Энзимология

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА МИКРОБИОЛОГИИ

Энзимология

Методические указания к самостоятельной работе студентов специальности 020209 «Микробиология»

Киров, 2010

УДК 577.15(07) Э661

Энзимология: метод. указ. к самост. работе студентов / Составитель И. А. Лундовских - Киров: Изд-во ВятГУ, 2010.

Методические	указания	к	самостоятельной	работе	по	дисципл
«Энзимология» предназначены для студентов университета, обучающихся по
специальности 020209 «Микробиология». Приводятся				содержание		тем

теоретического курса, вопросы для самоподготовки по каждой теме, задания для самостоятельного выполнения.

Рецензент: д.б.н. С. Н. Янов

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.	ОБЩИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ .......................	4
2.	ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ ......	7
3.	СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ТЕМ
ДИСЦИПЛИНЫ.........................................................................................................		10
4.	РАБОТА С БАЗАМИ ДАННЫХ ИНФОРМАЦИИ О ФЕРМЕНТАХ .................	37
5.	ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ИТОГОВОМУ КОНТРОЛЮ (ЗАЧЕТУ)...	39
6.	УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ......................	42
7.	ГРАФИК УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА И САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
СТУДЕНТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Энзимология» ................................................		45

4

1. ОБЩИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

1.1.Цели и задачи дисциплины
Курс «Энзимология», опираясь	на	знания, полученные	в	курсах

органической химии и физической химии, позволяет перейти к изучению метаболических процессов, протекающих в живых клетках под действием биологических катализаторов - ферментов.

Задачей энзимологии как науки является изучение структуры, свойств и механизмов действия биологических катализаторов, создание фундаментальной

теории ферментативного катализа, разработка методов получения ферментов с новыми свойствами, развитие многочисленных областей применения ферментов.

К настоящему времени охарактеризованы несколько тысяч ферментов, для

многих сотен их них достаточно подробно описаны вероятные механизм

биологической активности. Уникальные каталитические свойства ферментов

определяют активное использование биологических катализаторов в различных

областях биотехнологии: синтез и модификация органических соединений

(аминокислот, антибиотиков, стероидов и др.), биоконверсия растительного сырья

(ферментативный гидролиз целлюлозы), биохимический анализ (биосенсоры,

ферментный и иммуноферментный анализ в медицине), фармацевтика (фермент-

содержащие лекарственные препараты).

Целью преподавания дисциплины является ознакомление с основами науки

о ферментах, результатом которого должно стать формирование у студентов основных представлений о сущности и механизмах процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организмов, о методах практической работы с ферментами,

получение начальных навыков анализа кинетики ферментативных реакций.

Задача	лекционного	курса состоит	в	изложении	современны
представлений	о структуре	и механизмах	действия ферментов, способах

регуляции их активности. Особое внимание уделяется рассмотрению методов анализа количественных закономерностей развития ферментативных реакций во

		5
времени в различных условиях, что позволяет			получать	информацию о
механизмах метаболических процессов в клетках и способах их регуляции.
Закрепление	теоретического	материала	осуществляется		в
самостоятельного	решения студентами задач		по кинетике	ферментативных
реакций.

1.2. Место дисциплины в профессиональной подготовке специалиста-

микробиолога

Освоение дисциплины базируется на знаниях в областях математического анализа, физики, общей, неорганической, органической и физической химии,

цитологии.

Курс энзимологии является основой для последующего изучения таких дисциплин, как молекулярная биология, молекулярная генетика, основы регуляции метаболизма микроорганизмов, физиология роста микроорганизмов.

Знание общих методов анализа кинетических кривых необходимо микробиологам для анализа кинетики роста и эволюции клеточных , популяцийчто принципиально важно при решении задач микробиологии, отехнологии и управляемого биосинтеза.

1.3. Требования к уровню освоения дисциплины «Энзимология»

Требования к обязательному минимуму содержания дисциплины,

определенные ГОС ВПО по направлению подготовки дипломированного специалиста по специальности 012400 «Микробиология»:

ДС.Ф.05	Энзимология:	30
	Общие представления о ферментахсостав и строение,
	механизм действия; кинетика ферментативных реакций.

Освоение курса включает прослушивание лекций, решение задач по

ферментативной кинетике, ознакомление с основной и частью дополнительной

6

литературы, самостоятельную

проработку

некоторых , темпрохождение

рубежных контролей и сдачу зачета.

В результате изучения дисциплины студент должен

иметь представление:

-о химическом и ферментативном катализе;

-о принципах пространственной организации и механизмах формирования нативной структуры ферментов;

-

о

фундаментальной

роли

ферментов

в

регуляции

и

интегр

метаболических процессов в живых организмах;

-о технологических процессах на основе биокаталитических систем;

-о возможностях и последних достижениях белковой инженерии инженерной энзимологии по разработке новых биотехнологических процессов с участием биокатализаторов;

знать:

-принципы классификации и номенклатуры ферментов;

-структуру и механизмы действия отдельных групп ферментов;

-молекулярные основы специфичности действия ферментов;

-способы регуляции активности ферментов;

-методы определения активности ферментов;

-методы выделения и очистки ферментов из различных источников;

владеть приемами и навыками:

-поиска информации в базах данных, содержащих биологическую информацию;

-работы с ферментными препаратами;

-определения кинетических параметров ферментативных реакций;

-самостоятельной работы с литературой, включая периодическую

литературу по энзимологии, а также навыками работы с электронными

средствами информации;

			7
уметь:
-	подбирать	оптимальные	условия	для	проведения ферментативны
реакций;
- анализировать и объяснять результаты кинетических экспериментов;
-	применять	полученные	знания	в	,учебнойисследовательской	и
практической работе.

