Page 1

1 КАБІНЕТ МІНІСТРІВ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ ФАКУЛЬТЕТ ЕКОЛОГІЇ І БІОТЕХНОЛОГІЇ

Кафедра екобіотехнології та біорізноманіття

“ЗАТВЕРДЖУЮ” Декан факультету біотехнології ______________ Ю.В. Коломієць “____” ________________ 2012 р.

НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНИЙ КОМПЛЕКС дисципліни

“ МОЛЕКУЛЯРНА БІОЛОГІЯ” для підготовки фахівців напряму 0514 «Біотехнологія» зі спеціальності 8.05140105 – «Екологічна біотехнологія та біоенергетика» в аграрних вищих навчальних закладах ІІІ-ІV рівнів акредитації

КИЇВ-2012


2 КАБІНЕТ МІНІСТРІВ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ ФАКУЛЬТЕТ БІОТЕХНОЛОГІЇ

Кафедра екобіотехнології та біорізноманіття “ЗАТВЕРДЖУЮ” Декан факультету біотехнології ___________ Ю.В. Коломієць “____” ________________ 2012 р.

РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА дисципліни

“ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ” Денна форма навчання для підготовки фахівців напряму 0514 «Біотехнологія» зі спеціальності 8.05140105 – «Екологічна біотехнологія та біоенергетика» в аграрних вищих навчальних закладах ІІІ-ІV рівнів акредитації

ОКР «Бакалавр» Семестр - 8 Розподіл годин по семестрах: 1 семестр - 133 год. Число тижнів - 13 Число кредитів ECTS – 2,8 Лекцій – 26год. Практичних занять − 26 год Самостійна робота під керівництвом НПП − 26 год. Самостійна робота – 30 год. Форма контролю: іспит

КИЇВ-2012


3

Робоча навчальна програма складена Коломієць Ю.В. на основі типової навчальної програми „Основи молекулярної біології”, обговорена та схвалена на засіданні кафедри екобіотехнології та біорізноманіття 22 травня 2012 р., протокол № 19 В.о. завідувача кафедри екобіотехнології та біорізноманіття кандидат біол. наук, доцент.

Кляченко О.Л.

Програму розглянуто та схвалено Вченою радою факультету біотехнології, протокол № 10 від 25 травня 2012 р. Голова навчально-методичної ради факультету біотехнології, доцент Секретар навчально-методичної ради з напряму «Біотехнологія», доцент

Укладач: Коломієць Ю.В., доцент, к.б.н.

Коломієць Ю.В.

Марченко О.А.


4

АНОТАЦІЯ навчальної дисципліни «Основи молекулярної біології» зі спеціальності 6.092900 – «Екобіотехнологія» В курсі «Основи молекулярної біології» вивчаються …… Навчальний курс складається із …. змістових модулів, які включають …теоретичних тем, … семінарсько-практичних, … тем та розрахункових завдань для самостійного опрацювання, що дозволяє …


5

ПЕРЕДМОВА 1.1. Місце і роль дисципліни в системі підготовки фахівців Молекулярна біологія вивчає молекулярні основи життєдіяльності клітини. Основними носіями генетичної інформації є нуклеїнові кислоти (ДНК і РНК), в курсі досить детально і в той же доступно для студентів викладаються структура цих макромолекул і механізми їх функціонування. З іншого боку, важливими молекулами, функціонування яких лежить в основі життєдіяльності, є білки. Це – молекули життя, так як основні функції живих істот здійснюються через них. Передбачається розгляд структури і ролі цих біологічних макромолекул в різних аспектах життя – від збереження генетичної інформації в молекулах нуклеїнових кислот і ролі біосинтезу білків для життя до молекулярних основ еволюції. 1.2. Завдання вивчення дисципліни Метою даного курсу є ознайомлення студентів з сучасним станом наукових досліджень і сферами практичного використання даної дисципліни, Завдання курсу полягає у формуванні у студентів уявлення про єдність біологічних систем, що проявляється в подібності структурної і хімічної організації, а також фундаментальних молекулярно-біологічних процесів, що відрізняють їх від об’єктів неживої природи. Особлива увага приділяється механізмам, які забезпечують збереження і реалізацію генетичної інформації в клітині, яка є основною структурою будь-якого організму. 1.3. Вимоги щодо знань і вмінь, набутих внаслідок вивчення дисципліни Згідно з навчальним планом підготовки бакалаврів з напряму "Основи молекулярної біології" на вивчення дисципліни відведено 52 годин, з яких: лекційних – 26 годин, семінарсько-практичних (лабораторних) занять – 26 годин, на самостійну роботу студента – 30 годин. Контроль знань та умінь студентів здійснюється шляхом зарахування рефератів, практичних робіт, вирішення тестових завдань для перевірки знань. Підсумкова форма контролю – іспит. 1.4. Перелік дисциплін, засвоєння яких необхідне для вивчення дисципліни Вивчення дисципліни «Основи молекулярної біології» базується на знаннях, які студенти набувають при вивченні нормативної частини ОПП – циклів підготовки гуманітарної та соціально-економічної, природничо-наукової, професійної та практичної і вибіркової частини – дисциплін за вибором університету та студента.


6

Курс читається після одержання фундаментальної підготовки з дисциплін: «Біоінженерія», «Вступ до фаху». 2. СТУКТУРА ПРОГРАМИ НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ “ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ” Курс:

Напрям, спеціальність, освітньо-кваліфікаційний рівень

(підготовка бакалаврів)

Форма навчання: очна (денна) Кількість кредитів, відповідних ЕСТS: 2,2

Шифр та назва напряму 0929 Біотехнологія Шифр та назва спеціальності 6.092900 Екобіотехнологія

Модулів: 3 Змістових модулів: 3 Загальна кількість годин: 52 Тижневих годин: 4

Освітньо-кваліфікаційний рівень Бакалавр

№ п/п

1 2 3 4 5 6 7

Характеристика навчальної дисципліни Обов’язкова (За вибором) Рік підготовки: 4 Семестр: 8 Лекційні заняття Практичні: • семінарські заняття: кількість годин • лабораторні заняття: кількість годин Самостійна робота: 30год Вид контролю: іспит

3. ОРІЄНТОВНА СТРУКТУРА ЗАЛІКОВОГО КУРСУ Назва теми Лекційні Практичні Самост. заняття (семінарські, робота лабораторні) студентів заняття Змістовий модуль І. Назва модуля Назва теми

к-сть год.

