Предмет, задачи, объекты исследования и разделы биохимии. Основные биологически значимые соединения (аминокислоты, белки и пептиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды), их структура, свойства и биологические функции, структурно-функциональные взаимосвязи. Механизм ферментативного катализа, способы регуляции активности ферментов. Энергетический обмен. Специфические пути катаболизма веществ. Обмен углеводов, липидов и аминокислот, катаболизм белков. Токсические метаболиты и ксенобиотики, механизмы их обезвреживания, система биотрансформации. Матричные биосинтетические процессы как неотъемлемая составляющая существования живого. Частные вопросы биохимии.

Предмет и задачи биохимии. Место биохимии среди других биологических дисциплин. Объекты биохимического исследования. Важнейшие характерные черты живой материи: обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой; способность к самовоспроизводству; специализация и интеграция функций отдельных частей живого организма; саморегуляция процессов; приспособляемость к изменению условий существования. Базисная роль физико-химических процессов на молекулярном уровне организации для существования живой материи. Разделы биологической химии: статическая биохимия, динамическая биохимия, функциональная биохимия. Общее понятие о видах биологических функций природных соединений.

Исторический очерк возникновения и развития биохимии. Химия природных соединений и физиологическая химия. Принципы редукционизма, холизма и интегратизма в биохимических исследованиях. Вычленение из биохимии новых дисциплин: молекулярной биологии, биоорганической и бионеорганической химии, биотехнологии и генетической инженерии и др. Возникновение комплекса дисциплин физико-химической биологии. Биохимия и современная медицина. Молекулярная медицина.

Методы, используемые в биологической химии. Аналитические методы. Особенности применения методов аналитической химии в биохимических исследованиях. Иммунохимия. Методы выделения и очистки биомолекул. Методы изучения физико-химических свойств биомолекул. Методы установления химического и пространственного строения биомолекул (структурная биохимия).

Белки и пептиды: определение. Белки - основа жизни на Земле. Роль белков в процессах жизнедеятельности. Биологические функции белков: каталитическая (ферменты), структурная, транспортная, регуляторная (рецепторы, сигнальные молекулы, белки-регуляторы), защитная, двигательная (механохимическая), запасная (резервная).

Аминокислоты - принципиальный структурный элемент пептидов и белков. Общая характеристика аминокислот, пространственная конфигурация, стереоизомерия, оптическая активность. Кислотно-основные свойства аминокислот, амфотерность, понятие о цвиттер-ионах, показатели кислотности pK_a, изоэлектрическая точка. Биологические функции аминокислот (структурные компоненты пептидов и белков, структурные компоненты других природных соединений, сигнальные молекулы или их предшественники, жизненно необходимые метаболиты).

Протеиногенные аминокислоты, их номенклатура и сокращенные обозначения. Виды классификаций: по физико-химическим свойствам (степень гидрофобности, полярность, заряд) и по химической природе боковых радикалов. Модифицированные аминокислотные остатки в составе белков. Общие химические свойства α-аминокислот: реакции α-аминогруппы, реакции α-карбоксильной группы, реакции с совместным участием α-карбоксильной и α-аминогрупп. Химические свойства индивидуальных аминокислот, обусловленные природой боковых радикалов. Качественные реакции на аминокислоты. Методы количественного определения аминокислот. Биомедицинское значение определения концентрации аминокислот в биологических пробах. Основные методы разделения аминокислот: хроматография (бумажная, тонкослойная, ионообменная), высоковольтный электрофорез. Использование аминокислот в качестве лекарственных препаратов.

Пептидная связь. Номенклатура аминокислотной последовательности. Мезомерия (резонансная стабилизация) пептидной связи. Конформация пептидной цепи. Валентные связи и углы между аминокислотными остатками. Вращение вокруг валентных связей. Разрешенные и запрещенные конформации аминокислотных остатков в пептидной цепи. Транс-конформация пептидной связи. Цис- и транс-конформация остатка пролина в пептидной цепи. Конформационные карты (карты Рамачандрана).

Пептиды. Биологические функции пептидов. Примеры природных пептидов: пептидные гормоны (вазопрессин, окситоцин, ангиотензины), нейропептиды, другие регуляторные пептиды (энкефалины, эндорфины), защитные пептиды (дефенсины, карнозин). Методы разделения пептидов. определение аминокислотного состава пептидов (аминокислотный анализ). Методы определения последовательности аминокислот в пептидах, роль масс-спектрометрии в анализе аминокислотной последовательности. Химический синтез пептидов. Ферментативный синтез пептидов в бесклеточной системе. Биомедицинское значение определения содержания пептидов и пептидного спектра в биологических пробах. Использование пептидов в качестве лекарственных препаратов.

Пространственное строение белков. Четыре уровня структурной организации белков. Первичная структура белка, её характерные признаки: линейность и степень генетической предопределенности. Модификации N- и C-концевых аминокислотных остатков белка (амидирование, ацилирование, пренилирование и др.), их функциональное значение. Повторяющиеся фрагменты аминокислотной последовательности в первичной структуре белка. Особенности установления первичной структуры белка. Эволюция первичной структуры белков. Изучение гомологии первичной структуры белков, алгоритмы и компьютерные программы для оценки сходства белков по аминокислотной последовательности. Значение первичной структуры для правильного функционирования белков в организме, аномальные белки, протеинопатии как возможная причина наследственных заболеваний.

Высшие уровни структурной организации белка как способы формирования трехмерной структуры белков. Роль первичной структуры в формировании высших уровней структурной организации белков. Методы изучения пространственного строения белков: рентгеноструктурный анализ, нейтронная дифракция, многомерная ЯМР-спектроскопия, метод кругового дихроизма (КД), инфракрасная спектрометрия.

Вторичная структура белка, регулярность как её характерное свойство. Стерические ограничения как ведущая причина формирования определенных видов вторичной структуры. Стабилизация вторичной структуры водородными связями между пептидными группами. Основные виды вторичной структуры. Спиральные структуры. Правозакрученная α-спираль, её характеристики: период идентичности, величина витка, расположение внутримолекулярных водородных связей. Левозакрученная спираль коллагена, её характерные особенности. β-Складчатые структуры: локализация стабилизирующих связей, параллельные, антипараллельные и смешанные β-структуры. Скрученность β-листа. β-Изгиб. Нерегулярные и слабо упорядоченные элементы вторичной структуры. Факторы устойчивости вторичной структуры. Методы изучения вторичной структуры. Взаимосвязь между первичной и вторичной структурой белка. Аминокислотные остатки и их последовательности, способствующие и препятствующие формированию определенных видов вторичной структуры. Возможности и алгоритмы предсказания вторичной структуры белка по его первичной структуре.

Содержание различных типов вторичной структуры в белках. Устойчивые сочетания элементов вторичной структуры. Супервторичная структура белков. Широко распространенные формы супервторичной структуры: β-бочонок (β-барабан), «α-спираль - β-поворот - α-спираль», цинковые пальцы, лейциновая молния.

Третичная структура белка. Уникальность третичной структуры. Стабильность третичной структуры и определяющие её силы: силы Ван-дер-Ваальса, водородные связи, электростатические взаимодействия, ковалентные связи. Особое значение гидрофобных взаимодействий для формирования третичной структуры белка. Особенности дисульфидных связей как наиболее распространенного вида ковалентных связей, стабилизирующих пространственную организацию белка. Причины более частой встречаемости дисульфидных связей в секреторных белках. Сбалансированность сил, стабилизирующих и дестабилизирующих пространственную структуру, как основа конформационной лабильности, необходимой для функционирования белка. Взаимосвязь между первичной и третичной структурами, возможность и способы расчета третичной структуры.

