• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Bioenergy

2021/2022
Учебный год
ENG
Обучение ведется на английском языке
3
Кредиты
Статус:
Курс обязательный
Когда читается:
3-й курс, 3 модуль

Course Syllabus

Abstract

Биоэнергетика — это междисциплинарная наука, раздел биологии, изучающий совокупность процессов преобразования внешних ресурсов в биологически полезную работу в живых системах. Традиционно эта наука исследует такие процессы, как клеточное дыхание, фотофосфорилирование, энергизация мембран и связанный с этим транспорт, а также другие способы получения организмами энергии. Кроме того, в сферу этой науки входит изучение митохондрий как регуляторных систем, их роли в запрограммированной гибели клеток и тканей. Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает требования к образовательным результатам и результатам обучения студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности. Программа предназначена для преподавателей, ведущих дисциплину «Биоэнергетика», учебных ассистентов и студентов направления подготовки 06.03.01 Биология, обучающихся по образовательной программе «Клеточная и молекулярная биотехнология». Программа учебной дисциплины разработана в соответствии с: Образовательным стандартом НИУ ВШЭ по направлению 06.03.01 Биология; Образовательной программой «Клеточная и молекулярная биотехнология» и объединенным учебным планом по образовательной программе «Клеточная и молекулярная биотехнология». Данная учебная дисциплина включена в раздел «Профессиональный цикл» Учебного плана 06.03.01 Биология и относится к части Дисциплины по выбору. Осваивается на 4 курсе в 1-2 модуле. Изучение данной дисциплины базируется на результатах освоения дисциплины «Органическая химия для биологии и медицины», «Биохимия», «Биоинформатика», «Экология и биоэкология» и др. Основные положения дисциплины «Биоэнергетика» будут использоваться при прохождении практик на 4 курсе образовательной программы «Клеточная и молекулярная биотехнология».
Learning Objectives

Learning Objectives

  • Ознакомление студентов с современными теоретическими знаниями и последними научными достижениями о молекулярных основах превращения энергии в живых системах, структурно-функциональной организации клеточных мембран, об основных энергозапасающих и энергозатратных процессах и реакциях, протекающих внутри клеток и связанных с жизненно важными функциями организма.
  • Формирование представления о возможностях применения полученных знаний биоэнергетики в профессиональной деятельности, что является неотъемлемым этапом развития профессиональных навыков и компетенций обучающихся в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки Биология.
Expected Learning Outcomes

Expected Learning Outcomes

  • Освоение законов термодинамики в биологических системах и метаболических путей.
  • Освоение трех законов биоэнергетики и основ биомембран.
  • Освоение транспортных (митохондриальных переносчиков: АТФ/АДФ-транслоказа, переносчик фосфата, разобщающий белок) системы внутренней мембраны митохондрий: назначение и механизм функционирования.
  • Освоение ферментов гликолиза: функция, общая характеристика.
  • Знание реакции гликолиза.
  • Освоение источников электронов для е-транспортной цепи.
  • Освоение регуляторной взаимосвязи катаболизма глюкозы.
  • Освоение ферментов глюконеогенеза: функция, общая характеристика.
  • Знание реакции глюконеогенеза.
  • Освоение общей схемы и энергетического баланса, истории изучения фотосинтеза, световой и темновой фаз фотосинтеза, пигментов и их роли, реакционного центра, фотосистем, модели световых реакций (Z-схема), фотофосфорилирования (нециклическое и циклическое), С3-путь и С4-путей темновых реакций, фотодыхания у С3- и С4-растений, САМ-метаболизма.
  • Освоение аденинового фотосинтеза, бактериородопсинового фотосинтеза, хлорофилльного фотосинтеза зеленых серных, пурпурных и цианобактерий, дыхательного фосфорилирования.
  • Освоение строения и механизма работы молекулярного мотора бактерий.
Course Contents