к-сть год.

к-сть год.

Структура нуклеїнових кислот Реплікація ДНК Реплікони у еукаріот Локальна ампліфікація ділянок ДНК Помилки реплікації

1

1

1

1 1

1 1

1 1

1

1

1

1

1

1

Транскрипція прокаріот Промотор у еукаріот

1

1

1

1

1

1

у

Індивід. робота


7

8 9 10

1 1 1

1 1 1

1 1 1

11

Хроматин Процесінг РНК Зворотня транскрипція Репарація ДНК

1

1

1

12 13

Рекомбінація Генна конверсія

1 2

1 2

1 2

14

Сайтспецифічна рекомбінація Рухливі елементи геномів Загальна схема біосинтезу білка Відкриття транспортних РНК Рибосомні білки Ініціація трансляції Елонгація

2

2

2

1

1

1

2

2

2

1

1

1

1 1 1

1 1 1

1 1 1

Регуляція трансляції у прокаріот Регуляція трансляції у еукаріот

1

1

1

1

1

1

15 16 17 18 19 20 21 22


8

3. МОДУЛЬНА СТРУКТУРА ДИСЦИПЛІНИ „ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ”

МОДУЛЬ

Модульна структура дисципліни

Т.1. Т.2. Т.3. Т.4. Змістовий модуль І.

Змістовий модуль ІІ.

Змістовий модуль ІІ.

Т.5. Т.6. Т.7. Т.8. Т.9. Т.10. Т.11.

Структура нуклеїнових кислот Реплікація ДНК Реплікони у еукаріот Локальна ампліфікація ділянок ДНК Помилки реплікації Транскрипція у прокаріот Промотор у еукаріот Хроматин Процесінг РНК Зворотня транскрипція Репарація ДНК

Т.12. Т.13.

Рекомбінація Генна конверсія

Т.14. Т.15. Т.16.

Сайтспецифічна рекомбінація Рухливі елементи геномів Репарація ДНК

Т.17. Т.18.

Рекомбінація Генна конверсія

Т.19. Т.20. Т.21.

Сайтспецифічна рекомбінація Рухливі елементи геномів Репарація ДНК

Т.22.

Рекомбінація

Підсумковий контроль знань Іспит за рейтингом

Форма контролю

Тест

Тест

Тест

Підсумкови й тест


9

4. ЗМІСТ НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ „ ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ ” ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ І.

Тема 1. Структура нуклеїнових кислот – 1 год Основні закони спадковості. Типи нуклеїнових кислот (ДНК, РНК) і їх розповсюдження в природних біологічних системах. Докази генетичної функції ДНК. Принцип комплементарності. Фізичні параметри конформаційних форм ДНК. Хімічний склад нуклеїнових кислот. Закономірності нуклеотидного складу ДНК і правила Чаргаффа. Принцип будови і функціонування ДНК. Структурна модель ДНК Дж. Уотсона і Ф. Кріка. Суперспіралізація. Топоізомерази і топоізомери ДНК. Типи топоізомераз. Тема 2. Реплікація основної частини ДНК – 1 год Точність відтворювання ДНК. Полімерази, які приймають участь в реплікації, їхня ферментативна активність. Вилка реплікації, що відбувається на відстаючому ланцюзі. Ферменти в реплікаційній вилці. ДНК-полімераза кишкової палочки. Поняття про процесивність. Роль димерної структури в координації синтезу ДНК на комплементарних ланцюгах. Особливості ДНК-полімераз еукаріот. Регуляція ініціації реплікації у E. coli. Структура ділянки старту реплікації (origin). Структурні переходи ДНК в районі старту реплікації. Поняття про реплікатор. Роль метилювання в регуляції реплікації. Термінація реплікації у бактерій. Особливості регуляції реплікації плазмід. Тема 3. Реплікони у еукаріот – 1 год Реплікони у еукаріот, їхня мінливість. Поняття про стаціонарні „реплікативні фабрики”. Ori у дріжджів, їхня структурно-функціональна організація. Молекулярні механізми, які зв’язують клітинний цикл і реплікацію ДНК. Цикліни і протеінкінази. Протоонкогени, які приймають участь в регуляції клітинного циклу. Розклад реплікації ділянок хромосом в клітинному циклі. Проблема реплікації лінійного незамкнутого фрагмента ДНК. Теломера. Теломераза, особливості структурної організації (РНК-компонент). Теорія старіння в зв’язку з динамікою структури теломери. Неканонічні структури ДНК в районі теломерних послідовностей. ДНК в районі центромери, особливості структурної організації. Реплікативне метилювання ДНК. Модифікації 5метилцитозина і мутації. Метилаза у еукаріот. 5-азацитидин як інгібітор метилювання. Імпритінг. Біологічні послідовності. Докази ролі метилювання в розвитку хребетних. Тема 4. Локальна ампліфікація ділянок ДНК – 1 год Локальна ампліфікація ділянок ДНК в розвитку, що забезпечує переваги росту. Можливі механізми локальної ампліфікації. Амплікон. Уявлення про еволюцію мультигенних родин. Реплікація за типом „рухомого обруча” (плазмідна, фагова ДНК).