2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

			Количество часов			Самостоя-
	Содержание раздела	Лекции		Практи-	Лаборатор-	тельная
				ческие	ные занятия	работа
				занятия
1.	Введение	2		−	−	1,5
2.	Химическая природа	1		−	−	2,5
	ферментов, их
	функциональные группы
3.	Методы выделения и	1		−	−	0,5
	очистки ферментов
4.	Кинетика ферментатив-	6		−	−	3,5
	ных реакций
5.	Механизм действия фер-	2		−	−	0,5
	ментов
6.	Принципы регуляции	4		−	−	1
	ферментативных
	процессов в клетке
7.	Практическое использо-	2		−	−	2,5
	вание ферментов
Итого:		18		−	−	12
Форма итогового контроля					Зачет

8

Самостоятельная работа студентовпо дисциплине «Энзимология»

включает следующие виды работы:

№

Вид самостоятельной работы

Коли-

Форма контроля

п/

чество

п

часов

1.

Проработка разделов теоретического

6

письменный контроль

курса (0,5 часа ´ 12 тем)

(выполнение тестовых и

контрольных работ)

2.

Выполнение расчетных задач

2

сдача расчетных задач

3.

Работа с базами данных информации

2

письменный отчет

о ферментах

4.

Подготовка

к

зачету(итоговому

2

зачет

контролю)

Итого:

12

Задания на самостоятельную работу, порядок их выполнения, консультации

по выполнению самостоятельной работы, требования к

оформлению и

отчетности

можно

получить

на

кафедре

микробиологии

Биологическ

факультета

ВятГУ (корпус 1, ауд.

1-119)

у доцента кафедры

микробиологии

Лундовских И. А.

2.1. Проработка разделов теоретического курса

Цель данного вида самостоятельной работы: овладение знаниями по

изучаемым темам, закрепление и систематизация полученных теоретических знаний. Выполнение самостоятельной работы включает: работу с конспектом лекций и другим учебным материалом, чтение соответствующих разделов

рекомендуемых литературных источников, подготовку к выполнению

контрольных (тестовых) работ. Изучение теоретического материала дисциплины должно быть активным, действенным; каждое понятие, теоретическое положение должно быть понятно и уяснено глубоко и детально. При изучении курса следует идти от уяснения общего к детальному разбору частного, с последующим повтором общего на более высоком уровне.

		9
Контроль	выполнения самостоятельной		работы проводится в	форм
тестирования либо письменной контрольной работы, которые выполняются
студентами в конце лекционных занятий согласно«Графику учебного процесса и
самостоятельной	работы	студентов по дисциплине», приведенному ниже		в
разделе 7:
контрольная работа №1 – задания по темам 1-5			теоретического курса;
контрольная работа №2		– задания по темам 6-8	теоретического курса;
контрольная работа №3		– задания по темам 9-11 теоретического курса.

2.2. Выполнение расчетных задач

Цель работы – освоение студентами базовых методов анализа и обработки кинетических данных ферментативных реакций, что необходимо для дальнейшего понимания кинетики и механизма действия ферментов. Методы решения расчетных задач рассматриваются на лекциях при изучении соответствующих тем курса. Решение расчетных задач оформляется письменно в рабочих тетрадях с приведением расчетных графиков. Сдача выполненных заданий проводится согласно «Графику учебного процесса и самостоятельной работы студентов по дисциплине», приведенному ниже в разделе 7.

№

Тема расчетной задачи

Коли-

Сроки

чество

сдачи

п/п

часов

задания

1.

Определение

Кm и Vmax ферментов

из 1

6-7 неделя

кинетических

данных

зависимости

скорости

семестра

ферментативной

реакции

от

концентрации

субстрата

2.

Определение

кинетических

параметров0,5

8-9 неделя

ферментативных

реакций

из

кинетических

семестра

данных зависимости

скорости

ферментативной

реакции

от

концентрации

субстрата

в

присутствии

ингибиторов.

Определение

механизма

действия

ингибитора

на

основе

кинетических данных

3.

рН-зависимость

ферментативных

реакций

0,5

10-11

неделя

семестра

10

2.3. Работа с базами данных информации о ферментах

Цель данного вида самостоятельной работы- овладение приемами и

навыками	работы	с	электронными	средствами	информации; формирование
умений	поиска в базах данных информации о ферментах, их источниках,
структуре, свойствах		и	механизмах	действия. Работа включает выполнение
заданий	для приобретения умений			поиска	информации в базах,	дан

перечисленных в пункте6.3. Интернет-ресурсы, в том числе в базе данных ферментов BRENDA (The Comprehensive Enzyme Information System) (адрес доступа: http://www.brenda-enzyme.org). В отчете о выполнении работы студенты должны представить ответы на задания, а также информацию об определенном ферменте. Отчет о выполнении работы оформляется письменно в рабочих тетрадях.

Задание на самостоятельную работу выдается студентам после изучения темы 4 лекционного курса. Сдача отчета проводится согласно «Графику учебного процесса и самостоятельной работы студентов по дисциплине», приведенному ниже в разделе 7.

3. СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ТЕМ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ

Тема 1. Предмет и задачи энзимологии

Место энзимологии среди других научных направлений и ее связь химическими и биологическими дисциплинами. Ферменты как биокатализаторы.

История развития энзимологии. Основные направления и задачи современной энзимологии.

Необходимый исходный уровень знаний

1. Строение и состав клеток прокариот и эукариот.