Вопросы к специальной части
Метаболизм и основные метаболические пути. Анаболизм, катаболизм, амфиболизм. Принцип биохимического единства. Роль ферментов в метаболизме.
Источники и формы энергии, используемые прокариотами. Электрохимическая (ΔμH+) или химическая (АТФ) формы энергии. Пути создания электрохимического потенциала. Пути использования энергии клеткой.
Принципы организации дыхательного аппарата аэробных и факультативно анаэробных хемоорганогетеротрофных бактерий. Электронтранспортные цепи и их особенности у микроорганизмов. Электрохимический элемент, изменение стандартной свободной энергии в реакции, связанной с переносом электронов.
Механизм окислительного фосфорилирования. Компоненты дыхательной цепи: железосерные белки, хиноны, цитохромы. Синтез АТФ, особые свойства молекулы АТФ как основной молекулы энергетического метаболизма.
Пути катаболизма гексоз у микроорганизмов. Гликолиз, цикл Энтнера-Дудорова (2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатный путь), окислительный пентозофосфатный путь. Энергетические аспекты этих процессов. Использование ПВК микроорганизмами.
Брожение. Энергетика процессов брожения, отличие от процессов окислительного фосфорилирования. Спиртовое и гомо- и гетероферментативное молочнокислое брожение, Пропионовокислое и смешанное брожения.
Анаэробные дыхательные процессы. Нитратное дыхание. Значение процесса денитрификации для природы и человека. Генетические основы денитрификации. Нитратредуктаза и нитритредуктаза. Локализация ферментов комплекса денитрификации. Особенности процесса денитрификации у разных таксономических групп микроорганизмов. Ассимиляционная и диссимиляционная нитратредукция.
Общая характеристика анаэробных дыхательных процессов. Железное, фумаратное, серное, хроматное, ванадатное анаэробное дыхание. Микроорганизмы, ведущие эти процессы.
Карбонатное дыхание. Уникальные ферменты и кофакторы метаногенеза. Восстановление углекислоты при участии специфической цепи переноса электронов у хемолитоавтотрофных метаногенов: СО2-редуктазный и СН3-S-CoM-редуктазный этапы. Трофические взаимодействия в процессе метаногенеза в природных условиях.
Окислительный стресс и токсичные формы кислорода. Источники образования активных форм кислорода и токсические эффекты этих форм. Молекулярный кислород, супероксиданион, гидроксидный радикал, перекись водорода, синглетный кислород, атомарный кислород, озон. Системы защиты микроорганизмов от активных форм кислорода. Супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза. Неферментативные и физиологические системы защиты.
Окисление не связанное с синтезом АТФ. Основные типы биологического окисления. Моно- и диоксигеназы, принципы их действия, роль в окислении органических субстратов. Внутримолекулярные и межмолекулярные диоксигеназы. Цитохром Р450, его роль в трансформации ксенобиотиков у прокариотических и эукариотических организмов.
Деструкция ксенобиотиков микроорганизмами. Пути микробного катаболизма ксенобиотиков различного химического строения. Биодеградация синтетических лактамов, нитро- и аминоциклических соединений, галогенорганических соединений.
Внешние структуры микробной клетки: слизистые слои, капсулы, чехлы, газовые баллоны, шипы, целлюлосомы. Их строение и функции. Жгутики. Типы движения. Понятие о таксисе.
Фотосинтез у бактерий. Основные фотосинтетические пигменты бактерий Различие фотосинтетических систем зеленых серных, пурпурных и цианобактерий. Кислородный и бескислородный фотосинтез, синтез АТФ и восстановительных эквивалентов.
Фиксация молекулярного азота. Бактерии-азотфиксаторы. Клубеньковые и свободноживущие азотфиксирующие бактерии. Строение и функционирование нитрогеназного ферментного комплекса. Влияние кислорода на процесс азотфиксации.
Внешние структуры микробной клетки: клеточные стенки, многообразие их типов у архей и эубактерий. S-слои. Протопласты, сферопласты и L-формы.
Питание микроорганизмов. Потребность в химических элементах. Источники углерода и энергии. Автотрофия и гетеротрофия. Органотрофия и литотрофия. Принципы составления питательных сред для культивирования прокариот различных таксономических групп.
Геохимическая деятельность микроорганизмов. Участие прокариот в круговороте биогенных элементов.
