Рабочая программа дисциплины

Директор ИФБиБТ

Сапожников В.А./____________/

составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по укрупненной группе 020000 – естественные науки

Специальность 020208.65 Биохимия
Программу составил
к.б.н., проф. Титова Надежда Митрофановна __________________
Заведующий кафедрой Кратасюк В.А. _________«___»________2007__ г.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры физико-химической биологии «___» марта _______________2008 ___г. протокол № ______
Заведующий кафедрой Кратасюк В.А. _______________________
Рабочая программа обсуждена на заседании НМСИ _____________

___________________________________________________________

«______» __________________ 20____ г. протокол № _____________

Председатель НМСИ _________________________________________

(фамилия и. о., подпись)

Дополнения и изменения в учебной программе на 20_ __/20___ учебный год.

В рабочую программу вносятся следующие изменения: _____________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры _______

«____» _____________ 20___г. протокол № ________

Внесенные изменения утверждаю:

Директор ___________________________________________ института

(фамилия, и. о., подпись)

1. 
   Цели и задачи изучения дисциплины
   

1. 
   Цель преподавания дисциплины
   

В задачи дисциплины «Ксенобиохимия» входит:

• изучение путей поступления ксенобиотиков;

• рассмотрение механизмов биотрансформации ксенобиотиков в различных органах и тканях;

• рассмотрение способов выведения продуктов метаболизма ксенобиотиков из организма человека и животных;

• оценка токсических, мутагенных и канцерогенных эффектов ксенобиотиков и метаболитов их биотрансформации.

В результате освоения дисциплины обучающиеся должны

знать:

• 
  классификацию ксенобиотиков и пути их поступления в организм человека и животных;
  
• 
  основные понятия и термины, используемые в ксенобиохимии;
  
• 
  механизмы преконъюгации ксенобиотиков микросомальной монооксигеназной системой;
  
• 
  основные механизмы конъюгации метаболитов ксенобиотиков с веществами, придающими им полярный характер;
  
• 
  роль гликопротеина Р в выведении продуктов биотрансформации ксенобиотиков из организма человека и животных;
  

• 
  ориентироваться в механизмах биотрансформации ксенобиотиков;
  
• 
  использовать полученные знания при изучении специальных дисциплин;
  
• 
  систематизировать и классифицировать знания о структуре и свойствах ксенобиотиков, чужеродных для организма человека и животных веществ, полученные при изучении учебников, лекций, монографий, других источников;
  

делового общения;

работы в команде;

работы с компьютером на уровне пользователя, использования информационных технологий для решения фундаментальных и прикладных задач в области профессиональной деятельности.

Для освоения дисциплины необходимо прохождение общебиологических и химических дисциплин: ботаники, зоологии, анатомии, неорганической аналитической, органической, физической и коллоидной химии. Освоение данной программы необходимо для последующего изучения биохимии, энзимологии, физиологии животных и растений, генетики, биотехнологии, молекулярной биологии, экологии, патофизиологии, биохимические механизмы адаптации, общая и частная патология.

Вид учебной работы	Всего часов	Семестр
		6
Общая трудоемкость дисциплины	50	50
Аудиторные занятия:	30	30
лекции	15	15
практические занятия	13	13
промежуточный контроль	2	2
Самостоятельная работа:	20	20
изучение теоретического курса (ТО)	10	10
реферат	10	10
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	зачет	зачет

Ксенобиотики – чужеродные для живых организмов соединения разнообразной химической природы. Классификация ксенобиотиокв по химическому строению: белки, алкалоиды, гликозиды, хиноны и т.д. Классификация по происхождению: ксенобиотики естественного происхождения и синтетические ксенобиотики. Классификация по способу использования человеком: компоненты химического синтеза и специальных видов производств; пестициды; лекарства и косметика; пищевые добавки; топлива и масла; растворители, красители, клеи; побочные продукты химического синтеза, примеси и отходы. Классификация по условиям воздействия: загрязнители окружающей среды; производственные; бытовые;

вредные привычки и пристрастия (табак, алкоголь, наркотические средства и т.д); поражающие факторы при специальных условиях воздействия (аварии, катастрофы, диверсии). Пути поступления ксенобиотиков в организм человека и животных. Распределение ксенобиотиков по органам и тканям. Тяжелые металлы (ртуть, свинец, цинк, кадмий, золото, цис-платина, барий).
Тема 1.2. Биотрансформация ксенобиотиков: фаза I (4 часа).

