БИОХИМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

БИОХИМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ Рекомендуется для направления подготовки 110900 «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции» Квалификация (степень) выпускника – бакалавр 1. Введение Определение биохимии как науки. Объекты, задачи и методы биохимии. Основные открытия и достижения биохимиков в 19-веке, создавшие необходимые предпосылки для выделения биохи-мии из общего комплекса естественных наук. Важнейшие результаты биохимических исследований в первой половине 20-го века, позволившие сформулировать молекулярные концепции жиз-недеятельности различных организмов. Открытия биохимиков, связанные с изучением молеку-лярных механизмов генетических процессов, фотосинтеза, дыхания, биоэнергетических процессов. Основные направления развития современной биохимической науки. Применение достижений биохимии в промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Значение биохимии для обос-нования технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции. Ис-пользование сведений о биохимических процессах при оценке качества и безопасности продуктов микробного, растительного и животного происхождения. 2. Состав, строение и биологические функции основных органических веществ Общая характеристика и классификация углеводов. Роль углеводов в жизнедеятельности орга-низмов и формировании качества сельскохозяйственной продукции. Классификация моносахари-дов по числу углеродных атомов и составу функциональных групп, их свойства и функции в орга-низме. Оптическая изомерия моносахаридов. Образование циклических форм моносахаридов, и особенности написания их циклических формул. Альдоновые, альдаровые и уроновые кислоты. Спирты и другие восстановленные производные моносахаридов. Фосфорнокислые эфиры и ами-нопроизводные. Образование гликозидов. Биохимическая характеристика олигосахаридов и поли-сахаридов. Строение, свойства и биологические функции сахарозы, мальтозы, лактозы, целлобио-зы, β-левулина, крахмала, гликогена, полифруктозидов, клетчатки, гемицеллюлоз, пектиновых веществ, камедей и слизей. Содержание сахаров и полисахаридов в сельскохозяйственной продук-ции. Основные разновидности липидов и их значение для растений, животных и человека. Строение и функции простых липидов – жира и воска. Их различия по составу жирных кислот и спиртов. Понятие о незаменимых жирных кислотах. Константы (числа) жиров и их использование для оценки пищевой пригодности и качества растительных масел. Биохимические процессы прогоркания и высыхания растительных жиров. Классификация растительных масел в зависимости от состава жирных кислот. Состав, строение и функции основных групп фосфолипидов (фосфатидилэтаноламинов, фосфа-тидилхолинов, фосфатидилсеринов, фосфатидилгли-церинов, фосфатидилинозитов) и гликолипи-дов. Важнейшие представители стероидных липидов и их роль в организмах. Содержание липидов в продуктах растительного, животного и микробного происхождения. Строение, свойства и классификация аминокислот. Роль аминокислот в обмене азотистых ве-ществ организмов. Протеиногенные аминокислоты. Понятие о незаменимых аминокислотах. Био-химические основы получения промышленных препаратов незаменимых аминокислот. Строение, свойства и функции нуклеотидов. Состав важнейших пуриновых и пиримидиновых рибонуклеотидов и дезоксирибонуклеотидов. Образование из нуклеотидов фосфорнокислых про-изводных и коферментных группировок. Участие нуклеотидов в образовании нуклеиновых кислот. Полипептидная теория строения белков. Общая схема строения полипептидов. Первичная, вто-ричная, третичная и четвертичная структура белков и её биологическое значение. Физико-химические свойства белков. Нативная конформация и денатурация белков. Функции белков в ор-ганизме. Современная классификация белков. Аминокислотный состав белков и способы оценки их биологической ценности. Стандарты ФАО. Пути улучшения биологической ценности расти-тельных белков. Содержание и состав белков