Рабочая программа - Технология продуктов питания

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ И ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра органической, физической, биологической химии

и микробиологии

Биохимия

Рабочая программа, методические указания к самостоятельной работе и

контрольные задания для студентов заочной формы обучения

специальностей 260202, 260204, 260301, 260302, 260303, 260504, 280201 и

направления 260100 заочной формы обучения

Санкт-Петербург 2009

УДК 633.1+633.85

Биохимия / А.Г. Шлейкин, А.Н. Бландов, Н.Н. Скворцова, Н.Т.

Жилинская, Д.В. Дуденко. Рабочая программа, метод. указания к само-

стоятельной работе и контрольные задания для студентов спец. 260202,

260204, 260301, 260302, 260303, 260504, 280201 и направления 260100

заочной формы обучения.- СПб.: СПбГУНиПТ, 2009. - 25 с.

Даны методические рекомендации к самостоятельной работе и рабочая программа

дисциплины «Биохимия» для студентов технологических специальностей и

бакалавров направления «Технология продуктов питания». Представлены варианты

контрольных работ для студентов тех же специальностей, обучающихся по заочной

форме обучения. Приведен список рекомендуемой литературы.

Рецензент

Доктор техн. наук, проф. В. С. Колодязная

Рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом

университета

и пищевых технологий, 2009

ВВЕДЕНИЕ

Биологическая химия является одной из базовых дисциплин в подготовке

бакалавра/инженера по направлению «Технология продуктов питания».

Опираясь на знания неорганической, аналитической, физической и

органической химии, биохимия формирует представления о химическом

составе клеток и тканей живых организмов, а также о молекулярных

механизмах, лежащих в основе жизнедеятельности.

Изучение физико-химических свойств природных соединений, основных

закономерностей протекания химических процессов в биологических

тканях и участвующих в них ферментных систем создает научную базу

для рационального использования пищевого сырья, а также применения

способов его технологической переработки и хранения готовых

продуктов, обеспечивающих максимальную сохранность их пищевой

ценности.

Цель и задачи дисциплины

Цель изучения биохимии - подготовка студентов к освоению технологий

производства и хранения пищевых продуктов путем формирования у

будущих специалистов научных представлений о строении, свойствах,

биологической роли и процессах обмена биогенных веществ.

В результате изучения дисциплины студент должен знать:

- химический состав биологических тканей, строение веществ,

входящих в состав живых организмов;

- роль природных соединений в жизнедеятельности организма;

- механизмы действия ферментов и их роль в обменных процессах;

- реакции обмена веществ в тканях человека, животных и растений;

- механизмы регуляции обмена веществ и клеточного гомео-

стаза;

- процессы трансформации энергии в живых организмах;

- механизм передачи наследственной информации;

- основные методы биохимических исследований;

уметь:

- проводить качественный и количественный анализ биологи-

ческого материала;

- работать с биохимическим оборудованием и аппаратурой;

- применять теоретические знания в решении технологических

задач;

- использовать биохимические методы при определении био-

логической и пищевой ценности продуктов питания;

- получить навыки экспериментальных исследований;

- ориентироваться в источниках информации по биологической

химии.

Изучение биологической химии базируется на знаниях, полученных при

изучении дисциплин: физика, разделы: биофизика, термодинамика,

оптика, строение вещества; неорганическая и аналитическая химия,

разделы: строение атомов и молекул, валентность, механизмы реакций,

комплексные соединения, аналитические реагенты, методы анализа

веществ; органическая химия; физическая химия, разделы: химическая

термодинамика, кинетика, катализ.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. Статическая биохимия: белки, ферменты, незаменимые

низкомолекулярные вещества

Тема 1.1. Содержание биохимии и её значение в технологии

продуктов питания

Характеристика биологической химии как научной отрасли и учебной

дисциплины. Основные этапы развития науки. Место биохимии в системе

подготовки технолога пищевого профиля. Роль биохимии в развитии

науки о питании. Значение биохимии в пищевых технологиях. Связь

биохимии с другими дисциплинами. Основные разделы дисциплины -

статическая и динамическая биохимия. Методология изучения биохимии.