10

Тема 5. Помилки реплікації – 1 год Помилки реплікації, обумовлені ковзанням ланцюгів при реплікації. Механізм утворення коротких повторів. Мікро- і мінісателіти. Короткі тандемні повтори, які визначають геномний рестрикційний поліморфізм. „Експансія триплетів”, хромосомні хвороби і рак. Тема 6. Транскрипція у прокаріот – 1 год Особливості структури РНК-полімерази. σ-фактори. Стадії транскрипційного циклу. Реплікація і транскрипція. Суперспіралізація і транскрипція. Сигма 54. „Еукаріотичні елементи” в регуляції транскрипції. Термінація транскрипції. Полярні мутації. Негативна і позитивна регуляція транскрипції. САР-білок. Регуляція транскрипції в розвитку фага λ. Принципи впізнавання ДНК регуляторними білками. Аттенюація транскрипції. Тема 7. Промотор у еукаріот – 1 год Базальна транскрипція. Фактори транскрипції. Поняття про cis-діючі елементи. Трансактивація транкрипції. Енхансери і сайленсери. „Модулі” послідовностей ДНК, які впізнаються специфічними білками. Роль „зворотньої генетики” в розвитку уявлення про регуляцію транскрипції у еукаріот. Білкові домени, які впізнають специфічні послідовності ДНК. Гомеодомен і гениселектори. „Лейцинова молнія”, „цинкові пальці”. Рецептори гормонів, їх типи і особливості впізнавання ДНК. Рецептори-сироти. Ретиноєва кислота. Елементи консерватизму в системах регуляції транскрипції. Зовнішні сигнали, які активують транскрипцію генів. Система передачі сигналів. Родина проонкогенів Jun, Fos. Альтернативи при виборі шляхів розвитку: диференціація/проліферація. Ap1 і CRE сайти в промоторах. Транскрипційні фактори в розвитку багатоклітинних організмів. Поняття про морфогени, приклади. ДНК-зв’язуючі домени. Просторово обмежені морфогенетичні градієнти. Особливості структури промоторів генів, які приймають участь у встановленні рисунку експресії факторів транскрипції. Тема 8. Хроматин – 1 год Структурна організація нуклеосом. Нуклеосоми і транскрипція. Модифікація гістонів і динамічна структура хроматину. Зборка нуклеосом, її етапи, нуклеоплазмін. Закономірності розташування нуклеосом відносно промоторів і „оріджинів” початку реплікації („фейзинг” нуклеосом). Уявлення про „перемоделювання” хроматину. Активне перемоделювання. Роль нуклеосомних структур в активації експресії гена. Особливості структури хроматину статевих хромосом в зв’язку з компенсацією різниці числа генів Ххромосом у різних статей. Уявлення про петльову організацію хромосом. Ядерний матрикс. Локус-контролюючі райони і „інсулятори”. Внутрішньоядерна архітектура хромосом. Уявлення трансвекції. Тема 9. Процесінг РНК – 1 год


11

Визначення процесінгу. Інтрони, сплайсінг. Класифікація інтронів. Інтрони групи 1. Особливості структури і механізми сплайсінгу. Рибозими, їх специфічність. Можливості використання для „нокауту” мРНК і хіміотерапії. Інтрони групи 2, механізм сплайсінгу. Інтрони груп 1 і 2 у різних організмів (еволюційні зв’язки). Сплайсінг пре-мРНК в ядрі. Роль малих ядерних РНК і білкових фаторів. Сплайсосома. Особливості процесінгу тРНК і рРНК у бактерій. Особливості процесінгу рРНК в ядерці. РНКаза Р як рибозим. Транс-сплайсінг, його розповсюдження. Альтернативний сплайсінг, приклади. Біологічні наслідки альтернативного сплайсінгу. Редагування РНК. Молекулярні механізми. Типи редагування (приклади). Редагування і проблеми встановлення біологічного коду. Тема 10. Зворотня транскрипція – 1 год Роль зворотньої транскриптази в еволюції і мінливості геному. Ретротранспозони, їх типи. Роль в підтримці інтактності теломер. Ретротранспозони, які містять довгі кінцеві повтори. Ту-елемент дріжджів. Псевдогени. Можливі джерела зворотньої транскриптази. ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ ІІ.

Тема 11. Репарація ДНК – 1 год Пряма репарація тимінових димерів і метилювання гуаніну. Глікозилази. Урацилглікозилаза. Ексцизійна репарація, ферменти. Механізм репарації транскрибованих генів. Хвороби, обумовлені дефектами репарації. Механізм репарації неспарених нуклеотидів. Роль метилювання. SOS-репарація. Тема 12. Рекомбінація – 1 год Поняття про загальну (гомологічну) і сайтспецифічну рекомбінації. Різниця молекулярних механізмів загальної і сайтспецифічної рекомбінації. Модель рекомбінації, яка передбачає дволанцюговий розрив і репарацію розриву. Роль рекомбінації в постреплікативній репарації. Структури Холлідея в моделі рекомбінації. Міграція гілки, гетеродуплекси, розмах струткур Холлідея (ферменти). Ензимологія рекомбінації у E. coli. RecBCD комплекс. RecA білок. Пресинаптичний філамент, параметри його молекулярної структури. Обмін ланцюгами при синапсі. Особливості міграції гілки. Рекомбінація у вищих еукаріот. Метод „нокауту” генів. Тема 13. Генна конверсія – 2 год Генна конверсія, асиметричність генної конверсії. Продукти рекомбінаційного акту, який супроводжується обміном флангами. Постмейотична сегрегація у дріжджів як доказ гетеродуплексу при рекомбінації. Регуляція експресії локусу спарювання у дріжджів. Розмноження інтронів і генна конверсія. „Білкові” інтрони, молекулярний механізм їх розповсюдження. Тема 14. Сайтспецифічна рекомбінація – 2 год