в продуктах растительного и животного происхождения. Характе-ристика кормовых белковых концентратов, используемых в сельском хозяйстве для балансирова-ния кормов по содержанию белков и незаменимых аминокислот. Значение клейковинных белков в формировании технологических свойств зерна. Роль витаминов в обмене веществ организмов и их значение в питании человека и кормлении сельскохозяйственных животных. Классификация витаминов. Биологическая роль и содержание в растительных продуктах важнейших витаминов – ретинола, кальциферола, токоферола, филлохи-нона, тиамина, рибофлавина, пиридоксина, кобаламина, никотиновой, пантотеновой, фолиевой, аскорбиновой кислот, биотина, цитрина, S-метилметионина. Понятие об антивитаминах. Меха-низм действия антивитаминов. Изменение содержания витаминов в онтогенезе растений и под влиянием условий выращивания. Возможные потери витаминов при уборке, переработке и хране-нии растительной продукции. 3. Ферменты и биохимическая энергетика Строение и общие свойства ферментов. Механизм ферментативного катализа. Природа специ-фичности действия ферментов. Основные типы коферментов. Единицы активности ферментов. Кинетика ферментативных реакций и понятие о константе Михаэлиса. Изоферменты и их биоло-гическая роль. Влияние температуры, реакции среды и концентрации субстрата на активность ферментов. Активаторы и ингибиторы ферментов. Локализация ферментативных реакций, образо-вание мультиферментных комплексов. Основы современной классификации ферментов. Основные группы оксидоредуктаз, трансфераз, гидролаз, лиаз, изомераз, лигаз и их участие в биохимических превращениях. Принципы регуляции ферментативных реакций. Аллостерические ферменты и их роль в обмене веществ организмов. Регуляция действия конститутивных и индуцибельных фер-ментов. Механизм гормональной регуляции. Образование зимогенов. Использование ферментов в биотехнологической промышленности. Характеристика термодинамических функций, используемых в биохимической энергетике (внутренняя энергия системы, энтальпия, энтропия, свободная энергия). Принципы расчёта изме-нения энтальпии, энтропии и свободной энергии в биохимических превращениях. Экзергониче-ские и эндергонические реакции и условия их осуществления. Сопряжённые реакции синтеза ве-ществ. Макроэргические соединения и их роль в процессах обмена веществ организмов. Основные типы макроэргических соединений. Роль АТФ как универсального переносчика энергии в орга-низме. Пути образования АТФ. Связь процессов обмена веществ и обмена энергии в организмах. 4. Обмен углеводов, липидов и азотистых веществ в организмах Особенности ассимиляции диоксида углерода у С3- и С4- растений. Реакции цикла Кальвина и первичный синтез углеводов в растении. Биохимические реакции анаэробной и аэробной стадии дыхания у растений и животных. Пентозо-фосфатный цикл и его биологическая роль. Синтез и превращения моносахаридов (глюкозы, фруктозы, маннозы, галактозы, рибозы, ксилозы, арабино-зы, эритрозы, глицеринового альдегида, диоксиацетона). Механизмы образования олигосахаридов и полисахаридов. Синтез и распад сахарозы, крахмала, полифруктозидов, целлюлозы, гемицеллю-лоз, пектиновых веществ. Биохимические процессы и ферменты спиртового брожения. Биохимические реакции образова-ния побочных продуктов спиртового брожения – янтарной кислоты и сивушных масел. Биохими-ческие основы молочнокислого брожения. Особенности биохимических процессов гомофермента-тивного и гетероферментативного молочнокислого брожения. Биохимический механизм масляно-кислого брожения. Особенности пропионовокислого брожения. Использование биохимических процессов брожения при переработке сельскохозяйственной продукции. Механизмы образования глицерина, насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Синтез и распад жиров, фосфолипидов и гликолипидов, Окисление глицерина и жирных кислот. Механиз-мы a-окисления и b-окисления жирных кислот. Глиоксилатный цикл и его биологическая роль. Образование углеводов из продуктов глиоксилатного