Рабочая программа по аналитической биохимии для студентов специальности 040800 – Медицинская биохимия

аналитическая биохимия (5.02.2005)

 

Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе

Развитие современной биохимии и внедрение её результатов в медицинскую практику происходит во всё более ускоряющемся темпе. Характерной чертой современного этапа развития медицины является активное использование не только в медико-биологических экспериментах, но и в рутинной клинической практике наиболее современных методов исследования физико-химической биологии в целом и биохимии в частности. Поэтому невозможно себе представить эффективное и рациональное использование современных аналитических и препаративных методов в клинической и экспериментальной медицине без знания теоретических основ этих методов, области и условий их применения, ограничений, возможных источников ошибок. Соответственно, изучение теории и практики биохимического анализа является необходимым для специалистов, работа которых связана с клинической лабораторной диагностикой и проведением медико-биологических экспериментальных исследований.
Цель курса: сформировать у студентов понимание принципов, условий применимости и ограничений в использовании методов качественного, количественного и структурного анализа биологически значимых химических соединений в биологических пробах и умение адекватно выбирать необходимые подходы для решения конкретных задач в биохимического анализа.
Задачи курса: представить современные представления о принципах и технике качественного, количественного и структурного биохимического анализа, включая медицинские значимые практические приложения.
Задачи лабораторных занятий: обучить студентов технике современного биохимического анализа, методам оценки и выбора методов анализа, адекватных поставленной задаче; привить навыки оценки и статистической обработки данных, полученных в ходе биохимического анализа; обучить рациональному и эффективному использованию информационных технологий в решении задач аналитической биохимии.

Перечень дисциплин с указанием разделов (тем), усвоение которых студентами необходимо для изучения биологической химии

  • ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ:
    1. Химическая кинетика и катализ.
    2. Учение об электролитах. Слабые электролиты.
    3. Буферные растворы.
    4. Коллоидные растворы.
    5. Поверхностные явления в коллоидных системах.
    6. Высокомолекулярные соединения.
  • БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ:
    1. Теоретические основы строения и реакционной способности органических соединений
    2. Гетерофункциональные органические соединения, являющиеся промежуточными продуктами в метаболизме живых организмов.
    3. Биополимеры:
    • углеводы;
    • пептиды и белки;
    • нуклеотиды и нуклеиновые кислоты.
  • ФИЗИКА:
    1. 1. Понятие о спектральном анализе. Устройство и принцип работы фи-зических приборов.
  • ФИЗИОЛОГИЯ:
    1. 1. Физиологические основы питания и пищеварения.
    2. 2. Понятие о гомеостазе.
    3. 3. Основные методы изучения физиологических функций.

Содержание курса аналитической биохимии

Общие принципы планирования, проведения и оценки результатов биохимического эксперимента. Место аналитических процедур в биохимических исследованиях. Аналитический процесс и его метрологическое обеспечение. Общие лабораторные методы и специфика их применения при биохимическом анализе биологических проб. Специальные лабораторные техники. Применение осадительных, титриметрических и электрохимических методов в анализе биологических проб. Спектрометрические методы. Биохимические исследования с использованием масс-спектрометрии. Спектроскопические и оптические неспектроскопические методы в биохимическом анализе. Термические, манометрические, волюметрические, гидродинамические и молекулярно-акустические методы. Особенности использования каталитических и ферментативных реакций в биохимическом анализе. Хроматографические и электрофоретические методы подготовки, разделения и анализа биологических проб. Иммунохимические методы. Преаналитические процедуры, зависимость выбора методов пробоотбора и пробоподготовки от последующих аналитических процедур. Комплексного использования методов аналитической биохимии в анализе биологических проб. Оценка результатов биохимического эксперимента с использованием современных информационных технологий. Способы рационального и эффективного информационного поиска и их применение в решении задач аналитической биохимии.