12

Типи хромосомних перебудов, які відбуваються при сайтспецифічній рекомбінації. Молекулярний механізм дії „рекомбіназ”. Роль сайтспецифічної рекомбінації в експресії генів у фагів. Інтеграція фага λ. Сайтспецифічна рекомбінація дволанцюгової плазміди дріжджів. Використання даної системи при аналізі генів в розвитку багатоклітинних еукаріот. Особливості рекомбінації при утворенні генів імуноглобулінів і рецепторів Т-клітин. Сигнали рекомбінації. Молекулярні механізми „програмованих помилок” при злитті варіабельних і константних ділянок генів. Матричні і нематричні механізми добудови зшиваємих фрагментів. Тема 15. Рухливі елементи геномів – 1 год Рухливі елементи геномів про- і еукаріот. IS-послідовності, їхня структура. IS-послідовності як компонент F-фактору бактерій, який визначає здатність передачі генетичного матеріалу при кон’югації. Транспозон бактерій (Tn3, Tn5, Tn9, Tn10). Механізми транспозиції. Резольваза, функції резольвази. Роль суперспіралізації при транспозиції. Регуляція транспозиції Tn10. Транспозони у еукаріот. Двокомпонентна система транспозонів. Повний (активний) і дефектний транспозони. Вплив транспозонів на активність генів у рослин і просторовий рисунок експресії. Уявлення про горизонтальне перенесення транспозонів. ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ ІІІ. Тема 16. Загальна схема біосинтезу білка – 2 год Роль РНК в цьому процесі. „Світ РНК”, гіпотеза про роль РНК в походженні життя. Інформаційна РНК, її структура і функціональні ділянки. Розшифровка генетичного коду. Основні властивості генетичного коду. Особливості кодового словника. Тема 17. Відкриття транспортних РНК – 1 год Їхня первинна, вторинна і третинна структура, роль модифікованих нуклеотидів. Аміноацилювання тРНК. Аміноацил-тРНК-синтетази, їх структура і механізм дії. Специфічність аміноацилювання. Рибосоми, їх локалізація в клітині. Прокаріотичні і еукаріотичні типи рибосом. Послідовне зчитування мРНК рибосомами, полірибосоми. Стадії трансляції: ініціація, елонгація і термінація. Безклітинні системи трансляції. Хімічні реакції і загальний енергетичний баланс біосинтезу білка. Морфологія рибосоми. Розмір, зовнішній вигляд, розділення на дві субодиниці. Детальна форма рибосомних субодиниць, об’єднання субодиниць в цілу рибосому. Рибосомні РНК, їх види, первинні і вторинні структури. Структурні домени і компактна самоукладка молекул РНК. Значення рибосомної РНК. Тема 18. Рибосомні білки – 1 год Рибосомні білки, їх різноманіття і номенклатура. Первинні і просторові структури. Білкові комплекси. Взаємодія з рРНК. Периферичне розміщення білків на ядрі рРНК. Топографія білків: визначення сусідніх білків, визначення дистанції


13

між білками. Імунна електронна мікроскопія. Топологія рРНК, її прив’язка до топографії білків. Четвертинна структура рибосоми. Структурні перетворення рибосом in vitro. Дисоціація хромосом на субодиниці. Розвертання субодиниць. Розбирання і зворотнє збирання субодиниць. Робочий цикл рибосоми. Функції зв’язування, мРНК-зв’язуюча ділянка, тРНК-зв’язуючі А, Р і Е ділянки, факторзв’язуюча ділянка. Каталітичні функції: пептидилтрансфераза і ГТРаза. Функції переміщення лігандів. Тема 19. Ініціація трансляції – 1 год Загальні принципи, значення, основні етапи ініціації. Ініціація трансляції у прокаріот. Ініціюючі кодони і сайт зв’язування рибосом на мРНК. Ініціаторна тРНК і білкові факторі ініціації. Послідовність подій. Ініціація трансляції у еукаріот. Особливості еукаріотичної мРНК. Сар-структура і ініціюючі кодони. Внутрішній сайт зв’язування рибосом. Особливості ініціаторної тРНК. Білкові фактори, взаємодіючі з рибосомою і з мРНК. Вплив на ініціацію трансляції структур на 3'-конці мРНК. Послідовність подій. Тема 20. Елонгація – 1 год Перший етап – доставка аміноацил-тРНК в рибосому. Концепція антикодона, кодон-антикодонова взаємодія, адапторна гіпотеза і її доказ. Гіпотеза нестрогої відповідності (wobble-гіпотеза). Стереохімія кодон-антикодонове спарювання. Участь фактору елонгацїї 1 (ЕF-Тu або ЕF-1) в зв’язуванні аміноацил-тРНК. Структура ЕF-1 і його взаємодія, зв’язування потрійного комплекса з рибосомою. Роль гідролізу РТФ. Інгібітори першого етапу елонгацїї: тетрацикліни, аміноглікозидні антибіотики, непряме інгібування (тіострептон, кірроміцин, рослинні токсини). Помилкове кодування: основні типи, рівень помилок в нормальних умовах, кінетичні механізми помилкового кодування і його корекції. Загальна послідовність подій і молекулярні механізми. Другий етап елонгацїї – транспептидація. Хімія і енергетичний баланс реакцїї. Інгібітори. Стереохімія транспептидації, переміщення продуктів реакції. Третій етап елонгації – транслокація. Експериментальні тести, участь фактору елонгації 2 (ЕF-G або ЕF-2), роль гідролізу РТФ. Послідовність подій, інгібітори. Енергетика і молекулярний механізм транслокації. Швидкість елонгації і її регуляція. Транзитний час. Нерівномірність елонгації: паузи, модулюючі кодони, вплив структури мРНК і ростучих пептидів. Вибіркова регуляція елонгації на різних мРНК. Регуляція загальної швидкості елонгації: фосфорилювання ЕF-2; модифікації ЕF-1. Механізм дії токсинів. Термінація трансляції: термінуючі кодони, білкові фактори термінації, гідроліз пептидил-тРНК. Тема 21. Регуляція трансляції у прокаріот – 1 год


14

Різна "сила" ініціації мРНК. Спряжена і послідовна трансляція поліцистронних матриць. Репресія трансляції на прикладі РНК бактеріофага МS2. Регуляція трансляції мРНК рибосомних білків. Ауторегуляція синтезу треонілтРНК-синтетази. Регуляція трансляції мРНК бактеріофага Т4. "Antisense" -регуляція. Тема 22. Регуляція трансляції у еукаріот – 1 год Загальні механізми регуляції: модифікації факторів ініціації, формування мРНП (інформосом). Вибіркова дискримінація мРНК, модуляція дискримінації. Регуляція з участю коротких відкритих рамок зчитування. Трансляційна репресія: регуляція трансляції ферритиновою мРНК, мРНК орнітин-декарбоксилази і рибосомних білків. Маскування мРНК. Масковані мРНК ооцитів і сперматоцитів. Демаскування мРНК в процесі ембріонального розвитку і клітинного диференціювання. Можливі механізми і моделі маскування.