Четвертичная структура белка как надмолекулярный уровень пространственной организации. Взаимодействия между субъединицами, стабилизирующие четвертичную структуру. Организация межсубъединичных контактов. Уникальные виды межсубъединичных взаимодействий: десмозиновые структуры в эластине. Функциональное значение четвертичной структуры белка. Кооперативность. Надмолекулярные белковые ансамбли.

Доменная организация белков. Понятие о доменах. Особенности пространственной организации и функционирования доменных белков. Относительная структурная обособленность и функциональная автономность доменов. Эволюционное значение доменной организации белков. Черты структурно-функциональной близости и сходства доменного строения определенных групп белков. Современные представления семействах и суперсемействах белков. Роль доменной организации в функционировании иммуноглобулинов. Суперсемейство иммуноглобулинов. Суперсемейство ДНК-связывающих белков.

Форма и общий тип строения белков как результат третичной и/или четвертичной структурной организации. Основные группы белков по типу строения: фибриллярные, мембранные и водорастворимые глобулярные.

Фибриллярные белки: основные особенности строения, периодичность первичной и вторичной структурной организации, суперспирализация, формирование надмолекулярных ансамблей. Три структурных типа фибриллярных белков, их типичные представители. α-Кератин. Коллаген и суперсемейство коллаген-подобных белков. Наследственные и приобретенные заболевания, связанные с нарушением пространственного строения коллагена. β-Фиброин.

Особенности пространственного строения мембранных белков. Суперсемейство серпинов. Бактериородопсин. Мультидоменная организация мембранных рецепторных белков. β-Цилиндры в структуре мембранных белков. Фотосинтетический реакционный центр.

Общие принципы строения глобулярных белков. Упрощенное представление пространственных структур в белках. Форма, компактность и динамика белковой глобулы. Гидрофобное ядро глобулы. Ограниченность числа типов топологических структур. Структурные классы глобулярных белков. β-Белки: β-слои, их продольная и перпендикулярная упаковка, скрученность β-листов, структуры типа «меандр», «рулет», «греческий ключ» и «пропеллер», β-шпильки. α-Белки: пучки и слои α-спиралей, квазисферическая глобула, способы плотной упаковки контактирующих α-спиралей. Топология α/β- и (α+β)-белков. Отсутствие прямой связи архитектуры белка с его функцией.

Простые и сложные белки. Простетическая группа. Общая характеристика основных классов сложных белков. Гликопротеины и протеогликаны: структура, биологическое значение, строение углеводных цепей. Липопротеины. Нуклеопротеины. Металлопротеины. Металлы, способные выступать в роли простетической группы. Значение координационных связей в формировании нативной структуры металлопротеинов. Цинксодержащий гексамерный комплекс инсулина: строение, биологическое значение. Негемовое железо в белках. FeS-белки дыхательной цепи. Магний-содержащие белки, хлорофилл как простетическая группа. Биологическое значение и структурные особенности селенопротеинов.

Хромопротеины. Гемопротеины. Особенности различных форм гема в белках. Связь гема с белковой частью гемопротеинов. Цитохромы. Функционирование гема без изменения степени окисления атома металла. Семейство глобинов. Миоглобин и гемоглобин, сравнение их структурно-функциональных особенностей. Кооперативность связывания кислорода гемоглобином. Биологический смысл и физиологические механизмы регуляции сродства гемоглобина к кислороду. Нарушения структуры гема в глобинах как причина ряда патологических состояний. Метгемоглобинемия. Строение глобиновых полипептидных цепей, роль первичной структуры в проявлении свойств гемоглобина. Физиологические формы гемоглобина человека (A₁, A₂, F, эмбриональный). Аномальные и патологические гемоглобины.

Физико-химические свойства белков. Ионизация, гидратация, растворимость, осмотические и онкотические свойства. Зависимость физико-химических свойств от первичной и пространственной структуры белка. Молекулярная масса и размеры молекул. Методы определения молекулярной массы белков: гель-хроматография, электрофорез, аминокислотный анализ, гидродинамические и седиментационные методы. Необходимость применения комплекса методов для точной оценки молекулярной массы белка. Микрогетерогенность белков.

Коллоидные свойства растворов белков. Факторы устойчивости белка в растворе. Осаждение белков из растворов: механизм процесса, способы устранения факторов устойчивости, осаждающие агенты, обратимое и необратимое осаждение. Практическое использование реакции осаждения белков в биохимии и медицине. Дробное фракционирование белков высаливанием. Разделение альбуминов и глобулинов. Выделение иммуноглобулина G из сыворотки крови (осаждение нейтральными солями, фракционирование риванолом, фракционирование органическими растворителями по Кону). Использование коагуляционных проб для оценки коллоидной устойчивости белков сыворотки крови в клинической лабораторной диагностике: проба Вельтмана, тимоловая и цинк-сульфатная пробы, аспириновый тест. Взаимосвязь коллоидной стабильности крови с результатами определения скорости оседания эритроцитов (СОЭ).

Понятие о нативной структуре белка. Формирование нативной пространственной организации белка in vivo и in vitro. Фолдинг белков. Парадокс Левинталя. Концепция стадийного сворачивания белков (каркасная модель). Денатурация белков: определение, механизм, обратимая и необратимая денатурация, признаки денатурации. Денатурация как переход типа «всё или ничего». Физические и химические денатурирующие факторы, особенности их действия на белки. Возможность нарушения первичной структуры белка при длительном воздействии денатурирующих факторов. Ренатурация и ренативация.

Механизм функционирования белка. Элементарные функции. Сочетание функций. Три последовательных этапа: связывание, трансформация, освобождение. Связывающие белки (на примере ДНК-связывающих белков и иммуноглобулинов). Молекулярное распознавание и последующая конформационная перестройка как неотъемлемые этапы взаимодействия белка с лигандом. Взаимодействие белков с лигандами как основа их функционирования. Понятие об активном центре белка. Специфичность взаимодействия лиганда с активным центром. Принцип комплиментарности. Две гипотезы молекулярного соответствия структур лиганда и активного центра белка: «ключ - замок» и индуцированное соответствие. Обратимость связывания. Количественные закономерности специфического взаимодействия белка с лигандом. Константа связывания (константа ассоциации). Уравнение Скэтчарда. Кооперативное связывание лиганда. Уравнение Хилла. Модель согласованных переходов. Сопряжение элементарных функций белка и гибкость его структуры. Подвижность доменов белка и обеспечение его функции. Аллостерия - дистантное неконтактное взаимодействие между активными центрами различной специфичности. Аллостерическая регуляция функции белка.

Модуляторы белковых функций, их практическое применение в биохимии и медицине. Методы исследования взаимосвязи структуры белка с функцией: использование химической модификации аминокислотных остатков, меченных и фотоактивируемых лигандов и направленного (сайт-специфического) мутагенеза для изучения связывания белка с лигандом.

Принципы классификации белков. Понятие об изофункциональных белках, изобелках и гомологичных белках. Подходы к классификации структур белков, компьютерные классификаторы (Dali/FSSP, CATH, SCOP). Обоснование принципа множественности для белковых структур (Финкельштейн, Птицын): «чем больше аминокислотных последовательностей можно вписать в данную архитектуру без разрушения её стабильности, тем чаще эта архитектура встречается в природе». Электронные базы данных по первичной и пространственной структурам белков. Структурная геномики и протеомика. Биоинформатика. Белковая инженерия, успехи в конструировании белков.

