II. Структурно-функциональная организация системы биотрансформация чужеродных соединений

УТВЕРЖДАЮ

Первый заместитель Министра образования

Республики Беларусь

________________ А.И. Жук

 

____ __________ 2011 г.

 

Регистрационный № ТД-G. __/тип.

Биотрансформация веществ

Типовая учебная программа

для высших учебных заведений по специальности:

1-31 01 01 Биология (по направлениям)

направление 1-31 01 01 01-01 Научно-производственная деятельность и

направление 1-31 01 01-03 Биотехнология

 

 

СОГЛАСОВАНО   Председатель УМО вузов РБ по естественнонаучному образованию _______________ В. В. Самохвал   __ ___________ 2011 г.

СОГЛАСОВАНО Начальник Управления высшего и среднего специального образования Министерства образования Республики Беларусь ________________ Ю. И. Миксюк   __ ____________ 2011 г.   Проректор по учебной и воспитательной работе Государственного учреждения образования «Республиканский институт высшей школы» ________________ В. И. Шупляк   __ ____________ 2011 г.   Эксперт-нормоконтролер ________________ С. М. Артемьева __ ___________ 2011 г.

Минск 2011

Составитель:

Игорь Викторович Семак, заведующий кафедрой биохимии Белорусского государственного университета, кандидат биологических наук, доцент

 

 

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Кафедра биотехнологии и биоэкологии Учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет»;

 

Владимир Адамович Кульчицкий, зам. директора ГУ "Институт физиологии НАН Беларуси", д.м.н., профессор, член-корреспондент НАН Беларуси

 

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:

Кафедрой биохимии Белорусского государственного университета

(протокол № от октября 2010 г.);

 

Научно-методическим советом Белорусского государственного университета

(протокол № от октября 2010 г.);

 

Научно-методическим советом по специальности 1-31 01 01 Биология

Учебно-методического объединения вузов РБ по естественнонаучному

образованию (протокол № от декабря 2010 г.);

 

 

Ответственный за редакцию: Игорь Викторович Семак

Ответственный за выпуск: Игорь Викторович Семак

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

Ферменты, принимающие участие в метаболизме эндогенных и чужеродных соединений (ксенобиотиков), с успехом используются для синтеза органических веществ, для решения целого ряда экологических, биотехнологических, фармакологических, токсикологических и медицинских задач.

Курс «Биотрансформация веществ» связан с другими биологическими дисциплинами – молекулярной биологией, биохимией, биофизикой, микробиологией, физиологией и биохимией растений, физиологией животных и человека.

Цель курса – усвоение биохимических основ биотрансформации эндогенных и чужеродных соединений (ксенобиотиков) в живых организмах; формирование у студентов понимания общности процессов биотрансформации эндогенных и чужеродных соединений; усвоение основных принципов и теоретических положений использования ферментов системы биотрансформации ксенобиотиков для решения экологических, биотехнологических, фармакологических, токсикологических и медицинских задач.

Задачи курса:

- Сформировать у студентов целостной системы знаний о биотрансформации эндогенных и чужеродных соединений;

- Закрепить теоретические положения лекционного курса на лабораторных занятиях.

В результате изучения дисциплины обучаемый должен:

знать:

- особенности биотрансформации гидрофильных и гидрофобных соединений эндогенного и чужеродного происхождения;

- внутриклеточную локализацию, физико-химические и биохимические свойства ферментов системы биотрансформации ксенобиотиков и эндогенных соединений;

- основные типы реакций биотрансформации ксенобиотиков; их видо- и тканеспецифичность;

- механизмы многоуровневой регуляции биотрансформации веществ;

- особенности биохимических механизмов адаптации филогенетически различных организмов к воздействию негативных физических и химических факторов окружающей среды;

- примеры использования ферментов биотрансформации ксенобиотиков для cинтеза органических веществ, биодеградации веществ антропогенного происхождения и биомониторинга загрязнения окружающей среды

уметь:

- использовать биохимические и молекулярно-биологические подходы для оценки функционального состояния системы биотрансформации ксенобиотиков;

- разрабатывать и моделировать биотехнологические процессы с участием ферментов биотрансформации ксенобиотиков;

- пользоваться специализированными компьютерными базами данных и ресурсами Интернета.

