Раздел 1. Клетка как целостная, динамическая система
Тема 1. Супрамолекулярные системы – мост между неживой и живой материей.
Вопрос 1. Основные этапы развития. Основные открытия.
Краткое содержание первого вопроса. Определение предмета молекулярной биологии. Становление молекулярной биологии как науки. Примеры.
Вопрос 2. Понятие о супрамолекулярных системах. Межмолекулярные взаимодействия. Краткое содержание второго вопроса. Супрамолекулярные системы – мост между неживой и живой материей. Понятие об основных типах нековалентных взаимодействий: гость-хозяин, наведенное соответствие, дисперсионное, ван дер Ваальсово, Кулоновское, гидрофобное взаимодействие. Примеры.
Вопрос 3. Роль окружающей среды в межмолекулярных взаимодействиях. Структура воды. Краткое содержание третьего вопроса. Трехмерная сетка водородных связей в воде, как пример кооперативного взаимодействия. Примеры.
Лабораторное занятие 1. Супрамолекулярные системы – мост между
неживой и живой материей.
Краткое содержание практического занятия. Занятие 1. Понятие об основных типах нековалентных взаимодействий: гость-хозяин, наведенное соответствие, дисперсионное, Ван-дерВаальсово, Кулоновское, гидрофобное взаимодействие.
Структура воды. Трехмерная сетка водородных связей в воде, как пример кооперативного взаимодействия. Механизм Гротгуса.
Трехмерная организация органических полимеров в клетке в зависимости от ближнего окружения. Истинный и кажущийся объем молекул. Понятие об исключенном объеме и его роли в организации клеточных процессов и трехмерного строения органических полимеров и клетки. Эффекты исключенного объема. Самоорганизация коллективов молекул. Понятие о супрамолекулярных системах. Межмолекулярные взаимодействия. Роль среды окружения в межмолекулярных взаимодействиях.
Тема 2. Клетка как целостная, динамическая система. Системный анализ организации живого вещества. Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов. Клеточный цикл.
Вопрос 1. Эффекты исключенного объема и их роль в организации трехмерной структуры биомолекул, биохимических и регуляторных процессов.
Краткое содержание первого вопроса. Клеточная мембрана, как структура, обеспечивающая химическое единство и постоянство состава. Роль клеточных мембран в информационном взаимодействии. Эффекты исключенного объема в организации компартментов, регуляции клеточных химических взаимодействий и трехмерной организации белков и нуклеиновых кислот. Примеры.
Вопрос 2. Трехмерное строение клетки.
Краткое содержание второго вопроса. Роль цитоскелета и электростатических градиентов в организации направленного транспорта внутри клетки. Связь между трехмерным строением клетки и ее функцией. Примеры.
Лабораторное занятие 2. Клетка как целостная, динамическая система. Системный анализ организации живого вещества. Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов. Клеточный цикл.
Краткое содержание практического занятия. Клетка как целостная живая система. Строение биологической мембраны, как основного строительного компонента клетки. Механизм действия биологической мембраны. Виды биологических мембран. Трехмерная организация системы клеточных мембран – компартменты. Роль цитосклета. Взаимодействие органических молекул в клеточной мембране. Полное уравнение Нернста. Взаимодействие клеточных мембран с водой, эффекты эпитаксии и исключенного объема. Понятие о клеточном цикле.
Самостоятельная работа: разработка мультимедийных презентаций по теме занятия.
Тема 3. Особенности филогенеза прокариот и эукариот. Обмен веществ. Структура биологических мембран. Трехмерное строение клетки.
Лабораторное занятие 3. Особенности филогенеза прокариот и эукариот. Обмен веществ, роль оболочки клетки в этом процессе. Структура биологических мембран. Трехмерное строение клетки.
Краткое содержание практического занятия. Происхождение эукариот – теория симбиогенеза. Общая характеристика мембран. Строение и состав мембран мембран, и их роль в обмене веществ и энергии. Транспорт веществ через мембраны. Трансмембранная передача сигналов. Роль мембран в регуляции метаболизма, транспорте веществ в клетку и удалении метаболитов. Молекулярные механизмы действия гормонов и других сигнальных молекул на органымишени. Основные способы переноса веществ через мембраны. Главные компоненты и этапы трансмембранной передачи сигналов гормонов, медиаторов, цитокинов, эйкозаноидов. Трехмерное строение клеточного скелета и его роль в функциональной специализации клетки.