Методы выделения, очистки и анализа белков. Особенности выделения белков. Хроматография: принцип метода, основные виды, практические подходы. Электрофорез. Электрофоретическое фракционирование белков плазмы крови на основные фракции. Диализ. Седиментационные методы. Ультрафильтрация. Аффинные методы. Иммунохимические подходы к выделению и анализу белков.

Практическое применение методов белковой инженерии в медицине и биотехнологии. Иммобилизация белков. Использование химической модификации и направленного мутагенеза для изменения специфичности, функциональных и физико-химических свойств и структурно-функциональной стабильности белков.

Ферменты как биологические катализаторы белковой природы. Биологическое значение ферментов. Внутриклеточное и тканеспецифическое распределение ферментов. Особенности действия ферментов: высокая эффективность, специфичность, мягкие условия протекания реакции, способность к регуляции. Количественное определение ферментативной активности (по убыли субстрата и по нарастанию продукта), способы её выражения. Систематика ферментов. Международная классификация ферментов (КФ). Общая характеристика основных классов ферментов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы (синтетазы). Систематическое и тривиальное название фермента. Изоферменты.

Общие понятия ферментативного катализа. Общий механизм ферментативного катализа. Многостадийность ферментативной реакции. Проблема понижения свободной энергии переходного состояния. Последовательные этапы катализа: сближение и необходимая ориентация реагентов, удаление молекул воды, стабилизация переходного состояния, перенос группы, высвобождение продукта. Фермент-субстратный комплекс. Активный центр фермента, его субстрат-связывающий и каталитический участки, образование на уровне третичной или четвертичной структуры. Специфичность ферментов. Реакционная и субстратная специфичность. Абсолютная и относительная (групповая) специфичность. Стереоспецифичность. Механизмы обеспечения высокой специфичности ферментов: комплиментарность, баланс между прочностью и лабильностью структуры активного центра, индуцированное связывание, многоточечность связывания субстрата в активном центре, повышение специфичности по принципу «двойного сита» в двух-субстратных реакциях. Ключевой момент катализа - стабилизация продуктивного переходного состояния. Подтверждение значения стабилизации переходного состояния методами белковой инженерии. Абзимы - антитела к переходным состояниям, обладающие каталитической активностью. Кислотно-основной катализ и ковалентный катализ. Ферменты как катализаторы общего кислотного и общего основного типа.

Основные положения кинетики ферментативного катализа. Влияние концентрации фермента, концентрации субстрата, pH и температуры среды на скорость ферментативной реакции. Константа k_cat как показатель каталитической эффективности фермента. Модель ферментативного катализа Михаэлиса - Ментен. Максимальная скорость ферментативной реакции и константа Михаэлиса. Способы их определения: графический (гиперболический график, метод Лайниувера - Берка, метод Иди - Хофсти) и расчетный с использованием компьютерных программ. Мультисубстратные реакции. Отклонения от кинетики Михаэлиса - Ментен. Сигмоидная кинетическая кривая, модель Хилла.

Кофакторы и коферменты: определения, биологическое значение. Химическая природа коферментов. Витамины как коферменты и их метаболические предшественники. Классификация коферментов. Специфичность коферментов для определенного типа реакций. Окислительно-восстановительные коферменты. Коферменты переноса групп. Активированные метаболиты (на примере УДФ-глюкозы, ЦДФ-холина, фосфоаденозилфосфосульфата и S-аденозилметионина). Тонкий механизм каталитического действия ферментов, не содержащих кофактор/кофермент (сериновые протеиназы, лизоцим, триозофосфатизомераза, рибонуклеаза); ферментов, взаимодействующих с растворимым коферментом (алькогольдегидрогеназа, лактатдегидрогеназа); ферментов, с ковалентно связанным коферментом. Значение доменной структуры и подвижности доменов для функционирования ферментов (на примере киназ и дегидрогеназ).

Роль ионов металлов в ферментативном катализе. Металлоферменты и ферменты, актививруемые металлами. Тройные комплексы «фермент - металл - субстрат». Металлы как кофакторы каталитической реакции. Пример: карбоангидраза (кофактор - цинк), глутатионпероксидаза (селен), пролилгидроксилаза (железо).

Ингибиторы ферментов. Обратимые и необратимые ингибиторы. Типы обратимого ингибирования. Кинетика ингибирования, понятие о кажущейся константе ингибирования. Конкурентное ингибирование: аналоги субстрата, аналоги переходного состояния. Неконкурентное ингибирование: истинное и смешанное. Бесконкурентное ингибирование. Кинетики ингибирования. Понятие о кажущейся константе Михаэлиса. Типы необратимого ингибирования. Модифицирующие реагенты и суицидные субстраты. Использование ингибиторов в биохимии (при выделении и очистке биомолекул, при анализе структуры и свойств ферментов). Обратимые и необратимые ингибиторы ферментов как лекарственные препараты (салицилаты, пенициллин, аллопуринол). Антиметаболиты.

Механизмы регуляции метаболических процессов. Разделение процессов во времени и пространстве. Метаболический путь - согласованная последовательность ферментативных реакций. Характеристики метаболических путей: пространственная локализация ферментов, компартментализация, ткане- и органоспецифичность. Мультиферментные ансамбли как случай полной ассоциации реакций метаболического пути. Понятие о ключевых ферментах. Контроль количества фермента и контроль активности фермента. Регуляция количества молекул фермента в клетке (компартменте) изменением скорости синтеза, активации и распада. Частичный (ограниченный) протеолиз как механизм активации и инактивации фермента. Каскады протеолитических ферментов и их биологическое значение (система свертывания крови, система комплемента, каспазный каскад). Регуляция скорости ферментативной реакции доступностью субстратов и кофакторов/коферментов. Ассоциация/диссоциация ферментов в регуляции их активности. Регуляция ковалентной модификацией. Аллостерическая регуляция. Аллостерический (регуляторный) активный центр. Понятие о R- и T-состояниях. Регуляция по принципу обратной связи. Вовлеченность различных механизмах в регуляцию функции определенного метаболического пути. Изоферментный спектр и регуляция метаболических путей. Каскады ферментативных реакций, их биологическое и медицинское значение и особенности структурно-функциональной организации: протеолитические каскады (система свертывания крови, система комплемента, апоптотический каскад каспаз), ферментативные каскады передачи сигнала (аденилатциклазный, инозитолфосфатный, система МАР-киназы).

Ферменты как аналитические реагенты в биохимическом анализе. Сопряженные ферментативные реакции в аналитической практике. Использование ингибиторов ферментов для повышения селективности и специфичности ферментного анализа в клинической диагностике. Энзимодиагностика. Молекулярные основы возможности диагностики приобретенных и наследственных заболеваний с помощью анализа активности и спектра ферментов в биологических пробах. Роль исследования изоферментов в энзимодиагностике. Энзимопатии: определение, классификации, причины, клинические проявления. Использование ферментов в качестве лекарственных препаратов: заместительная терапия и терапия ксеноферментами.

Энергия и работа. Экзергонические и эндергонические реакции. Энергетическое сопряжение в биологических системах. Макроэргические соединения: определение, примеры, типы высокоэнергетических связей (фосфодиэфирная, тиоэфирная, фосфоамидная), причины их нестабильности и энергия гидролиза. Молекула аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) как основная форма сохранения химической энергии в клетке. Участие АТФ в реакциях энергетического сопряжения. Способы синтеза АТФ в живых организмах (реакции фосфорилирования): субстратное фосфорилирование, фотофосфорилирование, окислительное фосфорилирование.

Субстратное фосфорилирование - наиболее эволюционно древний способ образования АТФ в живых организмах. Механизм синтеза АТФ при сопряженном гидролизе метаболитов с высоэнергетическими связями. Механизм образования высокоэнергетических метаболитов для субстратного фосфорилирования.