При чтении лекционного курса рекомендуется применять технические средства обучения для демонстрации слайдов и презентаций, наглядные материалы в виде таблиц и схем.

Для изучения дисциплины, подготовки к практическим занятиям и КСР студентам можно использовать один из учебников, перечисленных в разделе «Литература: основная». Для более углубленной подготовки студентам предлагается список дополнительной литературы, включающий учебные пособия, литературу по физиологическим методам.

Для организации самостоятельной работы студентов по курсу рекомендуется использовать современные информационные технологии: разместить в сетевом доступе комплекс учебных и учебно-методических материалов (программа, методические указания к лабораторным занятиям, список рекомендуемой литературы и информационных ресурсов, задания в тестовой форме для самоконтроля и др.).

Теоретические положения лекционного курса развиваются и закрепляются на лабораторных занятиях, при выполнении которых студенты приобретают навыки анализа процессов и закономерностей, происходящих в иммобилизованных препаратах.

Эффективность самостоятельной работы студентов целесообразно проверять в ходе текущего и итогового контроля знаний в форме устного опроса, коллоквиумов, тестового компьютерного контроля по темам и разделам курса. Для общей оценки качества усвоения студентами учебного материала рекомендуется использование накопительной рейтинговой системы.

Программа рассчитана на 48 часов, в том числе 36 часов аудиторных: 22 – лекционных и 14 – лабораторных занятий.

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

№ тем	Наименование тем	Аудиторные часы
Всего	Лекции	Лабора-торные занятия
I	Введение	2	2	-
II	Структурно-функциональная организация системы биотрансформация чужеродных соединений	4	4	-
Ш	Основные типы реакций биотрансформации ксенобиотиков	18	4	14
IV	Особенности метаболизма ксенобиотиков у филогенетически различных организмов	2	2	-
V	Регуляция процессов биотрансформации	2	2	-
VI	Использование ферментов биотрансформации ксенобиотиков в биотехнологии	2	4	-
VII	Использование ферментов биотрансформации ксенобиотиков для решения экологических задач	2	2	-
VIII	Биотрансформация лекарственных веществ	2	2	-
ИТОГО:	36	22	14

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

I. Введение

Биотрансформация веществ: история вопроса, круг задач и способы их решения. Экологические, фармакологические, токсикологические и биотехнологические аспекты биотрансформации веществ. Эволюционная общность процессов биотрансформации эндогенных и чужеродных соединений (ксенобиотиков).

II. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ БИОТРАНСФОРМАЦИЯ ЧУЖЕРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Пути поступления ксенобиотиков в организм. Общая характеристика процесса биотрансформации ксенобиотиков в организме. Локализация, многостадийность процесса, его роль в поддержании гомеостаза. Критерии оценки функционального состояния системы биотрансформации ксенобиотиков. Связь между отдельными компонентами системы метаболизма ксенобиотиков и сопряженными с ней системами. Участие ферментов биотрансформации ксенобиотиков в метаболизме эндогенных соединений.

 

III. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ РЕАКЦИЙ БИОТРАНСФОРМАЦИИ

КСЕНОБИОТИКОВ

Окислительно-восстановительные реакции. 1. Моноаминоксидазные реакции. Моноаминооксидаза. 2. Реакции окисления спиртов. Алкогольдегидрогеназа. Каталаза. Микросомальная этанолокисляющая система. 3. Реакции окисления и восстановления альдегидов. Альдегиддегидрогеназа. Альдегидоксидаза. 4. Монооксигеназные реакции. Структурная организация монооксигеназной системы и характеристика ее основных компонентов. Цитохром Р-450. НАДФН цитохром Р-450 редуктаза. Цитохром b5. НАДН цитохром b5 редуктаза. Роль фосфолипидов мембран в функционировании микросомальных оксигеназ. Лимитирующие звенья монооксигеназных реакций. Индукторы и ингибиторы микросомальных оксигеназ. Псевдопероксидазные реакции и их роль в биотрансформации ксенобиотиков и эндогенных соединений.