Понятие вида у бактерий. Номенклатура микроорганизмов. Признаки в систематике микроорганизмов.
Механизмы поступления различных соединений в клетку. Активный и пассивный транспорт. Симпорт и антипорт. Примеры.
Взаимоотношения микроорганизмов с человеком. Понятие об иммунитете. Иммунная система. Иммунокомпетентные клетки. Неспецифический и специфический иммунитет. Антигены. Основные классы и функции антител.
Многообразие мест обитания микроорганизмов. Микроорганизмы почвы, воздуха. Водные микроорганизмы. Санитарно-гигиеническая оценка качества воды.
Образование покоящихся форм бактериями. Эндоспоры, их строение. Стадии спорообразования. Прорастание споры. Гипометаболические формы микроорганизмов. Некультивируемые формы.
Характеристика отдельных групп бактерий. Грамположительные и грамотрицательные палочки и кокки, микоплазмы, актиномицеты.
Понятие об инфекции. Формы инфекций и их характеристика. Исходы инфекционного процесса. Септический шок. Патогенные микроорганизмы и их свойства. Патогенность и вирулентность микроорганизмов.
Вирусы. Строение вирусов. Белки вирусов. Вирусные нуклеиновые кислоты. Самосборка вирусных частиц и ее значение для биологии вирусов. Ферменты вирусных частиц. Нейраминидаза, нуклеазы, обратная транскриптаза, гемолизины. Проникновение вируса в клетку. Перестройка вирусом метаболизма клетки. Вирусы в онкогенезе.
Бактериофаги. Строение. Вирулентные и умеренные фаги. Лизогения. Индукция профага. Ферменты фагов – лизоцим и АТФаза – локализация биологическая роль.
ДНК и РНК-содержащие вирусы. Особенности репликации дву- и одноцепочечных ДНК и РНК вирусов. “+“ и “-“ цепи.
Нуклеиновые кислоты прокариот. ДНК и РНК. Суперспирализация ДНК. Топоизомеразы и механизм их действия. Структура и топология бактериального нуклеоида. Рибосомальные РНК. Транспортные РНК. Информационные РНК.
Репликация ДНК. Репликативная вилка и белки репликативного комплекса. ДНК-полимеразы бактерий. Фрагменты Оказаки. Хеликаза. ДНК-гираза. Репликация хромосом и плазмид у бактерий.
Повреждения ДНК, их причины. Репарация повреждений. Прямая реактивация. Эксцизионная репарация. Мисмэтч-репарация. Пострепликативная репарация. SOS-репарация.
Структура прокариотического гена. Понятие оперона и регулона. Отличия строения генов прокариот и эукариот.
Основные этапы транскрипции у прокариот. Роль σ-фактора в транскрипции бактериальной РНК. Процессинг РНК прокариот. Процессинг эукариотических мРНК. Интроны и экзоны. Роль малых ядерных РНК в процессинге мРНК у прокариот.
Трансляция. Рибосомы, их строение и функции. Отличие прокариотических и эукариотических рибосом. Основные этапы трансляции. Активация аминокислот. Инициация трансляции. Роль N-формилметионил-тРНК в инициации трансляционного процесса у бактерий. Элонгация и терминация трансляции.
Регуляция синтеза ферментов. Индукция и репрессия. Индукция субстратом и продуктами реакции. Репрессия конечным продуктом. Катаболитная репрессия. Механизмы индукции и репрессии. Молекулы эффекторы и регуляторные белки. Гены-регуляторы. отрицательный и положительный контроль.
Патогенная и нормальная микрофлора человека. Роль кожи, слизистых оболочек, лицоцима и нормальной микрофлоры в противоинфекционной защите.
Системы защиты организма при инфекционном процессе. Фагоцитирующие клетки, их функции. Стадии фагоцитоза. Естественные клетки-киллеры. Система комплемента.
Особенности иммунитета при бактериальных, вирусных и протозойных инфекциях. Мимикрия вирусов. Механизмы, уводящие вирусы от действия защитных сил. Иммунопатология при вирусных инфекциях. Вирус иммунодефицита человека. СПИД.
Роль микроорганизмов в образовании почвы, синтезе и разложении гумуса. Значение азотфиксирующей деятельности микроорганизмов. Участие микроорганизмов в биогеохимическом цикле биогенных элементов. Воздействие бактерий на минеральную часть почвы.