цикла. Характеристика ферментов, катали-зирующих синтез и превращения липидов. Особенности биодеградации жирных кислот с разветв-лённой углеродной цепью и их экологические последствия. Пути образования аминокислот у фототрофных и хемотрофных организмов. Механизмы реакций восстановительного аминирования и переаминирования. Распад и превращения аминокислот. Ассимиляция растениями нитратного азота и причины накопления нитратов в растительной про-дукции. Особенности действия нитратредуктазы и нитритредуктазы. Возможные пути снижения концентрации нитратов в растительных продуктах. Биохимические механизмы связывания избы-точного аммонийного азота. Ассимиляция растениями амидной формы азота при некорневой под-кормке. Восстановление молекулярного азота в процессе азотфиксации. Строение и биологическая роль ДНК. Нуклеотидный состав ДНК и правила Чаргаффа. Меха-низм образования двойной спирали ДНК. Понятие о генетическом коде и кодонах. Свойства гене-тического кода. Биохимический механизм репликации ДНК и возникновения генетических мута-ций. Ферменты, катализирующие синтез полинуклеотидов ДНК. Основные типы РНК и их биологические функции. Нуклеотидный состав и строение молекул рибосомной, матричной и транспортной РНК. Основные этапы синтеза РНК. Процессинг и сплайсинг матричной РНК. Активация аминокислот и механизм их связывания с транспортными РНК. Взаимодействие матричной РНК с рибосомами и инициация синтеза полипептидов. Механизм образования полипептидов. Роль терминирующих кодонов. Скорость синтеза белков и функционирование полирибосом. Регуляция синтеза белков. Ферменты, катализирующие распад нуклеиновых кислот, нуклеотидов и белков. Продукты рас-пада пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов и их влияние на организм человека и животных. Основные группы протеолитических ферментов и их значение в формировании качества расти-тельной продукции. Связь обмена азотистых веществ с обменом углеводов и липидов. 5. Органические кислоты и вещества вторичного происхождения Биохимическая характеристика органических кислот. Значение органических кислот в жизни растений и формировании качества и технологических свойств растительной продукции. Содер-жание органических кислот в овощах, плодах и ягодах, картофеле, корнеплодах, вегетативной массе кормовых трав. Влияние природно-климатических факторов, удобрений и других условий выращивания на накопление органических кислот в растительных продуктах. Общая характеристика вторичных метаболитов. Фенольные соединения и их функции в расти-тельном организме. Важнейшие представители оксибензойных и оксикоричных кислот и их зна-чение для растений. Биологическая роль производных оксибензойных и оксикоричных кислот (ва-нилин, оксикоричные спирты, кумарины). Значение оксибензойных и оксикоричных кислот и их производных в формировании качества растительной продукции. Основные группы флавоноид-ных соединений – катехины, лейкоантоцианы, антоцианы, флаваноны, флавоны и флавонолы. Значение катехинов в формировании вкуса и цвета чая. Флавоноидные гикозиды, обладающие Р-витаминной активностью. Строение и свойства галловых, эллаговых и конденсированных форм дубильных веществ. Со-держание дубильных веществ в растительной продукции. Состав и строение лигнина различных групп растений. Содержание лигнина в растениях и его влияние на питательные свойства вегета-тивной массы кормовых трав. Состав растительных меланинов и возможные реакции их образова-ния. Влияние меланинов на качество растительной продукции. Терпеноидные соединения и их биологическая роль. Классификация терпеноидных соединений. Состав и свойства эфирных масел. Содержание эфирных масел в плодах, овощах, эфироносных растениях. Важнейшие представители алифатических и циклических монотерпенов – мирцен, линалоол, гераниол, цитронеллол, a- и b-цитрали, ментол и карвон, лимонен, a-терпинеол, пинен, камфен, борнеол, камфора. Строение, свойства и биологические функции сесквитерпенов, дитерпенов, тритерпенов, тетратерпенов