15

ТЕМИ ЛАБОРАТОРНИХ ЗАНЯТЬ „ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ” ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ І. НАЗВА МОДУЛЯ Лабораторне заняття № 1. Назва теми (кількість годин) План 1. 2. Список рекомендованої літератури 1. 2. Лабораторне заняття № 2. Назва теми (кількість годин) План 1. 2. Список рекомендованої літератури 1. 2. Лабораторне заняття № ...n. Назва теми (кількість годин) План 1. 2. Список рекомендованої літератури 1. 2. ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ ІІ. НАЗВА МОДУЛЯ


16 НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ ННІ рослинництва, екології та біотехнологій ННЦ біотехнологій, Кафедра екобіотехнології та біорізноманіття (10.02.01)

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН НАВЧАЛЬНИХ ЗАНЯТЬ з дисципліни „ Клітинна і молекулярна біологія ” для підготовки фахівців напряму 0514 “Біотехнологія” зі спеціальності 8.05140105 «Екологічна біотехнологія та біоенергетика» в аграрних вищих навчальних закладах

ІІІ-ІV рівнів акредитації денна форма навчання на 8 семестр 2012-2013 навчального рокуна

Курс

Клітинна і молекулярна біологія Лекцій 26 год. Практичних занять 26 год. Самостійна робота студентів 30 год. Всього 133 год. Кредитів

2,8

ВИДИ ТА ЗМІСТ ЗАНЯТЬ

Тиждень Лекції Структура нуклеїнових кислот 1 Реплікація ДНК

год. Практичні заняття 1 Якісне визначення білка біологічному матеріалі Біуретовий метод 1 Метод Лоурі

в

год. 1

1

Реплікони у еукаріот

1

Визначення з кумасі синім

1

Локальна ампліфікація ділянок ДНК

1

Спектрофотометричний метод

1

2

Помилки реплікації

1

Спектрофотометричне визначення в присутності поліетиленгліколя

1

Транскрипція у прокаріот

1

Колориметричне визначення за модифікованим методом Бредфорд

1

Промотор у еукаріот

1

Визначення за азотом

1

Хроматин

1

Фракціонування білків Електрофоретичне розділення білків

1

3

4

„ЗАТВЕРДЖУЮ” Декан факультету біотехнології ____________ доц. Ю.В. Коломієць „____” _________________ 2012 р.

Самостійна робота Принцип будови і функціонування ДНК. Будова полінуклеотидних ланцюгів РНК і ДНК. Третинна структура ДНК – три рівня: нуклеосоми, соленоїди, петлі.

год. 1

1 1

Регуляція ініціації реплікації у E. coli

1

Теломераза, особ-ливості структурної організації (РНК-компонент). Фізико-хімічні властивості ДНК: величина молекул, розчинність. Можливі механізми локальної ампліфікації. Виділення і очистка нуклеїнових кислот.

1

Література Мельничук М.Д., Новак Т.В., Кунах В.А. Біотехнологія рослин. К., Поліграфконсалтинг, 2003. – 520 с.

А.А. Спирин (ред.). Молекулярная биология, В 2-х томах, 1990 и 1986, Высшая школа.

1 1 1

Агол В.И. и др. Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот. Под

Поточний контроль знань № модуля Бали І 20


17 Процесінг РНК

1

5

7

8

9

10

– – – – –

11

Репарація ДНК

1

Ферментативний гідроліз Розщеплення трипсином

1

Рекомбінація

1

Розщеплення хімотрипсином

1

Генна конверсія

2

2

Сайтспецифічна рекомбінація

2

Хімічний гідроліз Розщеплення по залишкам метіоніна Розщеплення по залишкам цистеїна

Рухливі елементи геномів

1

Визначення нуклеїнових кислот за фосфором

1

Загальна схема біосинтезу білка

2

Виділення нуклеїнових кислот Виділення і очистка за методом Мармура

2

Відкриття транспортних РНК

1

Виділення препаратів ДНК і РНК фенольним методом

1

Рибосомні білки

1

Виділення РНК із рибосом

1

Ініціація трансляції

1

1

Елонгація

1

Регуляція трансляції у прокаріот

1

Регуляція трансляції у еукаріот

1

Гіперхромний ефект і визначення температури плавлення ДНК Фракціонування нуклеїнових кислот Адсорбційна хроматографія нуклеїнових кислот Ультрацентрифугування рибонуклеїнових кислот в градієнті щільності сахарози Електрофорез рибонуклеїнових кислот в поліакриламідному гелі

12 13

Максимальний рейтинг: _____ балів. Орієнтовні критерії оцінки знань залежно від набраної кількості балів від максимально можливих у %: "Відмінно" — 95 – 100 % – ________ балів "Добре" — 80 – 94 % – ________ балів

Рекомендована література: 1. 2. 3.

1 Мікро- і міні-сателіти.

1

10 •

1

Зворотня транскрипція 6 1.

Розділення білків методом хроматографії: Метод гель-хроматографії Метод іонообмінної хроматографії

1

2

1 1 1

Негативна і позитивна регуляція транскрипції.

1

Хвороби, обумовлені дефектами репарації. Будова тРНК. Функції окремих ділянок. Будова рибосом про- і еукаріот. Ензимологія рекомбінації у E. coli. Розмноження інтронів генна конверсія.

і

Основні властивості генетичного коду

Нематричний синтез поліпептидів на прикладі граміцидіна С.

