. - Т.7 Млекопитающие

13. Красная книга СССР. Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды животных и растений. Т.1. - М.: Лесная промышленность, 1984. - 392 с.

14. Красная книга РСФСР. Животные. - М. : Россельхозиздат, 1983. - 453 с.

15. Ресурсы живой фауны. Ч.2. Позвоночные животные суши. - Ростов н/Д: РГУ, 1982. - 320 с.

ПРОГРАММА

вступительного экзамена для магистерской программы «Биохимия»

Введение. Предмет биологической химии. Основные исторические этапы развития биохимии. Биохимия - наука о молекулярных основах жизни, единых для всех живых организмов. Основные признаки живой материи, отличие живого от неживого. Сложность и высокая степень организации, многообразие и высокая скорость химических реакций в живых организмах, их упорядоченность в пространстве и во времени, специфичность и регуляция биохимических процессов, способность к точному самовоспроизведению. Живые организмы - открытые системы. Химический состав живых организмов. Биохимическая эволюция. "Система принципов" в соответствии с которой произошел их отбор химических элементов молекул в состав биоорганических соединений. Все живые организмы содержат макромолекулы, построенные по общему плану. Мономеры, из которых построены макромолекулы, выполняют различные функции. Вода - самое распространенное соединение в живых организмах. Свойства и конформация биомолекул определяются их взаимодействием с окружающей средой. Абиогенный синтез органических молекул. Методы биологической химии. Исследования на целых организ­мах, переживающих тканях, тканевых препаратах и субклеточных фракциях. Химические, физические и изотопные методы в биохимии. Связь биохимии с другими науками. Понятие о метаболизме. Извлечение и преобразование энергии, синтез компонентов клетки - основные функции метаболизма. Катаболизм и анаболизм.

БЕЛКИ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА Белки - основа жизни. Каталитическая, структурная, сократительная, транспортная, защитная, энергетическая, регуляторная функции белков. Роль белков в иммунных реакциях организма. Причины полифункциональности белков: полифункциональность их физических и химических свойств, разнообразие пространственных структур (конформаций), способность к денатурации и ренатурации, каталитические свойства, образование надмолекулярных комплексов.

Элементарный состав белков. Аминокислоты - структурные единицы белков. Классификация аминокислот по свойствам их радикалов: неполярные (гидрофобные), полярные (гидрофильные), гидрофильные заряженные отрицательно и заряженные положительно аминокислоты. Свойства аминокислот. Кислотно-основные свойства аминокислот. Кривые титрования аминокислот. Амфотерность. изоэлектрическая точка. Буферные свойства. Химические свойства. Реакции на аминогруппу и карбоксильную группу. Реакции на отдельные аминокислоты.

Белки - линейные полимеры аминокислот. Способ связи аминокислот в белках. Доказательства универсальности пептидной связи в белках. Реакция на пептидную связь.

Принципы структурной организации белков. Первичная структура белков - последовательность аминокислот в полипептидной цепи. пептидная связь и ее свойства: копланарность, транс- и цис- пептидная связь, величина торсионных углов. Значение первичной структуры для конформации белков и их функции.

Вторичная структура. Водородная связь. b-структура. Параллельные и антипараллельные складчатые листки. a-спираль. Характеристика спирали Полинга. Вклад отдельных аминокислот в образовании вторичной структуры белка. Суперспираль - структура фибрилярных белков. Особенности аминокислотного состава фибриллярных белков. Структура коллагена и фиброина шелка.

Конформация глобулярных белков. Роль аминокислотных остатков в ее образовании. Нековалентные взаимодействия, определяющие структуру белковой молекулы. Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия: дисперсионные, гидрофобные, электростатические связи радикалов аминокислот. Водородная связь. Роль среды в образовании конформации белков. Принципы самосборки белковых молекул. Структурный домен - единица свертывания полипептидной цепи. Третичная структура белка - относительное расположение доменов в пространстве. Четвертичная структура белков. Дисульфидные связи в белках. Значение четвертичной структуры белков для их функции. Рентгеноструктурный анализ белков. Строение и функции миоглобина и гемоглобина.

