ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Цель курса: изложить основные закономерности трансформации энергии в живых
системах.
Задачи курса:
- теоретическое освоение знаний о молекулярных превращениях энергии в живых
системах и о механизмах регуляции энергообмена;
- приобретение навыков решения задач по биоэнергетике
Место в системе социогуманитарного образования: Биоэнергетика – наука,
занимающаяся изучением закономерностей преобразования энергии в живых организмах.
Эта наука стоит на стыке теоретической физики, биологии и математики.
Требования к уровню освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны:
- овладеть необходимыми теоретическими знаниями об основных закономерностях
трансформации энергии в клетке;
- иметь опыт решения по биоэнергетике;
- иметь представление о механизмах регуляции энергетического обмена в норме и
при патологии.
Формы и методы проведения занятий
Лекции, семинары, контрольные работы, тестирование, коллоквиумы.
Тематический план
№
п/п
Объем учебного времени по формам
работы
(в часах)
Наименование тем дисциплины
Лекции Семинары Самост.
работа
Введение (предмет и задачи, краткий
исторический обзор работ по
биоэнергетике)
0,5
1. Термодинамика биологических
процессов
1,5 2 10
2. Энергетика различных типов
взаимодействий в макромолекулах.
Потенциал переноса групп.
22
3 Молекулярные основы превращения
энергии в живых системах.
18 6 17
4 Регуляция энергетического обмена 21
ВСЕГО ПО РАЗДЕЛАМ:24830
ИТОГО:54
4
II. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение (предмет и задачи, краткий исторический обзор работ по биоэнергетике) (0,5
ауд.часа).
Тема 1. Термодинамика биологических процессов (3,5 ауд. часа)
Законы термодинамики. Понятия энтропии, энтальпии, свободной энергии.
Термодинамика метаболических циклов. Механизмы энергетического сопряжения в
химических реакциях Расчет стандартных свободных энергий.
Тема 2. Энергетика различных типов взаимодействий в макромолекулах. Потенциал
переноса групп. (2 ауд. часа)
Взаимодействия Ван-дер-Ваальса. Электростатическое взаимодействие. Водородная связь.
Пептидная связь. Гидрофобные взаимодействия. Энергетические эффекты гидратации.
Механизмы переноса электрона. Перенос электрона по белковой цепи. Механизмы
миграции энергии в биосистемах. Потенциал переноса групп.
Тема 3. Молекулярные основы превращения энергии в живых системах (24 ауд. часа).
Живые клетки – открытые термодинамические системы. Современные представления об
энергопреобразующих "молекулярных машинах" живой клетки. Структурные
особенности энергопреобразующих органелл живой клетки (хлоропластов, митохондрий,
хромопластов). Субстратное фосфорилирование в гликолизе и цикле Кребса.
Трансформация энергии в биомембранах. Цепь переноса электронов и окислительное
фосфорилирование. Строение и функции мембран митохондрий. Характеристика
компонентов электрон-транспортной цепи. Н+-АТФ-аза митохондрий. Функциональные
состояния митохондрий (по Чансу). Хемиосмотическая теория Митчелла. Разобщители и
ингибиторы субстратного и окислительного фосфорилирования. Термодинамическая
эффективность гликолиза и дыхания. Использование метаболизма для выработки тепла:
термогенные ткани. Фотосинтез. Строение хлоропластов. Суммарная схема фотосинтеза.
Строение фотосинтетического пигментного аппарата и миграция энергии. Реакция Р.
Хилла. Световая и темновая стадии фотосинтеза. Фотосистема l и фотосистема ll.
Электрон-транспортная система фотосинтеза. Фотосинтетическое фосфорилирование.
Термодинамические аспекты фотосинтеза. Механизмы регуляции процесса фотосинтеза.
Преобразование химической энергии в механическую в системах биологической
подвижности на примере мышечного сокращения. Преобразование энергии при передаче
сигнала от гормонов и нейромедиаторов внутрь клетки. Бактериородопсин.
Молекулярные основы зрительной рецепции. Фотохимический цикл родопсина.
Тема 4. Регуляция энергетического обмена (2 ауд. часа)
III. ТЕМАТИКА РЕФЕРАТОВ
Для самостоятельной работы студентов
К теме 1.
1. Проблема энтропии, информации и биологической упорядоченности.
2. Методы регистрации трансмембранной разности протонного потенциала.
3. Процессы самоорганизации в распределенных биологических системах.
4. Критерий самопроизвольности процесса.
К теме 2.
1. Энергии связей и приближенные методы оценки термодинамических величин.
2. Константы образования и константы диссоциации молекул.
3. Изменение свободной энергии при ферментативном катализе.
К теме 3.
1. Химическая природа хромофоров зрительных пигментов.