Сохранение энергии на биологических мембранах. Электрохимический потенциал и протондвижущая сила. Протон-зависимый синтез на мембранах - основной источник образования АТФ в живых организмах. H⁺-переносящая АТФ-синтетаза: биологическая роль, строение, механизм синтеза АТФ, особенности ферментов прокариот, митохондрий и хлоропластов. Транспорт АТФ и АДФ через митохондриальные мембраны. Роль митохондриальной креатинкиназы.

Светозависимые способы формирования протонного градиента на мембранах. Бактериородопсин. Фотофосфорилирование - основной способ образования АТФ в растениях. Значение и роль фотосинтеза. Общее строение фотосинтетического аппарата. Сущность фотосинтеза, световые и темновые реакции. Поглощение энергии света, транспорт электронов и фотофосфорилирование при фотосинтезе, роль фотосистем I и II и Q-цикла. Циклические и нециклический механизмы фотофосфорилирования.

Окислительное фосфорилирование: сущность процесса, обобщенная схема, субстраты, коэффициент Р/О. Окислительно-восстановительный механизм формирование протонного градиента. Цепь переноса электронов (дыхательная цепь) митохондрий. Источники электронов для функционирования дыхательной цепи. Сопряжение транспорта электронов и протонов. Структурно-функциональная организация дыхательной цепи. Особенности состава, строения и функций отдельных компонентов дыхательной цепи. Кофакторы, принимающие участие в переносе протонов и электронов. Биологический смысл многоэтапного переноса электронов по дыхательной цепи. Представление о механизмах трансмембранного транспорта протонов в дыхательной цепи. Основной путь переноса электронов (через комплекс I). Функциональное значение сукцинатдегидрогеназы (комплекс II). Взаимосвязь функционирования дыхательной цепи и не входящих в неё митохондриальных флавин-зависимых дегидрогеназ. Электрон-переносящий флавопротеин. Механизмы переноса восстановительных эквивалентов из цитозоля в митохондрии: малат-аспартатный и глицерин-3-фосфатный шунты.

Механизмы регуляции системы окислительного фосфорилирования. Дыхательный контроль: общее понятие, значение соотношения концентраций АДФ/АТФ, механизм осуществления. Разобщение окислительного фосфорилирования: определение, биологическое значение, примеры различных механизмов разобщения. Термогенин и терморегуляторная функция бурой жировой ткани, механизм её гормональной регуляции у новорожденных.

Дегидрирование субстратов как подготовительный этап для функционирования системы окислительного фосфорилирования. Понятие об общем пути катаболизма, его биологическое значение и взаимосвязь с системой окислительного фосфорилирования. Субстраты общего пути катаболизма (пируват, ацетил-КоА), основные источники их образования в клетке. Понятие о специфических путях катаболизма пищевых веществ.

Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК): биологическое значение, локализация в клетке, последовательность реакций, характеристика ферментов. Ключевые реакции ЦТК. Энергетический выход окислительного распада ацетил-КоА. Амфиболические функции ЦТК. Анаплеротические реакции - реакции, восполняющие запас промежуточных метаболитов ЦТК. Механизмы регуляции скорости реакций ЦТК. Ключевая роль ЦТК в переключении обмена веществ в клетке между катаболизмом и анаболизмом.

Окислительное декарбоксилирование пирувата: биологическое значение, локализация в клетке, строение пируватдегидрогеназного мультиферментного комплекса, последовательность реакций, механизм катализа при участии коферментов. Механизмы регуляции скорости окислительного декарбоксилирования пирувата.

Общая схема регуляции энергетического обмена в клетке внутриклеточными метаболитами и гормонами. Действие инсулина, контринсулярных гормонов, кортикостероидов и тироксина на энергетический обмен. Нарушения энергетического обмена. Основные причины гипоэнергетических состояний в клетках. Роль сукцинатдегидрогеназы и дополнительные (компенсаторные) пути образования янтарной кислоты в клетке при гипоэнергетических состояниях и гипоксии.

Углеводы: определение, особенности химического состава и строения, виды классификации, биологические функции, структурно-функциональные взаимосвязи. Углеводные компоненты сложных белков, их роль в формировании сигнальных и рецепторных молекул. Суточная потребность в углеводах, их пищевые источники. Переваривание и всасывание углеводов в желудочно-кишечном тракте человека. Нарушения переваривания и всасывания углеводов и связанные с ними заболевания человека. Транспорт углеводов в ткани. Механизм трансмембранного переноса углеводов. Трансмембранные переносчики глюкозы (GLUT), общий план их строения, тканеспецифичность, функциональные свойства, механизмы регуляции скорости транспорта глюкозы через мембраны различных типов клеток.

Основные пути обмена и утилизации глюкозы в клетке. Фосфорилирование глюкозы как начальная стадия основных путей её обмена. Гексокиназа и глюкокиназа: локализация в организме, различия в функциональны и физико-химических свойствах, особая роль глюкокиназы, механизмы регуляции активности глюкокиназы и гексокиназы в клетке. Механизмы запасания глюкозы в организме человека. Гликоген, метаболические пути его биосинтеза и мобилизации: биологическое значение, последовательность реакций, характеристика ферментов, механизмы регуляции скорости синтеза и распада гликогена, эффект гормонов, особенности запасания и мобилизации гликогена в печени и скелетной мускулатуре, влияние типа и режима питания и физических нагрузок на метаболизм гликогена. Глюкоза-6-фосфорилаза. Наследственные нарушения обмена гликогена; гликогенозы и агликогенозы.

Гликолиз: биологическая роль, общая схема процесса, последовательность реакций, обратимые и необратимые реакции, характеристика ферментов, лимитирующие стадии. Сопряжение гликолиза с общим путем катаболизма и окислительным фосфорилированием. Энергетический эффект гликолиза при наличии и в отсутствие сопряжения гликолиза с функционированием общего пути катаболизма и системы окислительного фосфорилирования. Путь вовлечения глицерина в гликолиз. Гликолитическая оксидоредукция и возможность протекания анаэробного гликолиза в тканях человека. Лактатдегидрогеназа: общая характеристика фермента, строение и субъединичный состав, изоферменты и различие их по функциональным и физико-химическим свойствам, ключевая роль лактатдегидрогеназы в переключении между анаэробным и аэробным распадом глюкозы, биологическое значение тканеспецифичного распределения изоферментов в организме человека. Анаэробный гликолиз и брожение у микроорганизмов. Эффект Пастера в клетках микроорганизмов и человека. Отсутствие эффекта Пастера в раковых клетках. Особенности катаболизма галактозы и фруктозы у человека. Механизмы включения продуктов биологического превращения галактозы и фруктозы в гликолиз. Наследственные нарушения обмена галактозы и фруктозы.

Глюконеогенез как механизм синтеза глюкозы de novo из неуглеводных предшественников. Основные субстраты глюконеогенеза, использование аминокислот и глицерина для синтеза глюкозы. Последовательность реакций глюконеогенеза. Эквивалентность обратимых реакций гликолиза и глюконеогенеза. Реакции, вовлеченные одновременно в глюконеогенез и другие метаболические пути. Пируваткарбоксилаза. Особенности глюконеогенеза в тканях, содержащих и не содержащих глюкоза-6-фосфатазу. Механизмы регуляции скорости гликолиза и глюконеогенеза, сопряжённая гормональная регуляция обоих процессов. Особенности регуляции гликолиза и глюконеогенеза в гепатоцитах, фруктоза-2,6-дифосфат как основной аллостерический регулятор, бифункциональный фермент фосфофруктокиназа-2 и гормональная регуляция её активности. Взаимосвязь регуляции гликолиза и глюконеогенеза с ритмом питания. Условия и особенности протекания и биологическое значение цикла Кори.