Методы биохимических исследований. Строение клетки как основной

морфологической единицы животных и растений. Основные направления

современных научных исследований. Специальная литература, учебники

и учебные пособия. Самостоятельная работа студента: работа с учебником

[1, с. 3-14.]

Тема 1.2. Молекулярное строение белков и пептидов

Биологическая роль белков и пептидов. Функции белков в организме.

Источники пищевого белка. Элементарный состав белков растительного и

животного происхождения. Строение аминокислот, входящих в состав

белков. Классификация и физико-химические свойства природных

аминокислот. Реакционноспособность функциональных групп и боковых

радикалов аминокислот. Заменимые и незаменимые аминокислоты.

Структурная организация белковой молекулы. Характеристика первичной

структуры белка, ее биологическая роль и методы определения.

Особенности строения пептидной связи. Вторичная структура, её

разновидности и биологическое значение. Роль водородных связей в

формировании вторичной структуры.

Третичная структура, условия ее формирования и роль в функ-

ционировании белков. Роль нековалентных и дисульфидных связей в

стабилизации третичной структуры. Глобулярные и фибриллярные белки,

их пространственное строение, локализация в тканях и биологические

функции. Четвертичная структура как высшая форма организации

белковых молекул. Кооперативный эффект в мультимерных белках.

Лабораторное занятие № 1. Методы идентификации белков и

аминокислот: универсальные и специфические цветные реакции на белки

и пептиды, хроматография аминокислот.

Самостоятельная работа студента: работа с учебником [1, с. 15-23, 46-77].

Выполнение тестовых заданий по строению аминокислот, пептидов и

белков.

Тема 1.3. Физико-химические свойства, методы исследования и

классификация простых белков

Молекулярная масса, размеры белковых молекул, растворимость в воде и

солевых растворах, заряд белка, изоэлектрическая точка. Свойства

белковых растворов. Факторы стабилизации водных растворов белка.

Условия формирования гидратной оболочки белковых молекул. Влияние

заряда белка на устойчивость белка в растворе. Влияние физических и

химических факторов на структуру белковых молекул.

Денатурация белков. Изменения структуры и биологических функций при

денатурации. Виды денатурации. Факторы, вызывающие денатурацию,

механизмы, биологическое значение, практическое применение

обратимой и необратимой денатурации. Методы выделения и

фракционирования белков. Количественное определение белков в

биологических средах.

Простые белки. Классификация, аминокислотный состав и биологическая

роль простых белков. Особенности состава и свойств белков

растительного и животного происхождения. Сравнительная физико-

химическая характеристика основных групп простых белков: альбуминов

и глобулинов, гистонов и протаминов, глю-телинов и проламинов.

Биологическая и пищевая ценность белков.

Лабораторные занятия № 2, 3. Методы осаждения белков; высаливание и

его практическое применение; определение изоэлектриче-ской точки

белков; количественное определение белка методом Кьельдаля;

определение аминного азота методом формольного титрования.

Самостоятельная работа студента: работа с учебником [1, с. 24-37].

Выполнение тестовых заданий по классификации и физико-

химическим свойствам белков.

Тема 1.4. Классификация, строение и биологические функции

сложных белков

Сложные белки. Классификация, строение, тканевая и внутриклеточная

локализация сложных белков. Апопротеины и простетиче-ские группы.

Биологическая роль основных групп сложных белков: нуклео-, хромо-,

липо-, глико-, металло- и фосфопротеинов. Нуклеопротеины. Химическое

строение и функции азотистых оснований, нуклеозидов, нуклеотидов и

нуклеиновых кислот. ДНК, особенности строения и структурной

организации, роль в хранении и передаче генетической информации. РНК,

разновидности, особенности химического строения, структуры и

биологических функций. Биологический код и его основные свойства.

Комплементарность азотистых оснований. Правила Чаргаффа.

Хромопротеины и их биологические функции. Основные представители

гемопротеинов. Строение гема и хлорофилла. Гемоглобин, структурная

организация, биологическая роль, особенности регуляции. Миоглобин,

строение, биологическая роль, различия с гемоглобином. Производные

гемо- и миоглобина. Влияние метмиоглобина на цвет мясных изделий.