Свойства белков. Масса, заряд белковой молекулы. Кислотно-основные свойства белков. Изоэлектрическая точка, буферные свойства белков, растворимость. Методы фракционирования белков: ультрацентрифугирование, гель-фильтрация, электрофорез, ионообменная хроматография, распределительная хроматография, высаливание.

Классификация белков: по формулам молекул, по растворимости, по структуре.

Характеристика классов протеидов: нуклеопротеиды, липопротеиды, гликопротеиды, хромопротеиды, металлопротеиды, флавопротеиды.

ФЕРМЕНТЫ

Каталитические свойства белков. Ферменты.

Причины инертности биоорганических соединений и огромной скорости их химических превращений в организме. Биологический катализ. Каковы сходства и различия неорганических и биологических катализаторов. Характеристика ферментов по силе действия, избирательности действия (специфичность), высокой чувствительности и факторам внешней среды. Понятие о снижении энергии активации химической реакции как основы ферментативного катализа.

Характеристика ферментов как белковых соединений: зависимость активности от условий среды, оптимум рН, термолабильность.

Строение ферментов: одно- и двухкомпонентные ферменты. Понятие о коферменте, простетической группе, апоферменте и холоферменте.

Однокомпонентные ферменты. Характеристика однокомпонентных ферментов с известной первичной структурой: рибонуклеазы, лизоцима, химотрипсина и другие. Понятие "активный центр" фермента, строение активного центра. Аминокислоты, входящие в состав ак­тивного центра. Роль активного центра в катализируемой реакции. Характеристика основных функций активного центра: функции узнавания субстрата, участие в многоточечных полярных и неполярных взаимодействиях между активным центром и субстратом, обеспечении основ каталитической функции - перенос электронов, протонов, химических групп между ферментом и субстратом. Образование фермент-субстратного комплекса. Доказательства образования фермент-субстратного комплекса: зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента, спектры поглощения фермента и фермент-субстратного комплекса и другие.

Двукомпонентные ферменты. Коферменты и апоферменты. Функции коферментов в ферментативных реакциях.

Характеристика класса коферментов:

1. Коферменты переносчики атомов водорода и электронов. Флавиновые коферменты. Строение и функции ФАМ и ФАД. Никотиновые коферменты. Строение и функции НАД и НАДФ. Геминовые коферменты. Характеристика и функции цитохромов: строение и роль каталазы и пероксидазы.

2. Коферменты-переносчики химических групп. Строение и роль в метаболизме тиаминпирофосфата, пиридоксальфосфата, КоА, биотина, тетрагидрофолиевой кислоты, нуклеотидов - АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ.

Кинетика ферментативного катализа. Каким законам химической кинетики подчиняется ферментативный катализ? Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата. Константа Михаэлиса.

Механизм действия ферментов. Значение фермент-субстратного комплекса в обеспечении специфичности и скорости ферментативной реакции. Энергетические преобразования в фермент-субстратном комплексе, обеспечивающие снижение энергии активации катализируемой реакции. Механизм образования фермент-субстратного комплекса. Теория Кошленда - индуцированное взаимодействие фермента и субстрата.

Классификация ферментов, основанная на типах химических реакций. Характеристика классов ферментов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, изомеразы, лиазы, лигазы (синтетазы). Представители каждого класса.

Регуляция активности ферментов. Влияние концентрации субстрата на активность фермента. Регуляторная роль константы Михаэ­лиса, определяющей сродство фермента и субстрата. Эффекторы - регуляторы активности ферментов: активаторы и ингибиторы активности. Понятие о конкурентных и неконкурентных ингибиторах. Ингибирование продуктами реакции и избытком субстрата. Активаторы - эффекторы, действующие разными способами: защита аминокислотных остатков в активном центре, ионы металлов, включающиеся в систему фермент-субстратного комплекса.

Роль посттрансляционных модификаций в регуляции активности ферментов. Понятие о проферментах - зимогенах - предшественниках активных форм фермента. Превращения проферментов - пепсиногена, трипсиногена и химотрипсиногена в активные формы и формирование активного центра ферментов. Понятие об ограниченном протеолизе как способе превращения активных форм ферментов. Аллостерическая регуляция активности ферментов. Строение и механизм действия аллостерических ферментов. Кооперативный эффект в механизме действия аллостерических ферментов. Роль циклической 3,5-АМФ и протеинкиназ в активировании ферментов. Примеры ферментов, активируемых системой цАМФ-протеинкиназы.