Первая фаза метаболизма ксенобиотиков – модификация (преконъюгация). Два класса ферментов 1-й фазы биотрнасформации – оксидоредуктазы и гибролазы. Окисление ксенобиотиков цитохром Р450 зависимой монооксигеназной системой. Характеристика семейства цитохром Р450 монооксигеназной системы: изоформы, локализация в клетке, механизмы превращения ксенобиотиков при участии цитохрома Р450. Рнеакции, катализируемые цитохромом Р459: эпоксидирование нафталена и афлатоксина В; окислительное деалкилирование; восстановительное дегалогенизирование дихлордифенилтрихлорэтана. Индуцибельность цитохром Р450 зависимой монооксигеназной системы. Принцип действия пероксидаз. Окислительно-восстановительный цикл трансформации ксенобиотиков, сопровождающийся активацией свободноразикальных процессов в клетке. Механизмы антирадикальной защиты. Реакции гидролиза ксенобиотиков. Гидролиз эфиров на примере гидролитической деградации гербицида 2,4-дихлорфенилуксусной кислоты. Цитозольные и микросомальные эпоксигидролазы. Расщепление зарина флюорогидролазой.

Вторая фаза биотрансформации ксенобиотиков – конъюгация. Конъюгация продуктов метаболизма первой фазы биотрансформации с гидрофильными эндогенными веществами – ацетатом, сульфатом, глюкуроновой кислотой, глутатионом, аминокислотами (глицин, таурин, глутамин), катализируемая ферментами класса трансфераз. Конъюгация с глюкуроновой кислотой. Синтез активной формы глюкуроновой кислоты – UDP-глюкуроната. Образование глюкуронидов. Кишечно-печеночная циркуляция ксенобиотиков. Активная форма сульфата – 3-фосфоаденозин-S- фосфосульфат, участие в реакциях сульфатации ксенобиотиков. Конъюгация с глутатионом и цистеином. Семейство глутатион-Sтрансфераз: изоформы, локализация в клетке, механизм катализа, регуляция активности. Метилирование ксенобиотиков, роль S-аденозилметионина. О-, S-, N-метилирование. Факторы, влияющие на метаболизм чужеродных соединений: генетические и физиологические.

Основные факторы, определяющие экологическую опасность ксенобиотиков: токсичность и способность вещества к биодеградации. Токсичность вещества определяется его размерами и конформацией, физико-химическими свойствами, стабильностью в среде, наличием эпоксигрупп. Способность ксенобиотиков к биодеградации: биодеградируемые, относительно легкоразрушающиеся в окружающей среде под влиянием как абиотических, так и биотических факторов; персистентные ксенобиотики – очень устойчивые соединения, разлагающиеся крайне медленно (хлорорганические пестициды); рекальцитранные ксенобиотики – соединения, которые практически не разлагаются (тяжелые металлы и радионуклиды с большим периодом полураспада). Последствия биотрансформации молекулы ксенобиотика: ослабление токсичности, усиление токсичности, изменение характера токсического действия, инициация токсического процесса. Выведение ксенобиотиков из организма. Р-гликопротеин.