Реакции гидролиза. Эпоксидгидролаза.

Реакции коньюгации. 1. Коньюгация с глутатионом. Глутатион S-трансферазы. 2. Коньюгация с сульфатами. Сульфотрансфераза. 3. Коньюгация с УДФ-глюкуроновой кислотой. УДФ-глюкуронозилтрансфераза. 4. Реакции метилирования. Метилтрансфераза. 5. Коньюгация с аминокислотами. Ацил-КоА-синтетаза. N-ацилтрансфераза. 6. Коньюгация с сахарами. УДФ-глюкозопирофосфорилаза. УДФ-глюкозилтрансфераза. 7. Коньюгация с ацетильными группами. N-ацетилтрансферазы.

 

ЛИТЕРАТУРА

О с н о в н а я:

1. Головенко Н.Я. Сравнительная биохимия чужеродных соединений / Н.Я. Головенко, Т.Л. Карасева – Киев: Навукова думка, 1983.

2. Голиков С.Н. Общие механизмы токсического действия / С.Н. Голиков, И.В. Саноцкий, Л.А. Тиунов – Л.: Медицина, 1986.

3. Промышленная микробиология: учеб. пособие для вузов по спец. «Микробиология» и «Биология» / Под ред. Н.С. Егорова. – М.: Высш. шк., 1989.

4. Бутова С.Н. Теоретические основы биотехнологии. Биохимические основы синтеза биологически активных веществ / С.Н. Бутова, И.А. Типисева, Г.И. Эль-Регистан / Под ред. И.М. Грачевой. – М.: Элевар, 2003. – 554 с.

5. Саприн А.Н. Детоксикация ксенобиотиков в организме / А.Н. Саприн. Итоги науки и техники. Общие проблемы физико-химической биологии. - М.: ВИНИТИ, 1990.

 

Д о п о л н и т е л ь н а я:

1. Харчевникова Н.В. Квантовохимическая модель для прогноза положения гидроксилирования ароматических соединений под воздействием цитохрома Р-450 / Н.В. Харчевникова, А.В. Дмитриев, Ю.В. Бородина, П.Н. Дьячков. Биомедицинская химия. 2005. том 51(3). 341-355.

2. Биотехнология: учеб. пособие для вузов. В 8 кн.: / Под ред. С.Н. Егорова, В.Д. Самуилова. Кн. 6: Микробиологическое производство биологически активных веществ и препаратов – М.: Высш. шк., 1987.

3. Ionnides C. The Cytochrome P450I Gene Family of Microsomal Hemoproteins and their Role in the Metabolic Activation of Chemicals / C. Ionnides, D.V. Parke. Drug Metab. Rev. - 1990. - V.22. - P.1-86.

4. Guengerich F.P. Enzymology of Rat Liver Cytochrome P-450 // Mammalian Cytochrome P-450 / Ed. Guengerich F.P. - Boca Raton: CRC Press, 1987. - P.2-54.

5. Кобляков В.А. Цитохромы семейства Р-450 и их роль в активации проканцерогенов / В.А. Кобляков // Итоги науки и техники. Серия Биологическая химия. М.: ВИНИТИ, Т.35, 1990.

6. Биотехнология. Принципы и применение: Пер. с анг. / Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста и Дж. Джонса. – М.: Мир, 1988.

7. Graham-Lorence S. Р450s: Structural similarities and functional differences / Graham-Lorence S., Peterson J.A. FASEB J. V. 10, 1996, P.206-214.

8. Armstrong R.N. Structure, catalytic mechanism, and evolution of the glutathione transferases / R.N. Armstrong. Chem. Research Toxicol., 1997, V.10, P.2-18.