Пентозофосфатный путь превращения глюкозы: биологические функции, последовательность реакций, характеристика ферментов, окислительная и неокислительная стадии, обратимость реакций неокислительной стадии. Механизмы регуляции интенсивности пентозофосфатного метаболического пути, взаимосвязь пентозофосфатного пути с гликолизом и обменом пентоз. Наследственные и приобретенные нарушения пентозофосфатного пути превращения глюкозы, возможные клинические последствия. Обмен пентоз, образование дезоксирибоза-5-фосфата.

Полиольный путь обмена углеводов: образование сорбита и фруктозы из глюкозы, биологическое значение, характеристика ферментов.

Гормональный контроль обмена углеводов в организме, роль инсулина, глюкагона, катехоламинов, глюкокортикоидов и тироксина, специфические мишени действия гормонов. Нарушения регуляции углеводного обмена. Гипер- и гипогликемия. Неферментативное гликозилирование белков при гипергликемии и связанные с ним патологические состояния. Особенности обмена углеводов при сахарном диабете.

Липиды: определение, биологические функции, особенности строения, принципы классификации. Особенности строения и биологические функции высших жирных кислот. Незаменимые высшие жирные кислоты. Триацилглицеролы: строение, биологические функции, локализация в организме. Фосфолипиды: биологическая роль, основные принципы строения, физико-химические свойства, основные классы (глицерофосфолипиды и сфинголипиды). Стерины: химическое строение, биологические функции, принципы классификации. Суточная потребность в липидах, основные пищевые источники. Незаменимые факторы питания, поступающие в организм человека в составе липидов пищи. Переваривание липидов в желудочно-кишечном тракте человека. Панкреатическая липаза: принципы строения и функционирования, неактивный предшественник, активация колипазой, механизм катализируемой реакции. Желчные кислоты: химическое строение, классификация, общая схема биосинтеза, конъюгация с глицином и цистеином, роль желчных кислот в переваривании и всасывании жиров, печеночно-кишечная циркуляция, взаимосвязь состава желчи с развитием желчекаменной болезни.. Переваривание фосфолипидов. Всасывание продуктов гидролиза липидов в кишечнике. Ресинтез триацилглицеринов и образование эстерифицированного холестерина в клетках стенки кишечника. Нарушения переваривания и всасывания липидов. Стеаторея.

Транспорт липидов в организме. Липопротеины плазмы крови человека: определение, принципы структурной организации, классификация, биологические функции, места образования и утилизации, взаимопревращение липопротеинов. Основные аполипопротеины, их функции в организме. Образование и созревание хиломикронов, транспорт экзогенных жиров с лимфой и кровью. Жировая ткань и гепатоциты как мишени транспорта жиров хиломикронами. Механизмы поступления липидов из хиломикронов в адипоциты и гепатоциты. Строение, механизм действия и биологическая роль липопротеинлипазы. Методы анализа и изучения липопротеинов плазмы крови. Нарушения обмена липопротеинов и транспорта липидов с кровью. Дислипопротеинемии.

Механизмы запасания и мобилизации жирных кислот в организме человека. Синтез триглицеридов и глицерофосфолипидов: последовательность реакций, характеристика ферментов, источники глицерина и жирных кислот, механизмы регуляции, ткане-специфические особенности биосинтеза. Мобилизация жиров в жировой ткани. Механизм липогенеза, последовательность его реакций и характеристика ферментов. Гормональная регуляция липолиза. Транспорт свободных жирных кислот из адипоцитов к другим тканям. Гидролиз глицерофосфолипидов, биологическое значение различных классов фосфолипаз.

Метаболизм высших жирных кислот (ВЖК). Этапы катаболизма ВЖК. Активация ВЖК, строение, свойства и механизм действия ацил-КоА-синтетазы, регуляция её активности. Дальнейшая судьба ацил-КоА. Типы окисления ВЖК: α-, β- и ω-окисление. Механизм транспорта ацил-КоА через мембрану митохондрий, строение, механизм действия и регуляция активности ацилкарнитинтрансфераз. Митохондриальное β-окисления ВЖК: последовательность реакций, характеристика ферментов, структурно-функциональная организация процесса, сопряжение с циклом трикарбоновых кислот и окислительным фосфорилированием. Особенности митохондриального β-окисления ненасыщенных ВЖК и ВЖК с нечетным числом атомов. Механизмы регуляции митохондриального β-окисления, особенности регуляции в различных органах. Пероксисомальное β-окисление. Особенности окисления ВЖК с очень длинной углеродной цепью. Наследственные нарушения метаболических путей окислительной деградации жирных кислот.

Пространственное разделение процессов окисления и биосинтеза ВЖК. Малат-цитратная система транспорта ацетильных остатков в цитозоль. Биосинтез насыщенных ВЖК. Образование малонил-КоА ацетил-КоА-карбоксилазой, её характеристика, механизмы регуляции активности. Синтаза ВЖК млекопитающих как мультиферментный многофункциональный белковый ансамбль: особенности структурно-функциональной организации, используемые коферменты, ацилпереносящий белок, последовательность и механизм катализируемых реакций, цикличность процесса, источники атомов водорода для синтеза. Элонгация насыщенных ВЖК. Механизмы образования непредельных ВЖК в организме человека. Ацил-КоА-оксигеназа. Структура, регуляция активности и экспрессии и функционирование десатураз жирных кислот. Сопряженная регуляция биосинтеза и деградации ВЖК, эффект внутриклеточных метаболитов и гормонов.

Строение, классификация, биологическая роль, места образования и утилизации кетоновых тел. Механизм биосинтеза кетоновых тел в печени. Пути утилизации кетоновых тел как источника энергии в периферических тканях. Регуляция обмена кетоновых тел. Нарушения обмена кетоновых тел при голодании и патологических процессах, кетоз, кетонемия, кетонурия. Принципы обнаружения и количественного определения кетоновых тел в биологических образцах.

Пути поступления, использования и выведения холестерина. Биосинтез холестерина, его этапы, последовательность реакций, характеристика ферментов, лимитирующие стадии. Значение промежуточных метаболитов биосинтеза холестерина для образования убихинона и долихола. Регуляция биосинтеза холестерина. Гиперхолестеринемия: возможные причины, биохимические и клинические последствия, риск атеросклероза, роль атерогенных и антиатерогенных липопротеинов плазмы крови. Принципы количественного определения холестерина и его метаболитов в клинической диагностике. Молекулярные основы фармакологической и диетологической регуляции уровня холестерина в организме. Естественные и синтетические ингибиторы биосинтеза холестерина как лекарственные препараты.

Эйкозаноиды: определение, классификация, характеристика, пути биосинтеза и биологические функции отдельных представителей (простагландины, тромбоксаны, простациклин, лейкотриены). Ингибиторы синтеза эйкозаноидов как лекарственные препараты.

Обмен сфинголипидов, синтез церамида и его производных, наследственные и приобретенные нарушения метаболизма сфинголипидов. Обмен гликолипидов, кардиолипина и плазмалогена.

Наследственные и приобретенные нарушения регуляции обмена липидов. Ожирение. Нарушения обмена липидов при сахарном диабете.