и политерпенов. Особенности химического состава растительных смол. Строение, свойства и классификация алкалоидов. Значение алкалоидов в формировании каче-ства растительной продукции. Биохимическая характеристика алкалоидов – производных пириди-на и пирролидина, хинолина и изохинолина, индола, пурина, тропана, ароматических соединений. Изменение содержания алкалоидов в процессе роста и развития растений. Строение, свойства и классификация гликозидов. Значение гликозидов в формировании качест-ва растительной продукции. Биохимическая характеристика важнейших О-гликозидов – амигда-лина, пруназина, вицианина, линамарина, ванилина, глюконастурцина, арбутина, сердечных и флавоноидных гликозидов, сапонинов. Особенности строения S-гликозидов и N-гликозидов. Их содержание в растительных продуктах. Состав и строение гликоалкалоидов картофеля и других растений семейства паслёновых. Действие гликоалкалоидов на организм человека. Влияние при-родно-климатических условий, орошения, режима питания растений на накопление алкалоидов и гликозидов в растительных продуктах. 6. Биохимия растительных продуктов Химический состав зерна злаковых культур. Распределение химических веществ в Различных частях зерновки. Состав и биологическая ценность белков зерна. Химический состав и качество клейковины пшеницы. Влияние клейковинных белков на свойства клейковины. Характеристика по количеству и качеству клейковины сильной, средней и слабой пшеницы. Пигменты, содержащиеся в оболочках зерна и эндосперме. Факторы, вызывающие обесцвечивание зерна. Показатели кислотности зерна. Состав минеральных веществ зерна. Изменение содержания углеводов, липидов, витаминов, азотистых веществ и качества клейковины при созревании зерна. Влияние условий выращивания и режима питания растений на формирование качества зерна. Биохимические процессы при послеуборочном дозревании и хранении зерна. Биохимические изменения в морозобойном и суховейном зерне, при стекании зерна и его повреждении клопом-черепашкой, при прорастании зерна. Биохимические изменения в зерне при самосогревании и повреждении зерна сушкой. Накопление афлатоксинов в заплесневевшем зерне. Химический состав зерна зернобобовых культур. Особенности состава белков, углеводов, ви-таминов, минеральных веществ в семенах бобовых растений. Биохимические процессы при созре-вании, послеуборочном дозревании и хранении зерна. Влияние природно-климатических условий, орошения и режима питания растений на накопление белков и углеводов в зерне зернобобовых культур. Химический состав семян масличных растений. Характеристика растительных масел основных масличных культур. Биохимические процессы при созревании, послеуборочном дозревании и хра-нении масличных семян. Влияние природно-климатических условий, орошения и режима питания растений на накопление и качественный состав масла в семенах масличных растений. Химический состав клубней картофеля. Особенности распределения химических веществ в различных частях клубней. Изменение химического состава клубней картофеля при созревании. Формирование кулинарных и технологических свойств клубней картофеля.Факторы, снижающие накопление в клубнях картофеля редуцирующих сахаров и свободных аминокислот. Влияние природно-климатических факторов, удобрений и других условий выра-щивания на качество клубней картофеля. Биохимические процессы в клубнях картофеля при хранении. Химический состав корнеплодов. Особенности распределения сахаров, азотистых веществ и витаминов в различных частях корнеплодов. Биохимические процессы при созревании и хранении корнеплодов. Влияние природно-климатических условий, орошения и режима питания растений на накопление сахаров, витаминов и азотистых веществ в корнеплодах. Оптимизация условий сахаронакопления в корнеплодах сахарной свёклы. Химический состав кормовых трав. Изменение содержания белков, углеводов, липидов, орга-нических кислот, витаминов и минеральных веществ в вегетативной массе бобовых и злаковых трав в процессе их роста и развития. Влияние