Цитохромы и гемсодержащие ферменты, особенности их строения и

механизма действия. Флавопротеины. Биологическая роль ФМН- и ФАД-

содержащих белков. Наиболее важные представители металло- и

фосфопротеинов и их биологические функции. Строение и

физиологическая роль глико- и липопротеинов.

Лабораторные занятия № 4, 5. Выделение сложных белков: ну-

клеопротеинов из дрожжей, казеина из молока и гликопротеинов из

слюны; гидролиз сложных белков и качественное определение их

компонентов; количественное определение содержания ДНК в дрожжах.

Самостоятельная работа студента: работа с учебником [1, с. 80-94].

Выполнение тестовых заданий по сложным белкам и нуклеиновым

кислотам.

Тема 1.5. Ферменты

Химическая природа ферментов. Общие свойства ферментов с другими

катализаторами. Отличия ферментов от небелковых катализаторов.

Механизм действия ферментов. Энергия активации и энергетический

барьер. Активный и аллостерический центры и их роль. Строение

активного центра. Роль контактного и каталитического участков.

Двухкомпонентные ферменты. Роль коферментов в ферментативном

катализе. Изоферменты. Мультиэнзимные комплексы.

Влияние температуры, рН среды и концентрации субстрата на активность

ферментов. Кинетика ферментативного катализа. Уравнение Михаэлиса -

Ментен. Константа Михаэлиса и максимальная скорость реакции.

Графический метод расчета кинетических констант. Механизмы

регуляции активности ферментов. Активаторы и ингибиторы. Виды

ингибирования и их практическое значение.

Классификация и номенклатура ферментов. Шифр фермента. Единицы

ферментативной активности и принципы ее определения. Роль ферментов

в обмене веществ. Техническая энзимология. Использование ферментных

препаратов в пищевых технологиях. Промышленное производство

ферментов.

Лабораторные занятия № 6, 7. Специфичность действия ферментов;

влияние температуры, рН, активаторов и ингибиторов на активность

ферментов; количественное определение активности амилазы, трипсина и

липазы в пищевом сырье.

Самостоятельная работа студента: работа с учебником [1, с. 95-146].

Выполнение тестовых заданий по ферментам.

Тема. 1.6. Незаменимые факторы питания

Незаменимые пищевые компоненты, требующиеся в микроколичествах

для нормальной жизнедеятельности. Витамины: классификация,

природные источники; гипо-, гипер- и авитаминозы. Провитамины.

Антивитамины. Водорастворимые витамины В1, В2, В3, В5, В6: химическое

строение, суточная потребность, механизмы биологического действия,

коферментные функции.

Аскорбиновая кислота: окислительно-восстановительные свойства,

участие в реакциях гидроксилирования, антиоксидантное действие.

Физиологические функции аскорбиновой кислоты. Условия, влияющие на

потребность организма в витамине С. Изменения витаминов при

переработке пищевого сырья и хранении продуктов питания. Применение

аскорбиновой кислоты в производстве пищевых продуктов.

Жирорастворимые витамины А, Д, Е, К. Строение, природные источники,

суточная потребность, биологические функции. Факторы, влияющие на

потребность человека в жирорастворимых витаминах. Молекулярные

механизмы их действия и антиоксидантные свойства. Применение

жирорастворимых витаминов и их аналогов в производстве продуктов

питания. Минеральные вещества. Макро- и микроэлементы, их

природные источники и роль в обмене веществ.

Лабораторные занятия № 8, 9. Качественные реакции на витамины;

количественное определение витамина С в продуктах питания; влияние

физических и химических факторов на сохранность аскорбиновой

кислоты; количественное определение глутатиона в дрожжах;

определение концентрации кальция в продуктах. Самостоятельная работа

студента: работа с учебником [1, с. 147-177].

Выполнение тестовых заданий по витаминам и минеральным веществам.

Раздел 2. Введение в обмен веществ. Биологическое окисление

Тема 2.1. Анаболизм и катаболизм. Первая стадия катаболизма

Свойства живой материи. Роль энергии в поддержании постоянства

внутриклеточной среды. Биологические источники энергии. Обмен

веществ как фундаментальное свойство живых организмов.

Эндэргонические и экзэргонические реакции. Связь обмена веществ и

энергии в природе. Анаболизм и катаболизм, их значение и взаимосвязь -

метаболизм. Три стадии катаболизма. Первая стадия катаболизма.