Основные мембраны клетки и их функции. Структура компонентов плазматических мембран. Амфифильные молекулы. Их поведение в водной фазе. Образование липидного бислоя. Номенклатура липидов мембран. Фосфоглицериды, кардиолипин. Сфинголипиды, гликолипиды. Белки мембран. Белок/липидное отношение. Белки интегральные, периферические. Связь периферических белков с мембраной. Заякоривание. Типы расположения интегральных белков в мембранах. Функции мембранных белков. Рецепторы как интегральные белки. Цитоскелет на примере мембран эритроцитов. Белки клеточной адгезии. Две основные ветви синтеза мембранных белков.

Архитектоника и общие свойства мембран. Мозаичная модель. Способность к самосборке. Подвижность. Асимметрия липидов и белков в составе мембраны. Избирательная проницаемость.

Механизмы переноса веществ через мембраны. Унипорт, симпорт, антипорт. Пассивный транспорт, простая диффузия, облегченная диффузия, модель «пинг-понг». Хемо- и потенциал-зависимые ионные каналы. Первично и вторично активный транспорт. Натрий-калиевая и кальциевая АТФазы. Симпорт натрия и глюкозы. Антипорт натрия и кальция. Эндоцитоз и экзоцитоз. Виды пиноцитоза.

Трансмембранная передача и усиление сигнала.

Роль белков в питании человека. Азотистый баланс и его виды. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Норма потребления белка, коэффициент изнашивания, физиологический белковый минимум. Ферменты, переваривающие белки в желудке (оптимум рН-действия, специфичность действия, результат действия). Механизм образования соляной кислоты и ее физиологическая роль. Ферменты-пептидазы тонкого кишечника (оптимум рН-действия, специфичность действия, результат действия). Механизмы всасывания аминокислот в кишечнике. Транспорт аминокислот в организме. Перенос аминокислот через клеточные мембраны, γ-глутамильный цикл. Основные транспортные системы для нейтральных аминокислот, высокомолекулярных и ароматических аминокислот, кислых аминокислот, основных аминокислот и цистина, иминокислот и глицина.

Катаболизм эндогенных белков. Протеолиз эндогенных белков, значение катепсинов, протеосом и убихитин-зависимого протеолиза. Лизосомы, аутофагосомы, эндосомы. Вторичная лизосома. Пероксисомы. Факторы, ускоряющие их деградацию: денатурация, активация лизосом, глюкокортикоиды, тиреоидные гормоны.

Пул аминокислот в клетке, общая схема путей распада и синтеза аминокислот. Прямое окислительное дезаминирование аминокислот: условия протекания, субстраты, ферменты, кофактор, общее уравнение реакций, продукты. Глутаматдегидрогеназа: строение фермента, кофактор, уравнение реакций, регуляция фермента соотношением концентраций НАДН, АТФ+ГТФ/АДФ+ГДФ. Физиологическая роль глутаматдегидрогеназы в обмене азота аминокислот. Трансаминирование аминокислот. Общее уравнение процесса, субстраты, кофактор и механизм протекания процесса через образование шиффовых оснований. Биологическая роль трансаминаз, клиническое значение определения трансаминаз. Непрямое дезаминирование аминокислот: общая схема процесса, ферменты, субстраты, кофакторы, роль глутамата и аспартата.

Остаточный азот крови. Токсичность аммиака, пути его образования и способы утилизации. Синтез и распад глутамина и аспарагина. Использование амидной группы глутамина в синтезе мочевины, солей аммония, пуриновых нуклеотидов и т.д. Утилизация аммиака в орнитиновом цикле мочевинообразования (химизм процесса, локализация различных этапов, регуляция, количество выводимой мочевины в сутки). Наследственные нарушения орнитинового цикла - гипераммониемии, их основные причины и проявления. Глюкозо-аланиновый цикл: схема, место протекания, биологическая роль.

Декарбоксилирование аминокислот, общий вид реакции, продукты реакции декарбоксилирования (кадаверин; путресцин, его производные - спермин, спермидин; роль S-аденозил-метионина в их синтезе; гистамин; серотонин). Инактивация биогенных аминов: метилирование с участием SAM гистамина и адреналина, окислительное дезаминирование монооксидазами (МАО) дофамина, норадреналина, серотонина, ГАМК (схема процесса, кофактор МАО). Ингибиторы МАО как лекарственные препараты. Производные тирозина - катехоламины, их синтез, возможные его нарушения. Паркинсонизм, биохимические основы патогенеза и лечения. Синтез биологически активных веществ как индивидуальный путь превращения некоторых аминокислот: тирозин (меланин, тироксин), аргинин, глицин (NО, креатинфосфат), глутаминовая кислота, цистеин, глицин (глутатион), лизин (карнитин), гистидин и β-аланин (карнозин и ансерин), биологическая роль этих производных.

Судьба безазотистого остатка аминокислот. Кетогенные и глюкогенные аминокислоты. Синтез заменимых аминокислот.

Гем и гемопротеины: их строение и биологическая роль. Общая схема синтеза гема, место протекания процесса. Регуляция синтеза гема: аллостерическая регуляция АЛК-синтазы и АЛК-дегидратазы концентрацией гема; регуляция на уровне транскрипции концентрацией железа; регуляция активности АЛК-синтазы концентрацией пиридоксальфосфата и его лекарственными аналогами; и индукторы синтеза АЛК-стероиды, барбитураты, эстрогены, сульфаниламиды. Нарушения синтеза гема. Порфирии: причины, симптомы, лечение. Острая перемежающая порфирия. Врожденная эритропоэтическая порфирия. Тяжелая кожная порфирия.

Схема распада гема. «Прямой» и «непрямой» билирубин: химическое строение, биологическое значение, принципы определения в клинической диагностике. Желтухи: причины, классификация, симптомы, лечение.

Обмен железа: биороль железа в организме, источник железа, условия всасывания; транспорт в крови, депонирование; роль церулоплазмина; ферритин, трансферрин; регуляция скорости синтеза ферритина и рецепторов трансферрина. Методы оценки уровня железа в организме. Нарушение обмена железа; железодефицитная анемия, гемохроматоз.

Компоненты нуклеиновых кислот. Азотистые основания, нуклеозиды и нуклеотиды: строение, принципы классификации, номенклатура, биологическая роль.

Схема биосинтеза пуриновых нуклеотидов - происхождение атомов в ядре пурина, основной и запасные пути синтеза пуринов, регуляция. Схема биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов, основной и запасные пути синтеза, регуляция. Оротацидурия. Схема биосинтеза дезоксирибонуклеотидов, её регуляция.

Катаболизм нуклеотидов. Схема распада нуклеиновых кислот: характеристика ферменты, субстраты, продукты. Распад пуриновых нуклеотидов до мочевой кислоты: последовательность реакций, характеристика ферментов, механизмы регуляции. Нарушения распада пуриновых нуклеотидов: гиперурикемия, подагра. Ингибиторы ксантиноксидазы как лекарственные препараты. Распад пиримидиновых нуклеотидов.

Активные формы кислорода (АФК): синглетный кислород, пероксид водорода, гидроксильный радикал, пероксинитрид). Механизмы их образование в организме, причины токсичности. Физиологическая роль АФК. Повреждение мембран активными формами кислорода. Перекисное окисление липидов (ПОЛ): механизм, влияние на структуру и свойства мембран. Защита мембран от ПОЛ и репарация окислительных повреждений. Окислительное повреждение белков и нуклеиновых кислот при участии АФК. Обезвреживание АФК в организме человека. Ферментная антиоксидантная система (каталаза, супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза). Схемы процессов, биороль, место протекания. Неферментная антиоксидантная система (глутатион, витамины А, Е, С), биороль.