Самостоятельная работа: разработка мультимедийных презентаций по теме занятия.
Тема 4. Универсальность строительных и функциональных блоков на молекулярном уровне организации биологических систем
Лабораторное занятие 4. Универсальность строительных и функциональных блоков на молекулярном уровне организации биологических систем
Краткое содержание практического занятия. Характеристика белков. Видоспецифичность белков. Функции белков. Аминокислотный состав белков. Структурная организация белков: первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры. α-Спираль и β-структура белка. Биосинтез белка. Этапы биосинтеза. Процесс формирования пространственной структуры белкафолдинг. Молекулярные шапероны. Деградация белков в клетке.
Самостоятельная работа: Методы молекулярной генетики (Реферат – методы, используемые в молекулярной генетике: матрицы экспрессии РНК, гибридизация нуклеиновых кислот, клонирование генов и ДНК, получение белков с помощью рекомбинантных молекул ДНК, праймеров, соответствующих известным генам, рекомбинантных молекул ДНК, детекция мутаций с обязательным секвенированием, занимаемых ими сегментов, анализ изображений флюоресцентно меченных нуклеотидов, выделение РНК, детекция мутаций, коррекция генома, секвенирование ДНК).
Тема 5. Коллоквиум «Клетка как целостная, динамическая система»
Лабораторное занятие 5. Письменный тестовый контроль знаний на основе тестовых заданий, содержащих теоретические вопросы и задачи по молекулярной биологии.
Тема 6. Нуклеиновые кислоты: структурная организация ДНК. Химическая структура и пространственная организация ДНК, стабилизирующие взаимодействия в структурах. Полиморфизм ДНК. Ядерные, экстраядерные, транспозируемые ДНК.
Вирусные ДНК. Гетерокомплексы с ДНК.
Вопрос 1. Репликация ДНК, понятие о репликтоме. Виды ДНК.
Краткое содержание первого вопроса. Методы, используемые в молекулярной биологии. Нуклеиновые кислоты – история открытия, доказательства генетической роли нуклеиновых кислот. Макромолекулярная структура ДНК. Полиморфизм двойной спирали. Структура и функции РНК. Виды РНК. Виды ДНК. Репликация ДНК. Белки и ферменты, участвующие в репликации ДНК (ДНК-полимеразы, ДНК-праймазы, ДНК-лигазы, ДНК-хеликазы), SSB-белки. Этапы репликации. Репликация теломерных участков хромосом. Примеры.
Вопрос 2. Репарация ДНК.
Краткое содержание второго вопроса. Виды повреждений ДНК. Способы репарации ДНК. Примеры. Вопрос 3. РНК мир, виды РНК, РНК интерференция.
Краткое содержание третьего вопроса. Понятие о РНК мире, как предбиологической фазе становления жизни. Классификация РНК. РНК интерференция как способ регуляции транскрипционной активности. Примеры.
Лабораторное занятие 6. Нуклеиновые кислоты: структурная организация ДНК. Химическая структура и пространственная организация ДНК, стабилизирующие взаимодействия в структурах. Полиморфизм ДНК. Ядерные, экстраядерные, транспозируемые ДНК.
Краткое содержание практического занятия. Нуклеиновые кислоты – история открытия, доказательства генетической роли нуклеиновых кислот. Макромолекулярная структура ДНК. Полиморфизм двойной спирали. Структура и функции РНК. Виды РНК. Матричные синтезы. Репликация ДНК. Белки и ферменты, участвующие в репликации ДНК (ДНК-полимеразы, ДНК-праймазы, ДНК-лигазы, ДНК-хеликазы), SSB-белки. Этапы репликации. Репликация теломерных участков хромосом. Транскрипция. Регуляция транскрипции. Процессинг транскриптов.
Самостоятельная работа: Подготовка мультимедийных презентаций по теме занятия.
Тема 7. Организация хромосом и биологические функции ДНК
Вопрос 1. Регуляция процессов экспрессии ДНК.
Краткое содержание первого вопроса. Структура генома эукариот. Уникальные последовательности. Гены, кодирующие белки, регуляторные элементы генов. Тандемные повторы. Мини и микросаттелиты.
Вопрос 2. Понятие об эпигеноме.