Два класса химических канцерогенов: не подвергающиеся дальнейшей активации ферментными системами; требующие метаболической активации ферментами I и II фазы биотрансформации ксенобиотиков. Этапы химического канцерогенеза. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) – бензпирен, образование ДНК-реактивных метаболитов в процессе биотрансформации. Взаимодействие бензпирена с цитозольным рецептором (белок Аh), транслокация в ядро, активация транскрипции генов (CYP1A, CYP1B, UDP-GT, GST и др.). Цитохром CYP11А1 – ключевой фермент биотрансформации ПАУ. Гетероциклические амины, образование аддуктов с ДНК, биотрансформация CYP1A2.Молекулярные мишени для канцерогенов – белки, липиды, нуклеиновые кислоты. Активация протоонкогенов, инактивация раковых супрессорных генов. Репарация ДНК.

Учебным планом не предусмотрены

Самостоятельная работа по курсу «Ксенобиохимия» включает изучение теоретического материала и написание реферата, трудоемкость – 20 часов. Самостоятельное изучение теоретического материала планируется по каждому разделу дисциплины.

При изучении курса «Интеграция клеточного обмена» студент должен подготовить реферат по одной из предложенных преподавателем тем или предложить свою тему.

Темы рефератов и задания по их написанию выдаются лектором на первой лекции вместе со списком учебной литературы.
Примерные темы рефератов:

1. Система цитохрома Р450.

2. UDP-глюкуронилтрансферазы – структура, механизм действия, биологическая роль.

3. Активный сульфат – биосинтез, роль в процессах конъюгации ксенобиотиков.

4. S-аденозилметионин – биосинтез, роль в процессах конъюгации ксенобиотиков.

5. Металлотионеины.

6. Печень – орган, играющий основную роль в детоксикации ксенобиотиков.

7. Индукция и ингибирование метаболизма лекарств.

8. Альдегиддегидрогеназы – структура, изоформы, механизм действия, биологическая роль.

9. Алкогольдегидрогеназа – структура, механизм действия, биологическая роль.

10. Диоксины. Структура, физиолого-биохимические эффекты, биотрансформация.

11. Бензпирен. Структура, биотрансформация, токсические эффекты.

12. Выведение ксенобиотиков из организма. Строение и функционирование Р-гликопротеина.

13. Микромомальные электронтрнаспортные цепи.

14. Активные формы кислорода – пути образование, характеристика.

15. Перекисное окисление липидов.

16. Ферментативная антиоксидантная система.

17. Неферментативная антиоксидантная система.

18. Механизмы репарации ДНК, поврежденной ксенобиотиками.
4 Учебно-методические материалы по дисциплине
4.1 Основная и дополнительная литература, информационные ресурсы
Основная литература

1. 
   Биохимия /Под ред. Е.С. Северина: Учебное пособие для вузов. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003. (9 экз.)
   
2. 
   Кольман Я., Рём К.-Г. Наглядная биохимия. – М.: Мир, 2004. – 469 с. (50 экз.)
   
3. 
   Николаев А.Я. Биологическая химия: учебник для медицинских вузов: рекомендовано УМО по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России. - 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицинское информационное агентство, 2004. - 565 с. (3 экз.).
   

Дополнительная литература

4. 
   Будников Г. К. Диоксины и родственные соединения как экотоксиканты // Соросовский образовательный журнал. – 1997. – № 26. – С. 38–44.
   
5. 
   Гуляева Л.Ф., Райс Р.Х. Биологические эффекты токсических соединений: Курс лекций. – Новосибирск: Изд-во Новосибирского гос. ун-та, 2005. – 204 с.
   
6. 
   Левановский Д. А. Соединения металлов в живой природе // Соросовский образовательный журнал. – 1997. – № 9. – С. 48–50.
   
7. 
   Мельников Н. Н., Мельникова Г.М Пестициды в современном мире // Соросовский образовательный журнал. – 1997. – № 4. – С. 33–37.
   
8. 
   Окружающая среда: энциклопедический словарь-справочник: пер. с нем. – М.: Прогресс, 1993. – 640 с.
   
9. 
   Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. – М.: Просвещение, 1987.
   
10. 
    Остроумов С.А. Введение в биохимическую экологию. – М.: Изд-во МГУ, 1986. – 176 с.
    