Course Contents

  • Тема 1. Энергетика биосферы.
    Поток биологической энергии. Законы термодинамики в биологических системах. Энтропия биологических систем. Метаболизм: понятие и функции. Макроскопический аспект метаболизма. Автотрофы и гетеротрофы. Аэробы и анаэробы. Круговороты N, C, Н2O. Метаболические пути: линейные и циклические. Катаболические и анаболические пути и их взаимосвязь.
  • Тема 2. Закономерности биоэнергетики и биомембраны.
    Протонный и натриевый потенциал, три закона биоэнергетики (по В.П.Скулачеву). Мембраны: история изучения строения мембран, типы мембран в клетке и их функции, мембранные белки. Современные представления о структуре, стабильности и географии мембранных доменов. Разнообразие мембранных белков: структура, функции и локализация.
  • Тема 3. Транспортные системы мембран.
    Мембранные системы транспорта: Na/K-АТФаза (локализация, структура, реакционный цикл), Ca-АТФаза (локализация, структура, реакционный цикл), регуляция активности АТФаз. Бактериальные фосфотрансферазы, периплазматические транспортные системы, вакуолярные Н-АТФазы. Транспортные (митохондриальные переносчики: АТФ/АДФ-транслоказа, переносчик фосфата, разобщающий белок) системы внутренней мембраны митохондрий: назначение и механизм функционирования. Транспортные системы, сопряженные с переносом электронов или с поглощением света: цитохром-оксидаза, бактериородопсин. Каналы, поры, переносчики: понятия. Классификация транспортных белков, основанная на механизме их действия и энергетике. Переносчики (пермеазы, транлоказы): активные и пассивные, симпорт и антипорт и унипорт. Первичные и вторичные активные переносчики. Каналы и поры: потенцил-зависимые Na- и Са-каналы, щелевые контакты, ядерные поровые комплексы.
  • Тема 4. Катаболизм глюкозы.
    Гликолиз. Мобилизация запаса глюкозы из гликогена. Ферменты гликолиза: функция, общая характеристика. Реакции гликолиза. Энергетический баланс гликолиза. Расстройства, связанные с нарушением гликолиза. Цикл Кребса. Ферменты ЦЛК: функция, общая характеристика. Реакции ЦЛК.
  • Тема 5. ЦПЭлектронов (ЭТЦ).
    Источники электронов для е-транспортной цепи. Дыхательная цепь: комплексы, переносчики, ингибиторы. Окислительное фосфорилирование: АТФ-синтетаза (структура, ротор и статор; эксперименты по изучению механизма перекачки протонов ферментным комплексом), хемиосмотическая теория, механизм создания трансмембранного градиента протонов, общая схема окислительного фосфорилирования. Транспортные (митохондриальные переносчики: АТФ/АДФ-транслоказа, переносчик фосфата, разобщающий белок) и челночные системы внутренней мембраны митохондрий: назначение, механизм функционирования.
  • Тема 6. Регуляция катаболизма глюкозы.
    Схема регуляции. Регуляция гликолиза, ЦЛК. Регуляторные взаимосвязи катаболизма глюкозы. Рассеяние энергии дыхания при терморегуляции. Полный энергетический баланс полного окисления молекулы глюкозы.
  • Тема 7. Глюконеогенез
    Ферменты глюконеогенеза: функция, общая характеристика. Реакции глюконеогенеза. Субстраты для глюконеогенеза. Энергетический баланс глюконеогенеза.
  • Тема 8. Фотосинтез.
    Общая схема и энергетический баланс, история изучения фотосинтеза, световая и темновая фазы фотосинтеза, пигменты и их роль, реакционный центр, фотосистемы, модель световых реакций (Z-схема), фотофосфорилирование (нециклическое и циклическое), С3-путь и С4-путь темновых реакций, фотодыхание у С3- и С4-растений и их продуктивность, САМ-метаболизм.
  • Тема 9. Эволюция биологических механизмов запасания энергии.
    Адениновый фотосинтез, бактериородопсиновый фотосинтез, хлорофилльный фотосинтез зеленых серных, пурпурных и цианобактерий, дыхательное фосфорилирование.
  • Тема 10. Энергетика движения.
    Строение и механизм работы молекулярного мотора бактерий. Энергетика мышечных сокращений: строение мышечного волокна, модель скользящих нитей, рабочий цикл актомиозинового комплекса. Кинезин, динеин: строение, функции.
Assessment Elements

Assessment Elements

  • non-blocking Устный ответ_Тема 1
  • non-blocking Устный ответ_Тема 2-3
  • non-blocking Устный ответ_Тема 4-6
  • non-blocking Устный ответ_Тема 7
  • non-blocking Устный ответ_Тема 8
  • non-blocking Устный ответ_Тема 9
  • non-blocking Устный Ответ. Реферат_Тема 10
  • non-blocking Экзамен
    Билет на экзамене состоит из 3 вопросов из разных тем.
Interim Assessment

Interim Assessment

  • Interim assessment (3 module)
    0.05 * Устный Ответ. Реферат_Тема 10 + 0.05 * Устный ответ_Тема 1 + 0.1 * Устный ответ_Тема 2-3 + 0.1 * Устный ответ_Тема 4-6 + 0.05 * Устный ответ_Тема 7 + 0.05 * Устный ответ_Тема 8 + 0.05 * Устный ответ_Тема 9 + 0.55 * Экзамен
Bibliography

Bibliography

Recommended Core Bibliography

  • Нетрадиционные источники энергии: биоэнергетика : учеб. пособие / С.Н. Кузьмин, В.И. Ляшков, Ю.С. Кузьмина. — М. : ИНФРА-М, 2019. — 128 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — ww.dx.doi.org/10.12737/17709. - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/1017319
  • Основы биохимии Ленинджера. Т. 2: Биоэнергетика и метаболизм, Нельсон, Д., Кокс, М., 2017

Recommended Additional Bibliography

  • Панцхава Е.С. - Биоэнергетика в современном и будущем сельскохозяйственном производстве. Продовольственная безопасность. Гелиоэнергетика – новая научно-техническая революция XXI века - Русайнс - 2017 - 305с. - ISBN: 978-5-4365-1720-9 - Текст электронный // ЭБС BOOKRU - URL: https://book.ru/book/922846