Загальна генетична рекомбінація Е. соli. Hfrклітини

трансляції

2 2

у

Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. – М.: Мир, 2002 – 589 с.

ІІ

20

ІІІ

30

1 2

1

1

Структурні перетворення рибосом in vitro Ініціація еукаріот

1

1

Значення рибосомної РНК

М.,

1

1

Інгібітори синтезу білка.

ред. А.С.Спирина. Высшая школа, 1990г.

1 1

Введение в генетику, биоинформатика, ДНКтехнология, генная терапия, ДНК-экология, протеомика, метаболика: Навч. посіб. / В.И. Глазко – К.: КВІЦ, 2003. – 640 с. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. Перевод с англ, в 2х томах. / М.: Мир, 2002. – 764 с.


18 "Задовільно" — 65 – 79 % – ________ балів "Незадовільно" — менше 64 % – ________ балів

ННП, що викладає дисципліну ___________ (підпис)

Завідувач кафедри _________ (підпис)

Результати перевірки календарного плану ________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________


19

ПРОТОКОЛ ПОГОДЖЕННЯ робочої навчальної програми дисципліни „ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ” з іншими дисциплінами спеціальності 6.092900 – «Екобіотехнологія» Дисципліна та її розділи, що передують вивченню даної спеціальності

ПІБ, вчена ступінь та вчене звання викладача, що забезпечує попередню дисципліну

Вступ до фаху

Кляченко О.Л., к.б.н., доцент

Біоінженерія

Коломієць Ю.В., к.б.н.

Голова Вченої ради факультету екології і біотехнології

Підпис

Наступна дисципліна та її ПІБ, вчена ступінь та вчене розділи, які звання викладача, що забезпечує використовують матеріали наступну дисципліну даної дисципліни

Підпис

Дипломне проектування

________________ доц. Н.М.Рідей


20

СТРУКТУРНО-ЛОГІЧНА СХЕМА викладання дисципліни „ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ” Попередні дисципліни та їх розділи, що використовуються в даній дисципліні

Вступ до фаху

Біоінженерія

Дисципліна „ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ” Наступні дисципліни та їх розділи, що використовуються в даній дисципліні

Дипломне проектування

5. МЕТОДИ ТА ШКАЛА ОЦІНЮВАННЯ ЗНАНЬ СТУДЕНТІВ МЕТОДИ ОЦІНЮВАННЯ: поточне тестування; (оцінка за проект; оцінка за реферат;) підсумковий письмовий тест.


21

Т 2

Т 3

Т 4

Т 5

Загальна кількість балів

Т Т Т 1 2 3

Т 4

Т 5

Т 6

Сума

ТТ Т Т Т Т Т Т Т Т Т 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1

Змістовий модуль ІІІ

Підсумковий контроль

Поточне тестування Змістовий модуль І. Змістовий модуль ІІ Загальна кількість балів Загальна кількість балів

Індивідуальний навчальний проект

РОЗПОДІЛ БАЛІВ, ПРИСВОЮВАНИЙ СТУДЕНТАМ:

25

30

100

Т 7

РЕЙТИНГОВЕ ОЦІНЮВАННЯ ЗНАНЬ СТУДЕНТІВ Рейтинг студента із засвоєння дисципліни визначається за 100 бальною шкалою. Він складається з рейтингу з навчальної роботи, для оцінювання якої призначається 70 балів, і рейтингу з атестації (екзамену) – 30 балів. Кожний змістовий модуль теж оцінюється за 100 бальною шкалою. На рейтинг з навчальної роботи за рішенням кафедри може впливати рейтинг з додаткової роботи − до 10 балів і рейтинг штрафний (з від’ємним знаком) − до 5 балів. Рейтинг студента з навчальної роботи R НР визначається за формулою 0,7· (R(1)ОМ + R(2)ОМ )


22

RНР =

------------------------------- + RДР - RШТР, 2

де R(1)ОМ, R(2)ОМ − рейтингові оцінки відповідно 1-го та 2-го змістового модулів за 100-бальною шкалою; RДР, RШТР − відповідно рейтинг з додаткової роботи і рейтинг штрафний. Студенти, які набрали з навчальної роботи 60 і більше балів, можуть не складати екзамен, а отримати екзаменаційну оцінку “Автоматично”, відповідно до набраної кількості балів, переведених в національну оцінку та оцінку ЕСТS згідно з табл. 2.2. У такому випадку рейтинг студента з дисципліни RДИС дорівнює його рейтингу з навчальної роботи: RДИС = RНР. Якщо студент бажає підвищити свій рейтинг і покращати оцінку з дисципліни, він має пройти семестрову атестацію – скласти екзамен. Останню в обов’язковому порядку проходять студенти, які з навчальної роботи набрали менше, ніж 60 балів. Для допуску до атестації студент має набрати не менше 60 балів з кожного змістового модуля, а загалом − не менше, ніж 42 бали з навчальної роботи. Рейтинг студента з атестації RАТ визначається за 100-бальною шкалою. Рейтинг студента з дисципліни RДИС обчислюється за формулою RДИС = RНР + 0,3 · RАТ. Рейтинг студента з дисципліни переводиться в національну оцінку та оцінку ЕСТS згідно з табл. Таблиця Співвідношення між національними та ЕСТS оцінками і рейтингом з дисципліни Оцінка національна

Оцінка ECTS

Процент студентів, які досягають відповідної

Визначення оцінки ECTS

Рейтинг з дисципліни, бали


23 оцінки в Європейських університетах Відмінно

А

10

В

25

С

30

Добре

D

25

Е

10

FX

F

Задовільно

Незадовільно

ВІДМІННО – відмінне виконання лише з незначною кількістю помилок ДУЖЕ ДОБРЕ – вище середнього рівня з кількома помилками ДОБРЕ – в загальному правильна робота з певною кількістю грубих помилок ЗАДОВІЛЬНО – непогано, але зі значною кількістю недоліків ДОСТАТНЬО – виконання задовольняє мінімальні критерії НЕЗАДОВІЛЬНО – потрібно працювати перед тим, як отримати залік (позитивну оцінку) НЕЗАДОВІЛЬНО – необхідна серйозна подальша робота