11. 
    Саловарова В.П., Приставка А.А., Берсенева О.А. Введение в биохимическую экологию. – Иркутск, Изд-во Иркутского гос. ун-та, 2007. – 160 с.
    
12. 
    Телитченко М.М., Остроумов С.А. Введение в проблемы биохимической экологии. – М. : Мир, 1982. – 420 с.
    
13. 
    Успехи биологической химии. Периодическое издание. 1998-2007.
    
14. 
    Эйхмер В. Яды в нашей пище. – М. : Мир, 1993. – 188 с.
    
15. 
    Журналы: Биомедицинская химия, Биохимия, Молекулярная биология, Успехи современной биологии, Эндокринология.
    

На лабораторных занятиях студенты выполняют работы по определенным разделам курса, решают задачи, обсуждают ключевые и трудно усваиваемые моменты теоретического материала, также проводится устный опрос студентов.

Текущий контроль осуществляется путем устного опроса, в ходе решения задач или обсуждения сложных для понимания вопросов.

Для промежуточного контроля проводится письменная контрольная работа (приложение). Контрольно-измерительные материалы состоят из тестовых вопросов и схем биотрансформации ксенобиотиков. После проведения промежуточного контроля на ближайшем занятии подробно разбираются вопросы, вызвавшие наибольшие затруднения. Итоговая аттестация – зачет.
Примерные вопросы к зачету

1. Классификация ксенобиотиков.

2. Пути поступления ксенобиотиков в организм.

3. Тканеспецифическое распределение ксенобиотиков.

4. Цитохром Р450 монооксигеназная система.

5.Реакции окисления ксенобиотиков, катализируемые Р450 монооксигеназной системой.

6. NADH-цитохром b₅- редуктаза, строение, локализация, роль в биотрансформации ксенобиотиков.

7. Гидролазы, участвующие в биотрансформации ксенобиотиков.

8. Флавиновые монооксигеназы.

9. Фаза I биотрансформации ксенобиотиков.

10. Фаза II биотрансформации ксенобиотиков.

11. Фаза III биотрансформации ксенобиотиков.

12. Характеристика и механизм действия UDP-глюкуронилтрансфераз.

13. Характеристика и механизм действия глутатион-S-трансфераз.

14. Характеристика и механизм действия сульфотрансфераз.

15. Характеристика и механизм действия ацетил и метилтрансфераз.

16. Факторы, влияющие на активность ферментов биотрансформации ксенобиотиков.

17. Метаболизм этанола в печени.

18. Реакции восстановления ксенобиотиков и ферменты, их катализирующие.

19. Тяжелые металлы. Токсические эффекты. Роль металлотионеинов в детоксикации тяжелых металлов.

20. Активные формы кислорода и их негативные эффекты.

21. Роль антиоксидантной системы в защите организма от токсического действия ксенобиотиков.

21. Мембранотропные эффекты ксенобиотиокв.

23. Химический канцерогенез.

Приложение 1

ГРАФИК

учебного процесса и самостоятельной работы студентов по дисциплине Ксенобиохимия

специальности __Биохимия_, __ИФБиБТ , __2__ курса на ___6__семестр

№ п/п

Наименование дисциплины

Семе-стр

Число аудиторных занятий

Форма контроля

Часов на самостоятельную работу

Недели учебного процесса семестра

Всего

По видам

Всего

По видам

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

1

Ксенобиохимия

6

50

Лекции – 15 Лабораторные занятия – 15

Зачет

20

ТО - 10

ТО

ТО

ТО

ТО

ТО

ТО

ТО

ТО

ТО

ТО

ТО

ТО

ТО

ТО

ТО

Реферат - 10

ВРФ

СРФ

СРФ

СРФ

СРФ

ПК

ПК

Условные обозначения: ТО – изучение теоретического курса; РФ – реферат; ВРФ – выдача темы реферата; СРФ – сдача реферата; ПК – промежуточный контроль (тестирование).

Заведующий кафедрой: Кратасюк В.А.