Агрохимия

Современная биохимия уделяет особое внимание изучению белков, является материальной основой жизни (ферментов, гормонов, антител и других), изучению обмена азотистых соединений, углеводов, жиров и липидов, витаминов, минеральных веществ (в частности, микроэлементов); исследованию влияния на процессы обмена некоторых веществ, стимулирующих рост, антибиотиков и т.п. Подробно изучаются биохимические особенности нервной ткани, мышц, печени и других органов и сиатем организма. Обобщение биохимии помогают осветить эволюции органического мира и вопрос о возникновении жизни на Земле. Достижения биохимии используются в медицине (клиническая биохимия), сельском хозяйстве (зоотехническое биохимия и агробиохимия) и в пищевой и химико-фармацевтической промышленности (техническая биохимия). 

Согласно формальной классификации ВАК Украины, основные направления исследований включают[4]: 

Аминокислоты, пептиды  и белки (методы выделения и синтеза, исследование строения, свойств; синтез пептидов, изучение связи их строения с функцией).

Нуклеиновые кислоты (выделение, исследование строения, синтез и изучение химических свойств природных  и модифицированных генов, нуклеозидов, нуклеотидов, полинуклеотидов и их аналогов).

Липиды (выделение, исследование строения, синтез).

Углеводы и  их производные. Смешанные биополимеры (выделение, исследование строения, химических свойств, синтез).

Стероидные гормоны (выделение, химия стероидов, их химическая трансформация, синтез, изучение механизмов действия), витамины, коферменты.

Химические исследования природного сырья (растительного и  микробиологической) для разработки биологически активных веществ.

Новые лекарственные  препараты (поиск, синтез и изучение новых эффективных лекарственных препаратов, разработку методов выделения и химической трансформации).

Химические препараты  для химизации сельского хозяйства (пестициды, инсектициды, гербициды, акарициды, фунгициды и другие препараты  для борьбы с вредителями и  болезнями растений; регуляторы жизнедеятельности насекомых; природные феромоны, аттрактанты, репелленты и другие; синтетические регуляторы роста растений; дефолианты, десиканты и др. . регуляторы отдельных функций растений, новые эффективные препараты для повышения производительности животноводства).

Природные и  синтетические низкомолекулярные  биорегуляторы и их аналоги. 

Методы 

В современной  биохимии применяются многочисленные методы исследования. В частности, успешно  используются соединения, меченные радиоактивными и тяжелыми природными изотопами, разнообразные методы хроматографии, в частности на бумаге и других адсорбентах, с использованием электрофореза и ионообменных смол. Применяются также биологические методы. Их использование позволяет определить наличие и количество определенных соединений на основе проявлений жизнедеятельности многоклеточных животных и микроорганизмов, когда этого нельзя определить химическим способом. С помощью ультрацентрифуг, что делают 50 - 70 тыс. оборотов в минуту, сейчас разделяют и отделяют фракции белков, нуклеиновых кислот и других составных частей тканей и организмов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПРОГРАММА-МИНИМУМ 

кандидатского экзамена по специальности 

03.00.12 «Физиология  и биохимия растений»  

по биологическим и сельскохозяйственным наукам. 

Введение 

В основу настоящей  программы положены следующие разделы: основные компоненты растительного  организма и их функции; растительная клетка; биоэнергетика растительного  организма, фотосинтез, дыхание; водообмен; минеральное питание; дальний транспорт и круговорот веществ в растении; рост и развитие растений; устойчивость растений к неблагоприятным факторам; взаимодействие процессов, их интеграция и согласованное функционирование органов.  

Программа разработана  экспертным советом Высшей аттестационной комиссии по биологическим наукам.  

1. Общие вопросы 

Объекты биохимии и физиологии растений — эукариотические  фототрофные организмы. Уникальные особенности растительного организма: фото- и автотрофность. Автотрофность  в отношении усвоения минеральных элементов. Специфика обмена зеленых растений по сравнению с другими организмами. Космическая роль зеленого растения. Значение фотоавтотрофов в создании и поддержании газового состава атмосферы, водного, почвенного и климатического режима на планете. 