Краткое содержание второго вопроса. Подвижные генетические элементы эукариот. Программа «Геном человека». Метилирование ДНК. Геномный импритинг.
Лабораторное занятие 7. Организация хромосом и биологические функции ДНК
Краткое содержание практического занятия. Кодирование, хранение и передача наследственной информации. Различия геномов ядра и митохондрий. Трехмерная организация генома. Определение гена. Различия структуры гена у про- иэукариот. Репликативные процессы. Понятие о репликативных машинах и машинах трансляции.
Самостоятельная работа: Подготовка мультимедийных презентаций по теме занятия. Тема 8. Решение задач по молекулярной биологии
Тема 9. Репарация ДНК. Механизмы мутаций. Молекулярные основы генетической рекомбинации. Сплайсинг, его виды, роль в иммунном ответе.
Краткое содержание практического занятия. Причины и механизмы повреждения ДНК. Процессы репарации ДНК, их молекулярное обеспечение. Сплайсинг мРНК и его виды. Альтернативный сплайсинг на примере подбора антител к антигену.
Самостоятельная работа. Строение и функционирование рибосом (Реферат – рибосома, как машина трансляции. Рибосомальные РНК, активный центр рибосомы. Цитозольные и митохондриальные рибосомы, различия рибосом про- иэукариот. Рибосомальные белки, белки спутники рибосом. Трехмерная организация рибосом. Этапы образования рибосом в клетке.
Клеточная топология образования рибосомальных РНК, белков и сборки субъединиц рибосомы. Сборка рибосомы в машину трансляции. Участки бактериальных рибосом, являющиеся объектом атаки бактериостатических антибиотиков.).
Тема 10. Структурная организация РНК. Функции и разнообразие РНК. Структуры РНК и их стабилизация. Транскрипция и процессинг мРНК. Генетический код. Транскрипция и процессинг тРНК. Структура и функции рРНК.
Вопрос 1. ДНК-полимеразы, ДНК-ревертазы. Белки-помощники транскрипции. Организация репликации. Трехмерное кооперативное взаимодействие активных и неактивных участков генома.
Краткое содержание первого вопроса. Классификация и трехмерная структура полимераз. SSB-белки их роль в транскрипции. Трехмерная структура генома. Машины репликации и транскрипции. Лабораторное занятие 10. Структурная организация РНК. Функции и разнообразие РНК. Структуры РНК и их стабилизация. Транскрипция и процессинг мРНК. Генетический код. Транскрипция и процессинг тРНК. Структура и функции рРНК.
Краткое содержание практического занятия. РНК мир. Клетка, как среда существования РНК. Классификация РНК, понятие о РНКи РН-омах. Трехмерная структура РНК, однои двуцепочечные РНК. Обеспечение стабильности РНК. Функции различных видов РНК. РНК-интерференция. Эпигеном.
Самостоятельная работа: Подготовка мультимедийных презентаций по теме занятия.
Тема 11. Основные направления прикладной молекулярной биологии: генная инженерия. Методы генной инженерии. Рестрикция ДНК, гибридизация нуклеиновых кислот, клонирование. Химический синтез гена. Генетическая трансформация. Конструирование микробных клеток. Лабораторное занятие 11. Основные направления прикладной молекулярной биологии: генная инженерия. Методы генной инженерии. Рестрикция ДНК, гибридизация нуклеиновых кислот, клонирование. Химический синтез гена. Генетическая трансформация. Конструирование микробных клеток. Получение трансгенных организмов.
Краткое содержание практического занятия. Генная инженерия, как сумма методов, позволяющих переносить гены из одного организма в другой. Конструирование новых биологических объектов. Получение трансгенных организмов (ГМО) для фармации и диагностики в медицине. Искусственное оплодотворение и множественное зачатие. Проблема введения нужного гена в нужную группу клеток эукариотического организма.
Самостоятельная работа. Подготовка мультимедийных презентаций.
Тема 12. Коллоквиум «Структура и функции нуклеиновых кислот»
Лабораторное занятие 12. Письменный тестовый контроль знаний на основе тестовых заданий, содержащих теоретические вопросы и задачи по молекулярной биологии.
Тема 13. Трансляция. Различия трансляционных механизмов у про- иэукариот.
Вопрос 1. Рибосомные гены, гены тРНК, гены гистонов.