90 − 100 82 − 89

75 – 81

66 − 74 60 – 65

35 − 59

01 − 34

КРИТЕРІЇ оцінки знань на етапах проміжного та підсумкового контролю знань студентів з дисципліни «Основи молекулярної біології»


24

Проміжний контроль знань студентів здійснюється регулярно на лекційних і практичних заняттях шляхом їх опитування з пройденого матеріалу. Форма контролю знань із змістового модуля 1 – результати семінарських виступів, тестові завдання. Змістовий модуль 2 оцінюється за результатами виконання практичних робіт та тестових завдань. Підсумковий контроль знань здійснюється на іспиті. Оцінка "Відмінно" виставляється студенту, який протягом семестру систематично працював, на іспиті показав різнобічні та глибокі знання програмного матеріалу, вміє вільно виконувати завдання, що передбачені програмою, засвоїв основну та знайомий з додатковою літературою, відчуває взаємозв'язок окремих розділів дисципліни, їх значення для майбутньої професії, виявив творчі здібності в розумінні та використанні навчально-програмного матеріалу, проявив здатність до самостійного оновлення і поповнення знань. Оцінка "Добре" виставляється студенту, який виявив повне знання навчально-програмного матеріалу, успішно виконує передбачені програмою завдання, засвоїв основну літературу, що рекомендована програмою, показав стійкий характер знань з дисципліни і здатний до їх самостійного поповнення та поновлення у ході подальшого навчання та професійної діяльності. Оцінка "Задовільно" виставляється студенту, який виявив знання основного навчально-програмного матеріалу в обсязі, необхідному для подальшого навчання та наступної роботи за професією, справляється з виконанням завдань, передбачених програмою, допустив окремі похибки у відповідях на іспиті та при виконанні екзаменаційних завдань, але володіє необхідними знаннями для їх подолання під керівництвом науково-педагогічного працівника. Оцінка "Незадовільно" виставляється студенту, який не виявив достатніх знань основного навчальнопрограмного матеріалу, допустив принципові помилки у виконанні передбачених програмою завдань, не може без допомоги науково-педагогічного працівника використати знання при подальшому навчанні, не спромігся оволодіти навичками самостійної роботи. Лектор, 6. ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ ПІД КЕРІВНИЦТВОМ ВИКЛАДАЧА Завдання № 1. Назва теми (кількість годин) План


25

1. 2. Список рекомендованої літератури 1. 2. Завдання № 2. Назва теми (кількість годин) План 1. 2. Список рекомендованої літератури 1. 2.


26

7. ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

Чому нуклеїнові кислоти і білки називають молекулами життя? Яка подія вважається датою народження молекулярної біології? Який нуклеїновий склад ДНК і РНК? Правило Чаргаффа Що дає цукрово-фосфатний склад для структури нуклеїнових кислот? Подвійна спіраль Уотсона-Кріка Зв’язки між азотистими основами в молекулах ДНК і РНК? Яким чином вдається зберегти генетичну інформацію при діленні клітини? Яка властивість молекул ДНК слугує для збереження генетичної інформації при діленні клітини? Які схеми реплікації ДНК Ви знаєте? Як відбувається ініціація реплікації ДНК? В якому напрямі йде реплікація ДНК? Для чого потрібні регуляторні гени? Необхідність термінаторів в структурі гену? Фізична суть існування РНК посередника між генетичним матеріалом (ДНК) і синтезом білка.


27

16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34.

В чому подібність і різниця в структурі ДНК і РНК? Які види РНК Ви знаєте, і в чому заключається різниця їх функцій? Що таке транскрипція? Експресія генів; домінантність і рецесивність. Переваги підходу Грегора Менделя, які дозволили вивести закони класичної генетики – закони Менделя. В яких випадках виконуються закони Менделя Що таке хромосоми і що в них міститься? Фактори, які впливають на експресію генів. Функції білків. В чому суть пептидного зв'язку, що структуру белков. Які можливості в структурі і функціях білків з'являються внаслідок будови білків із амінокислот? В чому заключається різниця α-спіральної форми і β-форми білків? Які взаємодії визначають первинну, а які вторинну структуру білків? Що таке третинна структура білка? Що таке матричний принцип біосинтезу білка? В чому проблема генетичного коду? Генетичний код універсальний? Яка структура рибосом? Функціональне значення великої і малої субодиниць рибосом.

ОСНОВНА ЛІТЕРАТУРА ПО КУРСУ 1. 2. 3.

Мельничук М.Д., Новак Т.В., Кунах В.А. Біотехнологія рослин. К., Поліграфконсалтинг, 2003. – 520 с. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. Перевод с англ, в 2-х томах. / М.: Мир, 2002. – 764 с. Введение в генетику, биоинформатика, ДНК-технология, генная терапия, ДНК-экология, протеомика, метаболика:


28

4. 5. 6.

Навч. посіб. / В.И. Глазко, Г.В. Глазко; Ин-т агроэкологии и биотехнологии УААН. – 2-е изд., испр. и доп. – К.: КВІЦ, 2003. – 640 с. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. – М.: Мир, 2002 – 589 с. А.А. Спирин (ред.). Молекулярная биология, В 2-х томах, 1990 и 1986, Высшая школа. Агол В.И. и др. Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот. Под ред. А.С.Спирина. М., Высшая школа, 1990г. ДОДАТКОВА ЛІТЕРАТУРА ПО КУРСУ

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Альберте Б. и др. Молекулярная биология клетки. М.,Мир, 1994 . Льюин Б. Гены. М., Мир, 1987 г. УотсонД. Молекулярная биология гена. М., Мир, 1978 г. Хесин Р.Б. Непостоянство генома. М., "Наука", 1984 г. Корнберг А. Синтез ДНК. М.: Мир, 1977. Уотсон Дж. Молекулярная биология гена. М.: Мир, 1978. Стент Г., Кэлиндар Р. Молекулярная генетика. М.: Мир, 1981. Инге-Вечтомов С. Г. Введение в молекулярную генетику. М.: Высш. шк., 1983. Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика. М.: Мир, 1987. Т. 1


29

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ (тезисний варіант) з дисципліни

«ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ»


30

КИЇВ – 2009

Лекція 1. Структура нуклеїнових кислот Основні закони спадковості. Типи нуклеїнових кислот (ДНК, РНК) і їх розповсюдження в природних біологічних системах. Докази генетичної функції ДНК. Принцип комплементарності. Фізичні параметри конформаційних форм ДНК. Хімічний склад нуклеїнових кислот. Закономірності нуклеотидного складу ДНК і правила Чаргаффа. Принцип будови і функціонування ДНК. Структурна модель ДНК Дж. Уотсона і Ф. Кріка. Суперспіралізація. Топоізомерази і топоізомери ДНК.


