Кафедра 1 «Радиационная физика, биофизика и экология»

Кафедра 1 “Радиационная физика, биофизика и экология”

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ БИОПОЛИМЕРОВ

( для группы Т7-01А, Т7-35)

1 - я неделя Тема 1. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ БЕЛКОВ

Общая структура курса "Физическая химия биополимеров". Белки и нуклеиновые кислоты - главные макромолекулярные компоненты живой клетки.

Структура и функции белков. Элементы вторичной структуры полипептидной цепи: правая и левая альфа-спирали, параллельная бета-структуры типа бета-изгибов. Диаграммы Рамачандраны.

2 - я неделя

Общие принципы статической механики цепных полимерных молекул. Понятие о свободно-сочлененной цепи и цепи со свободным вращением вокруг связи. Цепь Краткого-Пореда. Задача о "случайном блуждании" применительно к конформационной статистике полимеров. Возможность фазовых переходов "статистический клубок" - "глобула с опушкой" - "компактная глобула" для полимеров с линейной памятью.

Понятие о гиброфобном взаимодействии. Иерархия структурных уровней организации белков. Понятие доменов и примеры их структурно-функциональной обособленности в реальных белках. Третичная структура глобулярных белков.

3-я неделя

Биологическая роль четвертичной структуры белков. Аллостерические белки. Элементы пространственного строения фибриллярных белков.

Физико-химические основы ферментативного катализа. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Конкурентное и неконкурентное ингибирование.

4-я неделя

Качественные положения динамики химических реакций. Физика элементарного акта ферментативного катализа.

5-я неделя

Расчетные методы предсказания структуры белка. Примеры расчетов вторичной структуры белка. Понятие о методах белковой инженерии.

6-я неделя Тема 2. СТРУКТУРА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ.

Химическая структура компонентов нуклеиновых кислот: рибоза и дезоксирибоза, пуриновые и пиримидиновые основания, нуклеозиды и нуклеотиды. Полинуклеотиды. Методы определения первичной структуры ДНК и РНК. Комплементационные взаимодействия оснований. Спиральное строение полинуклеотидов. Стэккинг взаимодействия. Роль ионных взаимодействий в стабилизации и дестабилизации регулярной структуры полинуклеотидов.

7-я неделя

Модель двойной спирали Уотсона-Крика- "В-форма". Альтернативные структуры ДНК: А,Т,С,Z,Н - структуры.

Понятие о плавлении ДНК. Физика плавления и теоретическая модель процесса на основе одномерной цепи Изига. Тонкие кривые плавления. Плавление кольцевых молекул ДНК.

8-я неделя

Элементы пространственной структуры ДНК. Понятие о суперспирализации. Методы регистрации суперспиральных молекул ДНК. Биологическая роль суперспирализации и ферменты, обеспечивающие и поддерживающие суперспирализацию in vivo (топоизомеразы).

Понятие об элементах вторичной структуры РНК: двуспиральные сегменты; шпильки; боковые, внутренние и множественные петли; одноцепочечные участки. Методы расчета и экспериментального определения вторичной структуры РНК. Пространственная структура РНК.

9-я неделя Тема 3. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О БЕЛОК-НУКЛЕИНОВЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ

Типы белок-нуклеиновых взаимодействий. Неспецифические к структуре полинуклеотидов взаимодействия. Взаимодействия белков со спецификой пространственной структуры полионуклеотидов. Взаимодействия регулярных белков с ДНК.

10-я неделя

Белок-нуклеиновые взаимодействия в ВТМ; аминоацилит РНК-синтетазы и РНК; взаимодействие рибосомальных белков с рРНК и собственными мРНК.

11-я неделя

Проблема существования универсального кода взаимодействия регулярных белков со специфическими последовательностями ДНК. Конкретные примеры взаимодействия регулярных белков со специфическими последовательностями ДНК. Конкретные примеры взаимодействия: РНК-полимераза с промоторами; СI, сго- и Iас-репрессоры с соответствующими операторными участками.

Активация инициации транскрипции катаболитных оперонов с помощью комплекса САР-белка с цАМФ. Общие структурные домены регуляторных белков, узнающих большую бороздку двойной спирали В-формы ДНК - "НТН-структуры".

12-я неделя

Термодинамическая и кинетические аспекты проблемы специфических белок-нуклеиновых взаимодействий. Альтернативные модели поиска регуляторным белком специфических участков ДНК: внутримолекулярный перенос; "слайдинг".

13я неделя Тема 4. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

Общие принципы регуляции экспрессии генов. Молекулярный механизм регликации на примере плазмид различной группы несовместимости.

14-я неделя

Механизм регуляции инициации транскрипции. Обобщенная структура промотора, узнаваемого РНК-полимеразой E-coli. Негативная и позитивная регуляция. Терминация транскрипции. Фактор терминации ро. Механизм антитерминации транскрипции (продукты генов N и Q бактериофага лямбда). Молекулярный механизм аттенуации транскрипции аминокислотных оперонов.

15-я неделя

Регуляторные элементы на мРНК E-coli и полифагов. SD - последовательность и инициирующий кодон. Роль пространственной структуры мРНК в инициации трансляции. Трансляционное сопряжение генов. Строгий контроль аминокислотного голодания. Стабильность мРНК как фактор регуляции экспрессии генов. Роль З-концевых участков белков в бактериальной клетке. Посттрансляционные модификации и специфический протеолиз. Секреция белков у прокариот. Суперпозиция механизмов регуляции экспрессии прокариотических генов в конкретных системах E-coli и фага-лямбда: регуляция лактозного и триптофанового оперонов; литический цикл и установление лизогенного состояния бактериофага лямбда.

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА.

¾¾¾

Б71

Л.А.Блюмнфельд. Проблемы биологической

физики. М.:Наука, 1974.

¾¾

В71

М.В.Волькенштейн. Биофизика. М.: Наука,1988

¾¾

Л91

Б.Льюин. Гены. М.: МИР, 1987

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА.

1**

Ч.Кантор, П.Шиммел. Биофизическая химия. Т.1. М.: Мир, 1984.

2**

Итоги науки и техники ВИНИТИ АН СССР сер. Молекулярная биология, т.176"Нуклеиново-белковое узнавание", М. 1982.

¾¾

Ф83

М.Д.Франк-Каменецкий. Самая главная молекула. М.: Наука, 1983.

* - Книга находится в читальном зале.

** - Книга в библиотеке МИФИ отсутствует.