Организация и  координация функциональных систем зеленого растения. Физико-химический, экологический и эволюционный аспекты. 

Методологические  основы исследований в биохимии и  физиологии растений. Специфические  методы биохимии и физиологии растений. Сочетание различных уровней исследования (субклеточный, клеточный, организменный, биоценотический) в биохимии и физиологии растений. 

Физиология и  биохимия растений — теоретическая  основа растениеводства и новых  отраслей биотехнологии. 

2. Основные компоненты растительного организма и их функции 

2.1. Углеводы. 

Особенности состава  и метаболизма углеводов растений. Моносахариды, их структура и взаимопревращения, основные представители. Моносахара, как  субстраты для синтеза других веществ. Фосфорные эфиры сахарозы и нуклеозиддифосфаты - активированные формы углеводов. Взаимопревращения моносахаридов, эпимеризация, альдо-кето- изомеризация, фосфому-тазные реакции. Транскетолазные и трансальдолазные реакции. Олигосахариды, их состав, структура, основные представители. Сахароза; локализация ее синтеза и функции. Полисахариды: состав, типы связей, ветвление. Полисахариды запасные и структурные. Структура крахмала и его деградация. Образование крахмальных зерен в запасающих органах. 

2.2. Липиды. 

Общие свойства липидов, классификация, номенклатура. Насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты: классификация, синтез, катаболизм и  функции. Особенности строения ненасыщенных жирных кислот растений. Редкие жирные кислоты. Триглицериды и их функции. Полярные липиды: фосфо- и гликолипиды, их роль в обмене. Стероиды. Особенности растительных стероидов, фитостерины. Гликозиды, ацилгликозиды, эфиры стеринов. Биологические мембраны, специфика различных мембран растительной клетки. 

2.3. Аминокислоты и белки. 

Структура и  ионные свойства аминокислот. Протеиногенные аминокислоты. Амино- соединения, синтезируемые  первично из минерального азота и  синтез аминокислот. Реакции переаминирования. Ключевая роль глутаминовой кислоты  в метаболизме аминокислот. Семейства аминокислот, которые происходят из пирувата, оксалоацетата, 2-оксоглутарата, шикимата и продуктов цикла Кальвина. Функции свободных аминокислот и аминокислот в составе белковых молекул. Реакции дезаминирования и декарбоксилирования аминокислот. Аминокислоты как субстраты синтеза других азотсодержащих соединений. Небелковые аминокислоты растений. 

Первичная структура  молекулы полипептида (пептидная связь. С- и N- конец полипептида). Фибриллярные и глобулярные белки. Ионные свойства полипептидов: рКа ионогенных групп, изоэлектрическая точка. Элементы вторичной структуры белков — а-спираль и р-структура. Третичная и четвертичная структура белков. Дисульфидные и водородные связи, ионные и гидрофобные взаимодействия. Роль отдельных аминокислот в образовании и поддержании пространственной структуры белковой молекулы. Белковые комплексы. Понятие субъединицы. Функциональная классификация белков. 

2.4. Нуклеотиды  и нуклеиновые кислоты. 

Пуриновые и  пиримидиновые основания. Нуклеозиды и нуклеотиды: структура, синтез, функции. Нуклеозидполифосфаты. Циклические нуклеотиды и их роль. Нуклеотидные коферменты и переносчики соединений, их основные типы и биологическое значение. 

Нуклеиновые кислоты: первичная структура, нуклеотидный состав. Вторичная и третичная  структура ДНК. Структура РНК. Типы РНК (информационная, транспортная, рибосомальная). 

2.5. Вещества  специализированного обмена растений (вторичные метаболиты). 

Особенности соединений, которые относят к вторичным  метаболитам. Основные классы вторичных  метаболитов: строение, классификация и распространение. 

Алкалоиды: протоалкалоиды, псевдоалкалоиды, истинные алкалоиды. Основные группы истинных алкалоидов. 