Значение организации ферментных систем для регуляции активности. Ферментные ансамбли и надферментативные комплексы.

Изоферменты как способ регуляции ферментативной активности. Характеристика функциональной роли изоферментов на примере лактатдегидрогеназы.

Иммобилизованные ферменты. Применение иммобилизованных ферментов в медицине и народном хозяйстве.

НУКЛЕОТИДЫ, ИХ СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ

Характеристика молекул, входящих в состав нуклеотидов. Пуриновые и пиримидиновые основания. Углеводы в составе нуклеотидов. Функции нуклеотидов: коферменты, регуляторы (цАМФ), макроэрги, структурные единицы нуклеиновых кислот. Причины высокой реакционной способности и энергоемкости нуклеотидов. Свойства ангидридной связи, конкурирующий резонанс в ангидридах фосфорной кислоты. Макроэрги. Структура и свойства АТФ. Величина изменения свободной энергии макроэргической связи в молекуле АТФ. Роль ионов Mg+2 в функции АТФ. Другие нуклеозидтрифосфаты: ГТФ, УТФ, ЦТФ. Их функции в метаболизме.

СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Открытие Ф.Мишером (1867) нуклеиновых кислот. Локализация ДНК в клетках эукариотов. Содержание ДНК в клетках соматических и половых. Доказательство биологической роли ДНК. Опыты О.Эвери по трансформации бактерий. Эксперименты А.Херши и М.Чейз с мечеными атомами на бактериофаге Т2. Первичная структура дезоксирибонуклеиновой кислоты. Связи, соединяющие нуклеотиды в ДНК. Методы исследования первичной структуры ДНК. Рестриктазы - ферменты ограниченного расщепления молекулы на определенные фрагменты. Значение этого метода для определения последовательности нуклеотидов в отдельных участках молекулы ДНК. Другие методы изучения первичной структуры ДНК. Вторичная структура ДНК. Открытие Дж. Уотсоном и Ф. Криком двойной спирали как структурной организации молекулы ДНК в 1951-53 гг. Факты и экспериментальные данные, которые легли в основу представления о двуспиральной организации вторичной структуры ДНК. Правила Чаргаффа. Данные рентгеноструктурного анализа о периодичности в структуре ДНК, шаг спирали, диаметр молекулы. Принцип комплементарности лежит в основе построения двойной спирали ДНК. Свойства ДНК. Величина молекулы, вязкость, поглощение в УФ, влияние температуры и рН на структуру ДНК.

Третичная структура ДНК. Способ плотной укладки длинных це­пей ДНК в очень ограниченном пространстве клетки у прокариотов и эукариотов. Хромосомы. Гистоны и негистоновые белки. Характерис­тика гистонов. Их роль в организации третичной структуры ДНК. Нуклеосомы, их организация. Полисомы. Хромосомы.

Строение и свойства рибонуклеиновых кислот. Отличие РНК по составу и строению нуклеотидов от ДНК. Типы РНК. Локализация РНК в клетках.

Матричная или информационная РНК - м-РНК. Молекулярный вес. Первичная структура.

Транспортные РНК - т-РНК. Особенности нуклеотидного состава тРНК. Минорные основания. Вторичная структура тРНК - тип клеверного листа. Третичная структура тРНК. Функциональные участки тРНК - акцепторный участок, антикодон, участок узнавания рибосомы. Функции тРНК. Разнообразие тРНК в клетке.

Рибосомальные РНК - рРНК. Строение рибосом. Строение рибосом у прокариотов и эукариотов. Строение малой субъединицы рРНК. Большая субъединица рРНК и белки, входящие в ее состав. Локализация рибосом в клетке, их связь с эндоплазматическим ретикулумом.

БИОСИНТЕЗ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Репликация молекул ДНК.

Опыты Мезельстона и Сталя 1957 г., доказательства полуконсервативного типа репликации ДНК.

Компоненты, необходимые для репликации ДНК: ДНК-матрица в преобразованном виде, нуклеотиды в виде трифосфатов, РНК-затравка (праймер), к 3'-ОН группе, которой присоединяется следующие основания, ферменты репликации. Главный фермент репликации - ДНК-зависимая-ДНК-полимераза 3 - осуществляет образование фосфодиэфирной связи в направлении 5'->3' и элонгацию цепи.