природно-климатических условий, орошения и ре-жима питания растений на формирование химического состава кормовых трав. Химический состав овощей. Особенности строения овощей и распределения в них основных химических веществ. Биохимические процессы в созревающих овощах. Формирование вкуса, аромата и питательных свойств овощей при созревании и под влиянием природно-климатических факторов, орошения, применяемых удобрений. Факторы, снижающие накопление в овощах нитра-тов. Биохимические изменения в овощах при хранении и переработке. Химический состав плодов и ягод. Особенности строения плодов и ягод и распределения в них химических веществ. Биохимические процессы в созревающих плодах и ягодах. Особенности об-мена органических кислот в созревающих плодах. Формирование вкуса, аромата и питательных свойств плодов и ягод под влиянием природно-климатических факторов, орошения, применяемых удобрений. Биохимические изменения в плодах и ягодах при хранении и переработке. 7. Биохимия молока и мяса Пищевая и биологическая ценность молока и молочных продуктов. Химический состав молока (вода, белки, липиды, углеводы, витамины, ферменты, гормоны, минеральные вещества). Сравне-ние химического состава коровьего молока с молоком других видов животных. Физико-химические и бактерицидные свойства молока. Белково-липидные комплексы молока. Молоко как питательный субстрат для бактерий. Пороки молока биохимического происхождения. Химический состав молозива. Физико-химические изменения молока при нагревании и охлаждении, замораживании и меха-нических воздействиях, при хранении, транспортировке и первичной обработке. Биохимические и физико-химические процессы при изготовлении молочных продуктов (масла, сыра, кисломолоч-ных продуктов, молочных консервов). Биохимические изменения компонентов молока при пере-работке. Брожение молочного сахара. Гидролиз и окисление липидов. Распад белков и изменения аминокислот. Вкусовые и ароматические вещества молочных продуктов. Химический состав вто-ричного молочного сырья и молочно-белковых концентратов. Пищевая и биологическая ценность мяса и мясопродуктов. Химический состав мяса. Биохимия мышечной, жировой, соединительной, костной и хрящевой тканей. Биохимия крови и субпродук-тов. Биохимические процессы в мясе после убоя (посмертное окоченение, созревание, загар мяса). Биохимические изменения мяса при хранении, замораживании и дефростации. Повышение устой-чивости мяса и мясопродуктов при хранении и переработке. Действие химических консервантов, антибиотиков, фитонцидов. Химические изменения мяса при посоле. Действие поваренной соли, сахара, нитратов и нитритов. Физико-химические изменения мяса при термической обработке, копчении. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины: а) основная литература: 1. Рогожин В.В. Биохимия животных.-СПб.: ГИОРД, 2009.-552 с. 2. Рогожин В.В. Биохимия молока и мяса.-СПб.: ГИОРД, 2012.-456 с. 3. Рогожин В.В. Биохимия растений.-СПб.: ГИОРД, 2012.-432 с. 4. Новиков Н.Н. Биохимия растений. – М.: КолосС, 2010, – 679 с. 5. Жарова Т.В. Биохимия мяса и молока. – М.: Изд. РГАУ – МСХА имени К.А.Тимирязева, 2005, – 283 с. б) дополнительная литература: 1. Рогожин В.В. Биохимия молока и молочных продуктов.-СПб.: ГИОРД, 2006.-320 с. 2. Рогожин В.В. Биохимия мышц и мяса.-СПб.: ГИОРД, 2006.-240 с. 3. Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Практикум по биохимии молока и молочных продуктов.-СПб.: ГИОРД, 2008.-224 с. 4. Рогожин В.В. Практикум по биологической химии.-СПб.: Из-во «Лань», 2006.-256 с. 5. Берёзов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. – М.: Медицина, 2002, – 528 с. 6. Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. – М.: Мир, 1986, – 422 с. 7. Досон Р., Эллиот Д., Эллиот У., Джонс К. Справочник биохимика. – М.: Мир, 1991, – 453 с. 8. Запромётов М.Н. Фенольные соединения и их роль в жизни растений. – М.: Наука, 1996, – 45 с. 9. Казаков Е.Д., Карпиленко Г.П. Биохимия зерна и хлебопродуктов. – СПб.: Гиорд, 2005, – 510 с.