Лекции

  1. Введение в аналитическую биохимию. Предмет аналитической биохимии. Особенности биохимического анализа. Фиксация и хранение экспериментальных количественных данных в биохимическом анализе.
    2 часа
  2. Биометрия и биометрика. Особенности статистической обработки и анализа количественных данных в аналитической биохимии. Промахи и артефакты. Использование информационных технологий в сборе, фиксации, хранении и анализе экспериментальных данных.
    2 часа
  3. Метрология в биохимическом анализе. Общая теория измерений. Аналитический сигнал и его взаимосвязь с количеством (содержанием) определяемого вещества. Калибровочная кривая и калибровочная функция. Предел обнаружения. Понятие о надежном обнаружении.
    2 часа
  4. Стандартизация и регламентация контроля качества количественных измерений. Законодательная метрология. Особенности контроля качества измерений в клинико-диагностических лабораториях.
    2 часа
  5. Особенности применения аналитических методов в изучении биологических образцов. Физические, химические, физико-химические и биологические методы анализа. Оценка биологической активности образцов в экспериментальной и лабораторной медицине.
    2 часа
  6. Методы объёмного анализа и электрохимические методы в биохимическом анализе. Особенности использования осадительного анализа и гравиметрии. Манометрические и волюметрические методы анализа. Электрофизический и электрохимический анализ биологических образцов. Место потенциометрии и полярографии в биохимическом анализе. Использование селективных электродов и электрохимических сенсоров в биохимии и лабораторной медицине.
    2 часа
  7. Особенности титриметрического анализа в аналитической биохимии. Инструментальное и автоматизированное титрование. Потенциометрическое и фотометрическое титрование в качественном и количественном анализе биополимеров.
    2 часа
  8. Спектрометрические и спектроскопические методы в биохимическом анализе, общая характеристика их роли в развитии аналитической биохимии. Классификация спектральных методов. Масс-спектрометрия. Прикладное значение масс-спектрометрии и гибридных подходов на её основе в экспериментальной и лабораторной медицине.
    2 часа
  9. Применение методов атомной и молекулярной спектроскопии в биохимическом анализе. Визуальная колориметрия и фотометрия. Абсорбционная (спектро)фотометрия. Основные принципы (спектро)фотометрического анализа и особенности его применения в лабораторной медицины. Оценка условий измерений с наименьшей погрешностью. Роль твердофазной отражательной фотометрии в современной клинической лабораторной диагностике. Инфракрасная спектроскопия.
    2 часа
  10. Эмиссионные спектроскопические методы. Преимущества люминесцентного анализа перед фотометрическим в анализе биологических образцов. Флюориметрия и флюорометрия. Флюоресцентные метки и зонды в биохимии и клинической диагностике. Хемилюминесцентный анализ в биохимии и медицине.
    2 часа
  11. Методы, связанные с явлением светорассеяния. Нефелометрия и турбидиметрия. Спектроскопия комбинационного рассеяния (рамановская спектроскопия) и её преимущества в анализе биополимеров и исследовании их взаимодействий между собой. Методы, основанные на преломлении света в анализе биомолекул. Поляриметрия, особенности её применения к анализу биологических проб. Методы анализа дисперсии оптического вращения и кругового дихроизма. Дифракционные методы.
    2 часа
  12. Радиометрические методы. Значение радиоизотопных методов в биомедицинских исследованиях и клинической диагностике. Ядерная спектроскопия. Практическое использование спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в биохимическом анализе и экспериментальной медицине. Перспективные резонансные методы анализа.
    2 часа
  13. Методы преданалитической модификации (дериватизации). Каталитические реакции в биохимии и лабораторной медицине. Использование ферментативных реакций в биохимическом анализе. Способы оценки активности ферментов и их применение в клинической лабораторной диагностике.
    2 часа
  14. Методы концентрирования и разделения в биохимическом анализе. Хроматографические методы идентификации и разделения. Общая теория хроматографии. Классификация. Характеристика отдельных вариантов хроматографии. Особенности и примеры применения хроматографии в фундаментальных и прикладных исследованиях и в клинической лабораторной диагностике.
    2 часа
  15. Электрофоретические методы идентификации и разделения в биохимическом анализе. Особенности электрофоретического разделения биологических макромолекул. Идентификация веществ после электрофоретического разделения. Электрофорез белков и нуклеиновых кислот на пленках ацетата целлюлозы и в гелях. Индикация патологических белков в биологических жидкостях человека. Иммуноэлектрофоретические методы в практике лабораторной медицины.
    2 часа
  16. Биохимический анализ с использованием методов непосредственного наблюдения. Комплексное использование аналитических подходов в биохимическом анализе: гибридные методы анализа. Получение и подготовка биологических образцов. Хранение биологических проб.
    2 часа
  17. Методы решения задачи выбора оптимальных аналитических подходов для решения конкретных задач биохимических исследований и клинической лабораторной диагностики. Методы поиска информации с использованием электронных поисковых систем, библиографических баз данных и агентов. Роль информационных технологий и ресурсов Интернета в профессиональном развитии врача-биохимика.
    2 часа