Ферменты желудочно-кишечного тракта и лизосом, катализирующие

реакции гидролиза макромолекул: протеазы, гликозидазы, нуклеазы и

липазы. Всасывание продуктов гидролиза. Самостоятельная работа

студента: работа с учебником [1, с. 178-188]. Решение тестовых заданий

по теме.

Тема 2.2. Тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование

Особенности биологического окисления, протекающего в живых тканях.

Тканевое дыхание - основной источник энергии в организме человека и

животных. Строение митохондрий. Дыхательная цепь ферментов в

митохондриях. Строение НАД- и ФАД-зависимых дегидрогеназ и

цитохромов. Механизм передачи электронов по цепи тканевого дыхания.

Окислительно-восстановительный потенциал компонентов дыхательной

цепи.

Макроэргические связи и их роль в аккумуляции энергии. Строение АТФ.

Источники и пути использования АТФ. Сопряжение тканевого дыхания и

окислительного фосфорилирования. Механизм синтеза АТФ путем

окислительного фосфорилирования. Хемиоосмо-тическая теория Митчела

- Уилсона. Эффективность тканевого дыхания, коэффициент Р/О.

Разобщители и ингибиторы тканевого дыхания и окислительного

фосфорилирования.

Самостоятельная работа студента: работа с учебником [1, с. 411-416].

Решение тестовых заданий по теме.

Раздел 3. Обмен веществ

Тема 3.1. Обмен углеводов

Строение, свойства и биологическое значение углеводов. Содержание

углеводов в продуктах питания. Потребность человека в углеводах. Роль

крахмала и гликогена. Промышленное получение углеводов.

Использование углеводов в производстве пищевых продуктов.

Дихотомический и апотомический пути распада глюкозы. Анаэробное

окисление глюкозы. Биологическое значение и энергетическая

эффективность гликолиза. Механизм субстратного фосфори-лирования.

Обмен молочной кислоты. Молочнокислое и спиртовое брожение и их

использование в биотехнологии. Пентозофосфатный путь обмена

глюкозы и его биологическое значение. Фотосинтез, световая и темновая

фазы. Роль фотосинтеза в биологических и биотехнологических

процессах.

Аэробное окисление глюкозы. Внутриклеточная локализация процесса.

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты.

Образование и пути использования активной формы уксусной кислоты -

ацетил-коэнзима А. Цикл трикарбоновых кислот. Энерго-поставляющие

реакции цикла, его роль в интеграции обмена веществ и энергетическая

эффективность.

Лабораторное занятие № 10. Количественное определение углеводов в

пищевых продуктах йодо- и поляриметрическим методами.

Самостоятельная работа студента: работа с учебником [1, с. 306-369].

Выполнение тестовых заданий по обмену углеводов.

Тема 3.2. Обмен липидов

Классификация, строение, и физико-химические свойства отдельных

групп липидов. Классификация и особенности строения природных

жирных кислот. Пищевые источники и биологические функции

насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Полиненасыщенные

жирные кислоты как незаменимые пищевые факторы. Свойства жиров,

жировые константы. Роль жиров в организме. Механизмы прогоркания

жиров. Перекисное окисление липидов и его роль в порче жиров.

Природные и синтетические антиоксиданты и их применение в пищевой

промышленности.

Глицеро- и сфингофосфолипиды как структурная основа биологических

мембран. Амфифильность фосфолипидов. Стерины. Роль свободного

холестерина и его производных. Стерины растительного происхождения и

их пищевое значение. Промышленное получение липидов и их

использование в пищевых целях.

Физиологическая роль жиров. Механизм в-окисления высших жирных

кислот. Стадии окисления. Роль митохондрий. Образование

восстановленных коферментов и их энергетическое значение. Пути

использования ацетил-коэнзима А. Расчет энергии окисления жирных

кислот. Причины и следствия неполного сгорания ацетил-коэнзима А в

ЦТК.

Синтез липидов. Механизм биологического синтеза высших жирных

кислот. Строение и роль ацил- переносящего белка. Источники ацетил-

коэнзима А и восстановленного НАДФ для синтеза жирных кислот,