9. Гуляева Л.Ф. Микросомная монооксигеназная система живых организмов в биомониторинге окружающей среды // Л.Ф. Гуляева, А.Ю. Гришанова, О.А. Громова, Н.М. Слынько, В.А. Вавилин, В.В. Ляхович // Аналитический обзор, серия "Экология". Изд-во ГПНТБ СО РАН, 1994, 101 с.

10. http://isir.ras.ru/ - Интегрированная Cистема Информационных Ресурсов Российской Академии Наук.

11. http://www.viniti.msk.su/ - Всероссийский Институт Научной и Технической Информации (ВИНИТИ РАН).

12. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Pubmed - База научных данных в области биомедицинских наук.

 

 

УТВЕРЖДАЮ

Первый заместитель Министра образования

Республики Беларусь

________________ А.И. Жук

 

____ __________ 2011 г.

 

Регистрационный № ТД-G. __/тип.

Биотрансформация веществ

Типовая учебная программа

для высших учебных заведений по специальности:

1-31 01 01 Биология (по направлениям)

направление 1-31 01 01 01-01 Научно-производственная деятельность и

направление 1-31 01 01-03 Биотехнология

 

 

СОГЛАСОВАНО   Председатель УМО вузов РБ по естественнонаучному образованию _______________ В. В. Самохвал   __ ___________ 2011 г.

СОГЛАСОВАНО Начальник Управления высшего и среднего специального образования Министерства образования Республики Беларусь ________________ Ю. И. Миксюк   __ ____________ 2011 г.   Проректор по учебной и воспитательной работе Государственного учреждения образования «Республиканский институт высшей школы» ________________ В. И. Шупляк   __ ____________ 2011 г.   Эксперт-нормоконтролер ________________ С. М. Артемьева __ ___________ 2011 г.

Минск 2011

Составитель:

Игорь Викторович Семак, заведующий кафедрой биохимии Белорусского государственного университета, кандидат биологических наук, доцент

 

 

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Кафедра биотехнологии и биоэкологии Учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет»;

 

Владимир Адамович Кульчицкий, зам. директора ГУ "Институт физиологии НАН Беларуси", д.м.н., профессор, член-корреспондент НАН Беларуси

 

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:

Кафедрой биохимии Белорусского государственного университета

(протокол № от октября 2010 г.);

 

Научно-методическим советом Белорусского государственного университета

(протокол № от октября 2010 г.);

 

Научно-методическим советом по специальности 1-31 01 01 Биология

Учебно-методического объединения вузов РБ по естественнонаучному

образованию (протокол № от декабря 2010 г.);

 

 

Ответственный за редакцию: Игорь Викторович Семак

Ответственный за выпуск: Игорь Викторович Семак

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

Ферменты, принимающие участие в метаболизме эндогенных и чужеродных соединений (ксенобиотиков), с успехом используются для синтеза органических веществ, для решения целого ряда экологических, биотехнологических, фармакологических, токсикологических и медицинских задач.

Курс «Биотрансформация веществ» связан с другими биологическими дисциплинами – молекулярной биологией, биохимией, биофизикой, микробиологией, физиологией и биохимией растений, физиологией животных и человека.

Цель курса – усвоение биохимических основ биотрансформации эндогенных и чужеродных соединений (ксенобиотиков) в живых организмах; формирование у студентов понимания общности процессов биотрансформации эндогенных и чужеродных соединений; усвоение основных принципов и теоретических положений использования ферментов системы биотрансформации ксенобиотиков для решения экологических, биотехнологических, фармакологических, токсикологических и медицинских задач.

Задачи курса:

- Сформировать у студентов целостной системы знаний о биотрансформации эндогенных и чужеродных соединений;

- Закрепить теоретические положения лекционного курса на лабораторных занятиях.