Практические занятия

Лабораторные занятия

  1. Особенности проведения биохимического анализа в биомедицинских исследованиях и в клинической лабораторной диагностике. Техника работы в биохимической аналитической лаборатории. Общие лабораторные методы в биохимическом анализе: лабораторная посуда, работа с реактивами, дозирование сухих и жидких реагентов.
    5 часов
  2. Общие лабораторные методы в биохимическом анализе: приготовление жидких реагентов и буферных растворов, осаждение и перекристаллизация, экстракция, распределительные и барьерные методы. Ведение лабораторных записей. Фиксация результатов аналитических экспериментов.
    5 часов
  3. Биометрия и биометрика. Общая теория измерений. Взаимосвязь количества вещества и уровня аналитического сигнала. Особенности статистической обработки и анализа количественных данных в аналитической биохимии. Промахи и артефакты.
    5 часов
  4. Метрология в биохимическом анализе. Стандартизация и регламентация контроля качества количественных измерений. Законодательная метрология. Особенности контроля качества измерений в клинико-диагностических лабораториях.
    5 часов
  5. Особенности применения аналитических методов в изучении биологических образцов. Классификация аналитических методов. Физические методы анализа. Оценка биологической активности образцов в экспериментальной и лабораторной медицине.
    5 часов
  6. Электрофизический и электрохимический анализ биологических образцов. Использование селективных электродов и электрохимических сенсоров в биохимии и лабораторной медицине. Методы объёмного анализа в биохимическом анализе. Осадительный анализ, гравиметрия, манометрические и волюметрические методы анализа.
    5 часов
  7. Особенности титриметрического анализа в аналитической биохимии. Титрование с визуальным установлением точки окончания титрования в анализе и выделении биологически значимых молекул. Инструментальные методы установления точки окончания титрования.
    5 часов
  8. Спектрометрические и спектроскопические методы в биохимическом анализе, общая характеристика их роли в развитии аналитической биохимии. Масс-спектрометрия. Прикладное значение масс-спектрометрии и гибридных подходов на её основе в экспериментальной и лабораторной медицине.
    5 часов
  9. Применение методов атомной и молекулярной спектроскопии в биохимическом анализе. Абсорбционная (спектро)фотометрия. Анализ данных спектральных аналитических экспериментов. Инфракрасная спектроскопия.
    5 часов
  10. Эмиссионные спектроскопические методы. Преимущества люминесцентного анализа перед фотометрическим в анализе биологических образцов. Флюориметрия и флюорометрия. Хемилюминесцентный анализ в биохимии и медицине. Специальные виды спектроскопии.
    5 часов
  11. Методы, связанные с явлением светорассеяния. Спектроскопия комбинационного рассеяния (рамановская спектроскопия. Методы, основанные на преломлении света. Поляриметрия, особенности её применения к анализу биологических проб. Дифракционные методы.
    5 часов
  12. Радиометрические методы. Значение радиоизотопных методов в биомедицинских исследованиях и клинической диагностике. Ядерная спектроскопия. Практическое использование спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в биохимическом анализе и экспериментальной медицине. Перспективные резонансные методы анализа.
    5 часов
  13. Методы преданалитической модификации (дериватизации). Каталитические реакции в биохимии и лабораторной медицине. Использование ферментативных реакций в биохимическом анализе. Способы оценки активности ферментов и их применение в клинической лабораторной диагностике.
    5 часов
  14. Методы концентрирования и разделения в биохимическом анализе. Хроматографические методы идентификации и разделения. Особенности и примеры применения хроматографии в фундаментальных и прикладных исследованиях и в клинической лабораторной диагностике.
    5 часов
  15. Электрофоретические методы идентификации и разделения. Особенности электрофоретического разделения биологических макромолекул. Идентификация веществ после электрофоретического разделения. Иммуноэлектрофоретические методы в практике лабораторной медицины.
    5 часов
  16. Биохимический анализ с использованием методов непосредственного наблюдения. Комплексное использование аналитических подходов в биохимическом анализе: гибридные методы анализа. Получение и подготовка биологических образцов. Хранение биологических проб.
    5 часов
  17. Методы решения задачи выбора оптимальных аналитических подходов в биохимических исследованиях и клинической лабораторной диагностике. Значение современных информационных и телекоммуникационных технологий в деятельности врача-биохимика.
    5 часов