Изопреноиды (терпеноиды). Основные группы изопреноидов (моно-, сескви-, ди- три- и тетратерпеноиды, полимерные изопреноиды). Каротиноиды: химическая природа и строение, физико-химические свойства. 

Фенольные соединения. Основные группы фенольных соединений (фенолокислоты, фе-нилпропаноиды, стильбены, флавоноиды и изофлавоноиды, полимерные фенольные соединения). 

Минорные классы вторичных метаболитов. Небелковые аминокислоты, цианогенные гликозиды, серусодержащие гликозиды (глюкозинолаты), растительные амины, необычные липиды (жирные кислоты, цианолипиды), беталины, полиацетиленовые производные, алкамиды, тиофены. Основные представители вторичных соединений каждого класса и их распространение среди растений разных видов. 

Пути биосинтеза основных классов вторичных метаболитов. Предшественники биосинтеза вторичных  метаболитов. Точки "ответвления" вторичного метаболизма от первичного. Модификации вторичных метаболитов (гликозилирование, гидроксилирование, метоксилирование, метилирование). Энзимология синтеза вторичных метаболитов. Основные ферменты биосинтеза алкалоидов, изопреноидов, фенольных соединений, их характеристика. Дублирование путей синтеза вторичных метаболитов. Немевалонатный путь синтеза изопреноидов, его локализация и значение. 

2.7. Ферменты  и механизмы их действия. 

Характеристика  ферментов как высокоспециализированных белковых катализаторов. Алифатическая и простетическая части фермента. Кофакторы ферментной реакции. Энергетическая основа катализа: активный центр фермента. Специфичность действия ферментов. Ферментная кинетика. Фермент-субстратный комплекс. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Величины Км и Vmax, их биологический смысл. Ингибирование ферментов. Действие рН и температуры на скорость ферментной реакции. Конкурентное, неконкурентное и необратимое ингибирование. Механизмы регуляции ферментной активности. Регуляция по принципу обратной связи: активация и ингибирование. Аллостерическая регуляция. Индукция и репрессия синтеза. Изозимы и конформеры. Регулирование с участием протеинкиназ. 

  

  

3. Растительная  клетка 

Особенности строения, структурная и функциональная организация  растительной клетки. Симбиогенная гипотеза возникновения растительной клетки. 

Ядро. Особенности  организации ядерного генома растений. Структура генома, полиморфизм растительной ДНК. Копийность разных генов и участков ДНК. Особенности метилирования  растительной ДНК и его влияние на экспрессию ядерных генов. Мобильные генетические элементы растений (транспозоны). Ретротранспозоны и ДНК-транспозоны. Ас и Ds - элементы. 

Пластидная система. Типы пластид, особенности строения, онтогенез. Геном пластид. Прокариотические черты и копийность пластидного генома. Полицистронный тип репликации пластидных генов. Мозаичная структура пластидных генов. Созревание пластидной РНК, сплайсинг и редактирование транскриптов. Стабильность пластидной РНК. Белки, кодируемые пластидным геномом. Синтез белка в пластидах и его регуляция светом. РНК-полимеразы пластид, пластидные рибосомы. Двойное кодирование (ядерное и пластидное) большинства компонентов фотосинтетического аппарата: ФС1, ФСП, b6f- комплекса, ССК, АТФ-синтазы, пластидной НАД-Н-дегидрогеназы, Rubisco. Транспорт ядерно-кодируемых белков в пластиды. Размножение и наследование пластид. 

Митохондрии растений. Особенности строения митохондрий  растений. Особенности структуры  митохондриального генома растений. Прокариотические черты и размер митохондриального генома растений. Мозаичная структура митохондриальных генов, сплайсинг и редактирование транскриптов. Белки, кодируемые митохондриальным геномом. Особенности синтеза белка в митохондриях, рибосомы митохондрий, транспорт белков и некоторых т-РНК из ядра в митохондрию. Двойное кодирование (ядерное и пластидное) большинства белков дыхательной ЭТЦ: НАД-Н-дегидрогеназы, сукцинат-дегидрогеназы, bc-комплекса, цитохром-оксидазы, АТФ-синтазы.