Биотрансформация в организме человека, её биологическое значение. Две фазы биотрансформации. Микросомальная система окисления, роль цитохрома Р₄₅₀ (схема процесса, место протекания). Фаза конъюгации в системе обезвреживания токсических веществ. Реакции конъюгации как синтетическая фаза обезвреживания токсических веществ в печени. Виды конъюгации. Связывание, транспорт и выведение ксенобиотиков и токсических метаболитов. Роль альбумина, металлотионеина и P-гликопротеина. Гниение белков в кишечнике, обезвреживание продуктов гниения. Активация канцерогенов защитными ферментными системами организма. Канцерогенность нитратов и полиароматических соединений.

Метаболизм этанола. Обезвреживание этилового спирта в печени. Биологическое значение NAD-зависимой алкогольдегидрогеназы, P₄₅₀-зависимой микросомальной этанолокисляющей системы, каталазы. Метаболизм и токсичность ацетальдегида.

Общие принципы матричных биосинтезов, ключевые этапы, биологическое значение.

Нуклеиновые кислоты как первичные носители информации для матричных биосинтезов в живых организмах. ДНК и РНК -- черты сходства и различия состава, первичной структуры, локализации в клетке, функции. Вторичная структура ДНК. Связи, стабилизирующие вторичную структуру ДНК. Антипараллельность. Суперспирализация. Денатурация и ренативация ДНК. Гибридизация ДНК-ДНК, ДНК-РНК. Особенности структурной организации ДНК-связывающих белков: участки «спираль - виток - спираль», лейциновые молнии, цинковые пальцы. Особенности первичной и пространственной структуры гистонов. Роль гистонов в формировании нуклеосом. Нуклеосомная сердцевина. Линкерная ДНК. Дальнейшая упаковка ДНК: соленоиды, петли и складки. Ковалентная модификация гистонов, ее роль в регуляции структуры и активности хроматина. Строение хроматина. Эухроматин и гетерохроматин. Хромосомы.

Репликация ДНК. Общие принципы. Инициация репликации. Топоизомеразы I, II, хеликаза их роль в релаксации сверхвитков ДНК. Двунаправленная репликация, устройство репликативной вилки. Типы ДНК-полимераз и их функции. Ленточная модель скользящих зажимов. Праймер. Фрагменты Оказаки. Механизмы исправления ошибок репликации. Терминация репликации. Теломеры и теломераза, их биологическое значение.

Повреждения ДНК и их репарация в живых организмах. Биологическое значение процессов репарации генетической информации. Причины повреждения ДНК: ошибки репликации, депуринизация, дезаминирование и алкилирование оснований, образование пиримидиновых димеров. Природа мутаций и генетическая изменчивость. Молекулярные мутации: замены, делеции, вставки нуклеотидов. Частота мутации, зависимость от условий среды (радиация, химические мутагены). Способы репарации ДНК: зависимая от метилирования, прямая, с вырезанием нуклеотида, эксцизионная, в процессе репликации.

Особенности механизмов репликации и репарации у вирусов. Ретровирусы. Обратная транскриптаза. Ретротранспозоны. Мобильные генетические элементы.

Ген как функциональная единица ДНК. Понятие о геноме. Особенности организации генома эукариот, мозаичность структурных генов, промоторы, операторы, энхансеры и сайленсеры. Три типа эукариотических генов. Цис- и транс-элементы.

Особенности первичной, вторичной и третичной структур рибосомных, транспортных и матричных РНК. Биологическая роль кэпирования мРНК. Характеристика компонентов системы синтеза РНК: субстраты, матрица кодирующая и некодирующая цепи ДНК, энергетические затраты, ферменты, белковые факторы. Этапы транскрипции, характеристика процесса. Инициация у E.coli, РНК-полимераза - роль субъединиц (α₂ВВ'δ), промоторные участки: Бокс Прибнова, старт-сайт. Расплетание ДНК и синтез РНК. Терминация транскрипции, стоп-сигналы. Особенности транскрипции у эукариот: РНК- полимераза I, II, III; промоторы: СААТ-бокс, GC-бокс, ТАТА-бокс, ТАТААА. Энхансерный элемент. Комплекс TFIID. Дополнительные факторы транскрипции.

Посттранскрипционная модификация различных классов РНК, созревание РНК. Сплайсинг. Кэпирование, образование полиаденилового хвоста, алкилирование нуклеотидов. Сайт ветвления. Сплайсома. Рибозимы. Вырезание интронов и соединение экзонов.

Трансляция - перевод языка генетического кода на язык последовательности аминокислот, колинеарность. Концепция гена в молекулярной биологии. Биологический код. Основные свойства и характеристики. Активация аминокислот, образование аминоацил-т-РНК. Аминоацил-т-РНК синтетазы, субстратная специфичность. т-РНК-адапторная молекула. Строение и функции рибосом. Сборка полипептидной цепи на рибосоме, инициация трансляции у E. coli. Последовательность Шайна-Дальгарно. Аминоацильный и пептидильный участки. Эллонгация: образование пептидной связи. Транслокация. Транслоказа. Терминация: факторы освобождения белка. Особенности синтеза белка у эукариот.

Регуляция экспрессии генов. Механизм действия гормонов, действующих через вторичный посредник цАМФ, и стероидных гормонов на генетический аппарат. цАМФ и стероид-чувствительные элементы, комплекс цАМФ-СRE. Регуляция биосинтеза белков на уровне транскрипции. Теория оперона, регуляция по типу индукции и репрессии. Катаболическая репрессия, цАМФ регулируемый белок. Структура lac-оперона E. coli, идукция аллолактозой, lac-репрессор, комплекс САР-цАМФ. Структура his-оперона. Регуляция биосинтеза белков на уровне трансляции.

Посттрансляционная модификация белков. Процессинг первичных полипептидных цепей после трансляции: частичный протеолиз, образование ковалентных связей, присоединение простетических групп, ковалентная модификация аминокислотных остатков (гликозилирование, метилирование, фосфорилирование, ацетилирование). Формирование пространственной структуры белков. Участие белков теплового шока (шаперонов). Семейство шаперонов (белков теплового шока - HSP) и их роль: молекулярные шапероны семейств HSP70 и HSP60. Структура шапиронинового комплекса. Особенности синтеза и процессинга секретируемых белков (на примере коллагена и инсулина). Синтез неактивных предшественников. Наличие лидерной последовательности. Роль эндоплазматического ретикулума. Транслокация белков. Пептидаза. Аппарат Гольджи. Полиморфизм белков и происхождение разнообразия антител. Транспозиция V-, D-, J-участков генов иммуноглобулинов как источник многообразия специфичности антител.

Наследственные болезни - результат дефектов в генотипе. Наследственная предрасположенность к некоторым болезням (биохимические основы). Технология рекомбинантных ДНК, конструирование химерных молекул ДНК и их клонирование. Молекулярные основы генной терапии наследственных заболеваний.

Основные системы межклеточной коммуникации: эндокринная, паракринная, аутокринная. Роль гормонов в системе регуляции метаболизма. Нервная и гуморальная регуляция как единая система регуляции обмена веществ в ответ на изменение условий существования организма человека. Гормоны - первичные посредники в передаче информации. Регуляция синтеза и секреции гормонов по принципу обратной связи. Классификация гормонов по химическому строению и биологическим функциям.