Учебно-методические материалы по аналитической биохимии

  1. Методические рекомендации для студентов по изучению соответствующих разделов программы (отдельно для каждого занятия).
  2. Компакт-диски с электронными версиями учебных и справочных материалов

Основная и дополнительная литература

  1. Аффинная хроматография. Методы. / Под ред. П. Дина, У. Джонсона, Ф. Мидла. М.: Мир, 1988. 278 с.
  2. Блохин А.В. Теория эксперимента. Курс лекций. В 2-х частях. Минск, 2002-2003.
  3. Борель Э. Вероятность и достоверность. М., 1969.
  4. Васильев В.П. Аналитическая химия. Кн.1. Титриметрические и гравиметрический методы анализа. М.: Дрофа, 2002. 368 с.
  5. Васильев В.П. Аналитическая химия. Лабораторный практикум. М.: Дрофа, 2004. 416 с.
  6. Высокоэффективная жидкостная хроматография в биохимии. / Под ред. А. Хеншнен и др. М.: Мир, 1988. 622 с.
  7. Галь Э., Медьеши Г., Верецкеи Л. Электрофорез в разделении биологических молекул. М.: Мир, 1982. 448 с.
  8. Гармаш А.В., Сорокина Н.М. Метрологические основы аналитической химии.
  9. Гейсс Ф. Основы тонкослойной хроматографии (планарная хроматография). Т.1. 1988. 405 с. – Т.2. 1988. 348 с.
  10. Гюнтер Х. Введение в курс спектроскопии ЯМР. М.: Мир, 1984. 478 с.
  11. Драго Р. Физические методы в химии. В 2-х тт. М.: Мир, 1981.
  12. Иммунологические методы. / Под ред. Г. Фримеля. М.: Медицина, 1987. 472 с.
  13. Иммуноферментный анализ / Под ред. Т.Т. Нго, Г. Ленхоффа. М.: Мир, 1988. 446 с.
  14. Камышников В.С. Справочник по клинико-биохимическим исследованиям и лабораторной диагностике. М.: МЕДпресс-информ, 2004. 920 с.
  15. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. М., 1970.
  16. Кирхнер Ю. Тонкослойная хроматография. В 2-х тт. – Т.1. М.: Мир, 1981. 616 с. – Т.2. М.: Мир, 1981. 524 с.
  17. Клиническая лабораторная аналитика. Т.1. Основы клинического лабораторного анализа. Под ред. Меньшикова В.В. М.: Агат-Мед, 2002. 860 с.
  18. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. М.: Высшая школа, 1998. 479 с.
  19. Кочетов Г.А. Практическое руководство по энзимологии. М.: Высшая школа, 1980. 272 с.
  20. Кунце У., Шведт Г. Основы качественного и количественного анализа. М.: Мир, 1997. 424 с.
  21. Лабораторное руководство по хроматографическим и смежным методам / Под ред. О. Микеша. М.: Мир, 1982. 784 с.
  22. Лакин Г.Ф. Биометрия. М., 1990.
  23. Лапач С.П., Чубенко А.В., Бабич П.Н. Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием Excel. Киев, 2001.
  24. Степанов В.М. Молекулярная биология. Структура и функции белков. М.:Высшая школа, 1996.
  25. Методы практической биохимии. / Под ред. Б. Уильямса и К. Уилсон. М.: Мир, 1978. 270 с.
  26. Остерман Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. Электрофорез и ультрацентрифугирование. М.: Наука, 1981. 288 с.
  27. Остерман Л.А. Методы исследования биологических макромолекул электрофокусированием, иммуноэлектрофорезом и радиоизотопными методами. М.: Наука, 1983. 304 с.
  28. Остерман Л.А. Хроматография белков и нуклеиновых кислот. М.: Наука, 1985. 536 с.
  29. Остерман Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. М., 2002. 248 с.
  30. Практикум по биохимии / Под ред. С.Е. Северина, Г.А. Соловьевой. М.: Изд-во МГУ, 1989. 509 с.
  31. Практикум по биохимии растений. Под ред. Полевого В.В., Щипарёва С.М. СПб.: Изд-во С.-Петербургск. ун-та, 1996. 200 с.
  32. Практическая химия белка / Под ред. А. Дарбре. М.: Мир, 1989. 623 с.
  33. Применение спектроскопии в химии. Ред. В.Вест. М.: Изд-во иностранной литературы, 1959. 659 с.
  34. Проблема белка. Т.1. Химическое строение белка / Под ред. В.М. Липкина. М.: Наука, 1995. 496 с.
  35. Проблема белка. Т.2. Пространственное строение белка / Под ред. Т.И. Соркина. М.: Наука, 1996. 480 с.
  36. Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA. М., 2002.
  37. Ригетти П. Изоэлектрическое фокусирование. Теория, методы и применение. М.: Мир, 1986. 398 с.
  38. Робертс Т. Радиохроматография. М.: Мир, 1981. 260 с.
  39. Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика. М., 1973.
  40. Самсонов Г.В., Меленевский А.Т. Сорбционные и хроматографические методы физико-химической биотехнологии. Л.: Наука, 1986. 229 с.
  41. Скоупс Р. Методы очистки белков. М., 1985.
  42. Справочник биохимика. Досон Р. и др. М.: Мир, 1991. 544 с.
  43. Филиппович Ю.Б., Егорова Т.А., Севастьянова Г.А. Практикум по общей биохимии. М.: Просвещение, 1982. 311 с.
  44. Финкельштейн А.В., Птицын О.Б. Физика белка. – М.: Книжный дом «Университет», 2002. – 376 с.
  45. Фрайфелдер Д. Физическая биохимия. Применение физико-химических методов в биохимии и молекулярной биологии – М.: Мир, 1980. – 582 с.
  46. Хаваш Е. Ионо- и молекулярноселективные электроды в биологических системах. М.: Мир, 1988. 221 с.
  47. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика). Кн.2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. М.: Высшая школа, 2003. 559 с.
  48. Хроматография. Практическое приложение метода. / Под ред. Э. Хефтмана. В 2-х ч. – Ч.1. М.: Мир, 1986. 336 с. – Ч.2. М.: Мир, 1986. 422 с.
  49. Чанг Р. Физическая химия с приложениями к биологическим системам. М.: Мир, 1980. 662 с.
  50. Шаршунова М., Шварц В., Михалец Ч. Тонкослойная хроматография в фармации и клинической биохимии. М.: Мир, 1980. 622 с.
  51. Юденфренд С. Флуоресцентный анализ в биологии и медицине. М.: Мир, 1965. 484 с.
  52. The Protein Handbook. Reference Data for Biochemists. Lincoln: ISCO, Inc., 1997. 82 p.