Последовательные этапы репликации: узнавание точки начала репликации; образование репликационной вилки. Сложный процесс расплетения двойной спирали во многих точках. Ферменты расплетения хеликазы. Репликация на лидирующей и отстающей цепи ДНК. Фрагменты Оказаки. Процесс создания двойной спирали - ферменты топоизомеразы. Сшивание фрагментов и закручивание спирали.

ДНК-полимераза II - фермент репарации. ДНК-лигаза - сшивающий фермент.

Транскрипция РНК.

ДНК-матрица для синтеза всех типов РНК. Локализация синтеза всех типов РНК в клетке.

Структурные участки ДНК, на которых синтезируются мРНК-цистроны. Отличия цистронов у прокариотических и эукариотических клеток. Экзоны и интроны. фермент синтеза мРНК - ДНК-зависимая-РНК-полимераза. Строение фермента, механизм его действия. Инициация транскрипции. Промоторный комплекс. Элонгация и терминация транскрипции. Предшественники мРНК в клетках эукариотов. Процессинг мРНК, вырезание интронов и сплайсинг. Ферментативная роль мя-РНК в этом процессе. Образование зрелой мРНК, защита 3 и 5 концов молекул. Информосомы, выход в цитоплазму. Время жизни мРНК.

Гены для синтеза рРНК, тРНК и низкомолекулярных РНК. Локализация синтеза рРНК в ядрышке. Синтез предшественника рРНК. Процессинг рРНК, продукты процессинга. Предшественники тРНК. Процессинг и удаление избытка нуклеотидов с 3 и 5 концов. Формирование третичной структуры тРНК.

Обратная транскриптаза. Ретровирусы.

БИОЛОГИЧЕСКИЙ КОД

Понятие биологического кода. Предсказание кода - работы Гамова, Крика 1953 г. Экспериментальная расшифровка кода для каждой аминокислоты. Работы Ниренберга и Маттеи, 1961. Доказательства триплетности кода. Синтез искусственного гена, работы Корано. Свойства кода - древность и универсальность (3 млрд.лет) подчеркивают единство мира. Вырожденность кода как способ его совершенствования. Гипотеза "качания" Ф.Крика. Эволюция кода. Терминирующие и инициирующие кодоны.

МЕХАНИЗМ БИОСИНТЕЗА БЕЛКА

Локализация синтеза белка в клетке. Активирование аминокислот и образование ацил-тРНК. свойства ферментов ацил-тРНК-синтетаз. Образование ацил-тРНК комплекса.

Образование инициирующего комплекса. Компоненты инициирующего комплекса: 30 субъединица рибосомы, формил-метионин-тРНК, соответствующая мРНК, белковые факторы инициации, ГТФ. Формирование комплекса, его строение. Объединение с 50 субъединицей и образование транслирующего комплекса.

Механизм трансляции и элонгации (удлинение цепи). Ацильный А и пептидильный P участки рибосомы. Нахождение антикодоном тРНК места на мРНК для расположения очередной аминокислоты. Замыкание пептидной связи. Фермент транспептидирования. ГТФ источник энергии для транслокации рибосомы и мРНК. Механизм удлинения полипептидной цепи.

Терминация синтеза. Терминирующие кодоны УАГ, УАА, УГА, белковые факторы терминации.

Многократное использование мРНК в системе полисом.

Процессинг белковых молекул - их постсинтетическая модификация. Образование высших категорий структуры, включение дополнительных компонентов - гликозилирование, фосфорилирование и другие.

РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА БЕЛКА

Регуляция экспрессии гена (на уровне транскрипции синтеза мРНК). Гипотеза оперона Жакобо и Моно. Строение lac-оперона. Опе­ратор, промотор, регуляторный ген. Синтез белковых репрессоров. Снятие репрессии. Индукторы синтеза белка.

МЕТАБОЛИЗМ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ

Азотсодержащие соединения - белки, аминокислоты, нуклеотиды, мочевина, мочевая кислота.

Азотистое равновесие. Условия поддержания азотистого равнове­сия у животных.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7