В результате изучения дисциплины обучаемый должен:

знать:

- особенности биотрансформации гидрофильных и гидрофобных соединений эндогенного и чужеродного происхождения;

- внутриклеточную локализацию, физико-химические и биохимические свойства ферментов системы биотрансформации ксенобиотиков и эндогенных соединений;

- основные типы реакций биотрансформации ксенобиотиков; их видо- и тканеспецифичность;

- механизмы многоуровневой регуляции биотрансформации веществ;

- особенности биохимических механизмов адаптации филогенетически различных организмов к воздействию негативных физических и химических факторов окружающей среды;

- примеры использования ферментов биотрансформации ксенобиотиков для cинтеза органических веществ, биодеградации веществ антропогенного происхождения и биомониторинга загрязнения окружающей среды

уметь:

- использовать биохимические и молекулярно-биологические подходы для оценки функционального состояния системы биотрансформации ксенобиотиков;

- разрабатывать и моделировать биотехнологические процессы с участием ферментов биотрансформации ксенобиотиков;

- пользоваться специализированными компьютерными базами данных и ресурсами Интернета.

При чтении лекционного курса рекомендуется применять технические средства обучения для демонстрации слайдов и презентаций, наглядные материалы в виде таблиц и схем.

Для изучения дисциплины, подготовки к практическим занятиям и КСР студентам можно использовать один из учебников, перечисленных в разделе «Литература: основная». Для более углубленной подготовки студентам предлагается список дополнительной литературы, включающий учебные пособия, литературу по физиологическим методам.

Для организации самостоятельной работы студентов по курсу рекомендуется использовать современные информационные технологии: разместить в сетевом доступе комплекс учебных и учебно-методических материалов (программа, методические указания к лабораторным занятиям, список рекомендуемой литературы и информационных ресурсов, задания в тестовой форме для самоконтроля и др.).

Теоретические положения лекционного курса развиваются и закрепляются на лабораторных занятиях, при выполнении которых студенты приобретают навыки анализа процессов и закономерностей, происходящих в иммобилизованных препаратах.

Эффективность самостоятельной работы студентов целесообразно проверять в ходе текущего и итогового контроля знаний в форме устного опроса, коллоквиумов, тестового компьютерного контроля по темам и разделам курса. Для общей оценки качества усвоения студентами учебного материала рекомендуется использование накопительной рейтинговой системы.

Программа рассчитана на 48 часов, в том числе 36 часов аудиторных: 22 – лекционных и 14 – лабораторных занятий.

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

№ тем	Наименование тем	Аудиторные часы
Всего	Лекции	Лабора-торные занятия
I	Введение	2	2	-
II	Структурно-функциональная организация системы биотрансформация чужеродных соединений	4	4	-
Ш	Основные типы реакций биотрансформации ксенобиотиков	18	4	14
IV	Особенности метаболизма ксенобиотиков у филогенетически различных организмов	2	2	-
V	Регуляция процессов биотрансформации	2	2	-
VI	Использование ферментов биотрансформации ксенобиотиков в биотехнологии	2	4	-
VII	Использование ферментов биотрансформации ксенобиотиков для решения экологических задач	2	2	-
VIII	Биотрансформация лекарственных веществ	2	2	-
ИТОГО:	36	22	14

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

I. Введение

Биотрансформация веществ: история вопроса, круг задач и способы их решения. Экологические, фармакологические, токсикологические и биотехнологические аспекты биотрансформации веществ. Эволюционная общность процессов биотрансформации эндогенных и чужеродных соединений (ксенобиотиков).

II. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ БИОТРАНСФОРМАЦИЯ ЧУЖЕРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Пути поступления ксенобиотиков в организм. Общая характеристика процесса биотрансформации ксенобиотиков в организме. Локализация, многостадийность процесса, его роль в поддержании гомеостаза. Критерии оценки функционального состояния системы биотрансформации ксенобиотиков. Связь между отдельными компонентами системы метаболизма ксенобиотиков и сопряженными с ней системами. Участие ферментов биотрансформации ксенобиотиков в метаболизме эндогенных соединений.