Биоремедиация. Роль микроорганизмов в процессах биоремедиации. Биоремедиация различных экосистем.
Типы антропогенного воздействия на микроорганизмы почв, его последствия. Влияние минеральных и органических удобрений на биологическую активность почв.
Биотехнология. Основные направления развития современной биотехнологии. Биотехнология в решении глобальных проблем человечества. Продукты биотехнологических процессов. Преимущества и недостатки биотехнологических методов.
Антибиотики. Антибактериальные и фунгицидные антибиотики. Противоопухолевые антибиотики. Основные направления в биотехнологии ан6тибиотиков. Методы получения активных продуцентов антибиотиков.
Экологическая биотехнология. Переработка и обезвреживание жидких и твердых отходов. Очистка загрязненного воздуха.
Генетическая инженерия микроорганизмов. Векторы Плазмиды, космиды, векторы, основанные на однонитевых фаговых ДНК. Трансформация, коньюгация, трансдукция. Полимеразная цепная реакция.
Проблема происхождения и эволюции жизни. Развитие представлений о происхождении жизни. Эволюция протоклетки, образование пространственно обособленных микросистем.
Движение бактерий. Структуры, обеспечивающие различные типы движения бактерий. Жгутики, фимбрии. Молекулярное строение жгутикового аппарата про- и эукариотных микроорганизмов. Понятия хемо- и фототаксиса.
Клеточная стенка микроорганизмов. Типы клеточной стенки архей и эубактерий в сравнении с клеточной стенкой эукариотических микроорганизмов. Принципы окраски по Граму. S-слои. Протопласты, сферопласты, R- и L-формы.
Современные представления о систематике прокариот. Филогенетическая и нумерическая классификация. Понятие вида у бактерий. Правила и термины номенклатуры. Основные признаки, необходимые для систематики микроорганизмов.
Круговорот углерода в мире микроорганизмов. Зависимость судьбы углерода от наличия кислорода в окружающей среде. Полное и неполные окисления. Автотровы и гетеротрофы. Метаногены, метилотрофы.
Превращение различных форм азота микроорганизмами. Аммонификация белков. Ассимиляционная и диссимиляционная нитратредукция. Аммонификация нитрата. Азотфиксация. Нитрификация.
Нитратное дыхание. Микроорганизмы, ведущие диссимиляционную нитратредукцию. Механизмы реакций и ферменты процесса нитратного дыхания. Условия процесса. Энергетические возможности процесса.
Азотфиксация. Механизм процесса, реакции и ферменты. Нитрогеназа, ее строение и специфичность. Условия азотфиксации. Симбиотические и свободноживущие азотфиксаторы. Роль азотфиксации в сельском хозяйстве.
Процессы нитрификации и их роль в почве. Этапы нитрификации и микроорганизмы, ведущие эти процессы. Место нитрификации в круговороте азота.
Превращение микроорганизмами соединений серы. Десульфуризация белков. Ассимиляционная и диссимиляционная сульфатредукция. Окисление восстановленных соединений серы. Накопление микроорганизмами элементарной серы. Механизмы процессов и основные группы микроорганизмов.
Мутагены окружающей среды. Связь мутагенности и канцерогенности. Химические, физические и биологические факторы, индуцирующие канцерогенез. Основные стадии неопластической трансформации клетки.
Профилактика раковых заболеваний. Антимутагены, их классификация. Десмутагены и биоантимутагены. Активация систем репарации повреждений ДНК.
Практическое использование микроорганизмов. Биотехнологии в промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Теоретические и практические основы получения белковых продуктов, витаминов, ферментов, аминокислот, спирта и пр. Перспективы внедрения в практику бактериальных удобрений и биологических средств защиты растений.
Роль микроорганизмов в круговороте веществ. Круговорот углерода. Превращения различных форм азота. Деятельность микроорганизмов как основа плодородия почв. Основы сельскохозяйственной микробиологии. Геохимическая деятельность микроорганизмов.
Микроорганизмы и окружающая среда. Микроорганизмы – деструкторы естественных и чужеродных соединений. Роль микроорганизмов в очистке окружающей среды. Использование микроорганизмов для очистки сточных вод и отходов промышленных предприятий.
Микроорганизмы и здоровье человека. Микроорганизмы как возбудители заболеваний растений, животных и человека. Профилактика инфекционных заболеваний. Вирусные инфекции и методы борьбы с ними.