Клетки-мишени и клеточные рецепторы гормонов. Рецепторы цитоплазматической мембраны: связанные с G-белками; с собственной тирозинкиназной активностью. Рецепторы, локализованные в цитозоле или ядре клетки. Регуляция работы рецепторного аппарата (фосфорилирование, понижающая регуляция). Механизм передачи гормональных сигналов в клетки. Механизмы трансдукции сигналов рецепторами мембран. G белки. Циклические АМФ и ГМФ как вторичные посредники, активация протеинкиназ и фосфорилирование белков, ответственных за проявление эффекта. Фосфатидилинозитольный цикл как механизм внутриклеточной коммуникации, инозитол 1,4,5-трифосфат, инозитол 1,3,4-трифосфат и диацилглицерол - вторичные посредники передачи сигнала. Ионы кальция - вторичный посредник, регуляция уровня кальция в цитоплазме клетки, биологическая роль кальция, кальмодулин, Са²⁺-каналы. Механизм действия стероидных гормонов через ядерные и мембранные рецепторы.

Синтез и секреция пептидных гормонов. Регуляция энергетического метаболизма. Роль инсулина и контринсулярных гормонов в обеспечении гомеостаза. Роль инсулина и глюкагона в регуляции энергетического метаболизма при нормальном питании и при голодании. Изменение гормонального статуса и метаболизма при сахарном диабете. Гормон роста, строение и функции. Синтез и секреция гормонов, производных аминокислот. Гормоны щитовидной железы. Изменения метаболизма при гипо- и гипертиреозе. Причины и проявления эндемического зоба. Синтез и секреция кортикостероидов. Изменения метаболизма при гипо- и гиперкортицизме. Синдром Иценко-Кушинга. Половые гормоны, строение, влияние на обмен веществ и функции половых желез.

Регуляция водно-солевого обмена. Строение и функции альдостерона и вазопрессина. Система ренин-ангиотензин-альдостерон. Ангиотензин-конвертирующий фермент. Биохимические механизмы возникновения гипертонии, отеков, дегидратации. Роль гормонов в регуляции обмена кальция и фосфатов (паратгормон, кальцитонин и кальцитриол). Строение, биосинтез и механизм действия.

Биохимия крови. Кровь как интегрирующая часть внутренней среды организма. Особенности развития, строения и метаболизма эритроцитов. Образование и обезвреживание активных форм кислорода в эритроцитах. Транспорт кислорода и диоксида углерода: влияние парциального давления кислорода; кооперативный эффект; аллостерическая регуляция сродства гемоглобина к кислороду (эффект Бора, влияние 2,3-дифосфоглицерата); пути транспорта диоксида углерода, механизм транспорта, карбоангидраза. Гемоглобинопатии. Анемические гипоксии. Ферментопатии эритроцитов. Белковые фракции крови: понятие «фракция»; происхождение белков, методы фракционирования; распределение белковых фракций крови в норме; основные свойства белковых фракций крови; примеры индивидуальных белков каждой фракции, значение. Клиническое значение биохимического анализа крови. Свёртывающая система крови как каскад протеаз. Этапы образования фибринового сгустка. Внутренний и внешний пути свёртывания. Витамин К в свёртывании крови. Противосвёртывающая система крови. Нарушения свертывания крови. Гемофилии.

Биохимия мышечного сокращения. Структурно-молекулярная организация различных типов мышечной ткани. Важнейшие белки миофибрилл: миозин, актин, актомиозин, тропомиозин, тропонин - особенности строения и выполняемые функции. Саркоплазматические белки (миоглобин). Экстрактивные вещества мышц. Молекулярная структура миофибрилл (саркомер - функциональная единица, А- и I- диски, М- и Z-пластинки), состав толстых и тонких филаментов, особенности гладкомышечных клеток. Биохимические механизмы мышечного сокращения и расслабления: модель скользящих нитей Хью - Хаксли; механизм сокращения и расслабления поперечнополосатой мускулатуры; механизм сокращения и расслабления гладкой мускулатуры; особенности сокращения миокарда. Роль градиента одновалентных ионов и ионов кальция в регуляции мышечного сокращения. Метаболические процессы в мышечном волокне, ведущие к обеспечению энергией мышечного сокращения: (аденилаткиназная реакция, концепция креатинфосфатного челнока).

Биохимия нервной ткани. Особенности химического состава, молекулярной структурной организации и обмена веществ в нервной ткани. Миелиновые мембраны: особенности состава и структуры. Энергетический обмен в нервной ткани, значение аэробного распада глюкозы. Биохимия возникновения и проведения нервного импульса. Основные нейромедиаторные системы. Молекулярные механизмы синаптической передачи. Наследственные и приобретенные нарушения обмена веществ в нервной ткани.

Биохимия межклеточного матрикса. Значение межклеточного матрикса и соединительной ткани для жизнедеятельности организма. Структурная организация межклеточного матрикса. Особенности аминокислотного состава, структуры, биосинтеза и созревания коллагена. Роль аскорбиновой кислоты в гидроксилировании пролина и лизина. Проявления недостаточности витамина С. Полиморфизм коллагена: фибриллообразующие, ассоциированные с фибриллами, «заякоренные», микрофибриллярные типы коллагена. Особенности строения и функции эластина. Биохимия костной ткани. Природа межклеточного вещества. Особенности ферментативной активности остеокластов и остеобластов. Регуляция фосфорно-кальциевого обмена. Биохимические превращения и функциональные особенности витамина Д. Роль в фосфорно-кальциевом обмене тиреокальциотонина и паратгормона. Строение и функции глюкозаминогликанов (гиалуроновой кислоты, хондроитин-сульфатов, гепарина) и протеогликанов. Адгезивные белки межклеточного матрикса: фибронектин и ламинин, их строение и функции. Их роль в межклеточных взаимодействиях и развитии опухолей.

Биохимия почечной ткани. Почки как главный орган экскреции конечных метаболитов. Клиренс (очищение) компонента плазмы крови как показатель эффективности его выведения почками. Процесс образования мочи. Критерии оценки клубочковой фильтрации (клиренс инулина или маннитола). Молекулярные механизмы реабсорбции и секреции в почечных канальцах. Биологическое значение высокой скорости утилизации кислорода почками. Показатели смешанного клиренса (фильтарционно-реабсорбционный и фильтрационно-секреционный). Роль почек в регуляции кислотно-основного равновесия, осмотического давления жидкостей тела, водно-электролитного баланса, артериального давления, процессов эритропоэза. Гликонеогенез в почках как неэкскреторный механизм преодоления ацидоза. Тканеспецифические ферменты: глицин-амидинотрансфераза; гидроксилазы витамина D₃. Нейро-гуморальная регуляция функций почек.

Биохимия питания. Значение различных пищевых веществ в питании человека. Основные компоненты пищи. Белки. Жиры. Углеводы. Пищевые волокна. Суточные потребности. Незаменимые компоненты. Субстраты и локализация внутренних резервов пищевых молекул. Синергизм и антагонизм компонентов пищи, сбалансированность диеты. Биохимические основы рационального питания. Пищеварение в желудке. Биохимический состав желудочного сока. Механизм секреции соляной кислоты. Пепсин как основной протеолитический фермент желудка. Биохимическая основа защиты клеток слизистой желудка от агрессивного действия желудочного сока. Лабораторные исследования желудочного сока. Переваривание в тонком кишечнике. Биохимические особенности секрета поджелудочной железы, печени и кишечных желез. Протеолитические ферменты кишечника их активация и специфичность. Механизмы всасывания пищевых молекул из кишечника в кровь и транспорт их к периферическим тканям.

Витамины: определение, классификация, биологическая роль. Гиповитаминозы и гипервитаминозы. Характеристика отдельных витаминов: химическое строение, источники поступления в организм, суточная потребность, биологическая роль и механизмы её реализации, биохимические и клинические последствия недостаточности и переизбытка в организме. Витаминоподобные вещества.

редакция 28 от 3.02.2009

Разработка и оформление: Валерий Зайцев