Краткое содержание первого вопроса. Трехмерная структура рибосом. Эволюция механизмов трансляции и рибосом. Консервативные и неконсервативные гены и белки. Классификация гистоновых белков.
Вопрос 2. Сплайсинг и его виды. Роль альтернативного сплайсинга в обучении лимфоцитов. Понятие о «патологических» белках-маркерах.
Краткое содержание второго вопроса. Различия образования информационных РНК у про- иэукариот. Созревание информационной РНК у прокариота. Механизмы классического и альтернативного сплайсинга. Рекомбинативное чтение генома. Кризис понятия ген.
Вопрос 3. Протеом про- иэукариот.
Краткое содержание третьего вопроса. Генетические и белковые маркеры патологических процессов. Понятие о протеоме и метаболоме. Предективная медицина.
Лабораторное занятие 13. Трансляция. Различия трансляционных механизмов у про-
иэукариот.
Краткое содержание практического занятия. Структура генома эукариот. Уникальные последовательности. Гены, кодирующие белки, регуляторные элементы генов. Рибосомные гены, гены тРНК, гены гистонов. Тандемные повторы. Минии микросателлиты. Этапы транскрипции (инициация, элонгация, терминация), различия процесса транскрипции про- иэукариот. Самостоятельная работа: Подготовка мультимедийных презентаций по теме занятия.
Вопрос 1 Классификация видов посттрансляционной модификации белков. Сплайсинг белка.
Краткое содержание 1вопроса. Ферментативная и не ферментативная посттрансляционная модификация белков. Сплайсинг белка как пример аутокатализа белков при формировании нативнйо структуры.
Вопрос 2. Фолдинг и патологический фолдинг белка.
Краткое содержание второго вопроса. Спонтанный и регулируемый фолдинг белков. Белки теплового шока – шапероны и шаперонины. Расплавленная глобула. Ферменты фолдинга белков. Вопрос 3. Убиквитирование и сумолилирование белков. Прионы и амилоиды.
Краткое содержание третьего вопроса. Мечение белков, утративших свою функциональность. Роль протеасом в механизмах удаления белков из клетки. Прионизация белков и образование амилоида как пример супрамолекулярного взаимодействия с образованием наноструктур, обладающих патологической функциональностью.
Лабораторное занятие 14. Посттрансляционная модификация белков,
процессы хранения и удаления белков. Прионы. Амилоиды.
Краткое содержание практического занятия. Понятие о пострансляционной модификации белков ее виды. Биорегулирующие функции и патогенетическая роль протеолиза Убиквитин
протеасомный путь распада белков. Роль шаперонов в протеолизе. Протеасомы. АТФ-зависимый протеолиз. Дисфолдинг на примере амилоидов и прионов. Биологические функции амилоидов.
Самостоятельная работа. Подготовка мультимедийных презентаций.
Тема 15. Апоптоз и процессы онкогенеза.
Вопрос 1. Апоптоз.
Краткое содержание перовго вопроса. Роль апоптоза в формировании тканей, органов и организма. Соотношение процессов апоптоза и пролиферации как причина патологии и старения организма. Физиологический и активированный апоптоз, отличия его от некроза клеток. Супрамолекулярные процессы образования супрамолекулярных структур апоптоза, роль каспаз и белка р53.
Вопрос 2. Окогенез.
Краткое содержание второго вопроса. Генетические и белковые маркеры онкогенеза. Виды онкогенов и их классификация. Роль белков теплового шока в механизмах онкогенеза.
Лабораторное
занятие 15. Апоптоз
и процессы онкогенеза.
Краткое содержание практического занятия. Апоптоз, как процесс программируемой гибели клеток, его роль в патологических процессах и старении. Равновесие пролиферативных и апоптотических процессов. Нарушение апоптоза, как причина образования клонов онкоклеток. Онкогены и антионкогены. Белок р53, как мишень действия онкогенов. Онкомаркеры. Подвижные генетические элементы эукариот. Программа «Геном человека».
Самостоятельная работа. Подготовка мультимедийных презентаций. Тема 16. Коллоквиум «Молекулярная биология белков»
Лабораторное занятие 16. Письменный итоговый тестовый контроль знаний на основе тестовых заданий, содержащих теоретические вопросы и задачи по молекулярной биологии.