Аппараты и приборы, используемые при выполнении лабораторных работ

  1. Фотоэлектроколориметр – КФК-2МК.
  2. Спектрофотометр Olvex SP-Ultra.
  3. Спектрофотометр СФ-46.
  4. Фотометр планшетный АКИ-Ц-01.
  5. Рефрактометры.
  6. Комплект оборудования Pharmacia для вертикального электрофореза в полиакриламидном геле.
  7. Комплект оборудования Pharmacia для горизонтального электрофореза в агарозном геле.
  8. Система хроматографическая Amersham Pharmacia FPLC.
  9. Комплект оборудования для проведения тонкослойной хроматографии.
  10. Комплект оборудования для проведения бумажной хроматографии.
  11. Титратор / pH-метр / милливольтметр Radiometer VIT90 с автоматической бюреткой ABU93.
  12. Титратор / pH-метр / милливольтметр Radiometer TTT90 с автоматической бюреткой ABU12.
  13. Полярографический анализатор PA2.
  14. Весы аналитические механические MZT.
  15. Весы лабораторные торсионные ВТ-500.
  16. Весы технические электромеханические ВЛКТ-500.
  17. Термостаты 1ТЖ и ТС-80.
  18. Ферментер LKB 1607 Polyferm.
  19. Центрифуги настольные ОПН-3 и ОПН-8.
  20. Центрифуги охлаждаемые К23, К24 и РС-6.
  21. Мешалки магнитные ATM, ММ1 и ММ-5.