31

Типи топоізомераз. Лекція 2. Реплікація ДНК Точність відтворювання ДНК. Полімерази, які приймають участь в реплікації, їхня ферментативна активність. Вилка реплікації, що відбувається на відстаючому ланцюзі. Ферменти в реплікаційній вилці. ДНК-полімераза кишкової палочки. Поняття про процесивність. Роль димерної структури в координації синтезу ДНК на комплементарних ланцюгах. Особливості ДНК-полімераз еукаріот. Регуляція ініціації реплікації у E. coli. Структура ділянки старту реплікації (origin). Структурні переходи ДНК в районі старту реплікації. Поняття про реплікатор. Роль метилювання в регуляції реплікації. Термінація реплікації у бактерій. Особливості регуляції реплікації плазмід. Лекція 3. Реплікони у еукаріот Реплікони у еукаріот, їхня мінливість. Поняття про стаціонарні „реплікативні фабрики”. Ori у дріжджів, їхня структурно-функціональна організація. Молекулярні механізми, які зв’язують клітинний цикл і реплікацію ДНК. Цикліни і протеінкінази.


32

Протоонкогени, які приймають участь в регуляції клітинного циклу. Розклад реплікації ділянок хромосом в клітинному циклі. Проблема реплікації лінійного незамкнутого фрагмента ДНК. Теломера. Теломераза, особливості структурної організації (РНК-компонент). Теорія старіння в зв’язку з динамікою структури теломери. Неканонічні структури ДНК в районі теломерних послідовностей. ДНК в районі центромери, особливості структурної організації. Реплікативне метилювання ДНК. Модифікації 5-метилцитозина і мутації. Метилаза у еукаріот. 5-азацитидин як інгібітор метилювання. Імпритінг. Біологічні послідовності. Докази ролі метилювання в розвитку хребетних. Лекція 4. Локальна ампліфікація ділянок ДНК Локальна ампліфікація ділянок ДНК в розвитку, що забезпечує переваги росту. Можливі механізми локальної ампліфікації. Амплікон. Уявлення про еволюцію мультигенних родин. Реплікація за типом „рухомого обруча” (плазмідна, фагова ДНК). Лекція 5. Помилки реплікації Помилки реплікації, обумовлені ковзанням ланцюгів при реплікації. Механізм утворення коротких повторів.


33

Мікро- і мінісателіти. Короткі тандемні повтори, які визначають геномний рестрикційний поліморфізм. „Експансія триплетів”, хромосомні хвороби і рак. Лекція 6. Транскрипція у прокаріот Особливості структури РНК-полімерази. σ-фактори. Стадії транскрипційного циклу. Реплікація і транскрипція. Суперспіралізація і транскрипція. Сигма 54. „Еукаріотичні елементи” в регуляції транскрипції. Термінація транскрипції. Полярні мутації. Негативна і позитивна регуляція транскрипції. САР-білок. Регуляція транскрипції в розвитку фага λ. Принципи впізнавання ДНК регуляторними білками. Аттенюація транскрипції. Лекція 7. Промотор у еукаріот Базальна транскрипція. Фактори транскрипції. Поняття про cis-діючі елементи. Трансактивація транкрипції. Енхансери і сайленсери.


34

„Модулі” послідовностей ДНК, які впізнаються специфічними білками. Роль „зворотньої генетики” в розвитку уявлення про регуляцію транскрипції у еукаріот. Білкові домени, які впізнають специфічні послідовності ДНК. Гомеодомен і гени-селектори. „Лейцинова молнія”, „цинкові пальці”. Рецептори гормонів, їх типи і особливості впізнавання ДНК. Рецептори-сироти. Ретиноєва кислота. Елементи консерватизму в системах регуляції транскрипції. Зовнішні сигнали, які активують транскрипцію генів. Система передачі сигналів. Родина проонкогенів Jun, Fos. Альтернативи при виборі шляхів розвитку: диференціація/проліферація. Ap1 і CRE сайти в промоторах. Транскрипційні фактори в розвитку багатоклітинних організмів. Поняття про морфогени, приклади. ДНК-зв’язуючі домени. Просторово обмежені морфогенетичні градієнти. Особливості структури промоторів генів, які приймають участь у встановленні рисунку експресії факторів транскрипції. Лекція 8. Хроматин Структурна організація нуклеосом. Нуклеосоми і транскрипція. Модифікація гістонів і динамічна структура хроматину. Зборка нуклеосом, її етапи, нуклеоплазмін. Закономірності розташування нуклеосом відносно промоторів і „оріджинів” початку реплікації („фейзинг” нуклеосом). Уявлення про „перемоделювання” хроматину.


35

Активне перемоделювання. Роль нуклеосомних структур в активації експресії гена. Особливості структури хроматину статевих хромосом в зв’язку з компенсацією різниці числа генів Х-хромосом у різних статей. Уявлення про петльову організацію хромосом. Ядерний матрикс. Локус-контролюючі райони і „інсулятори”. Внутрішньоядерна архітектура хромосом. Уявлення трансвекції. Лекція 9. Процесінг РНК Визначення процесінгу. Інтрони, сплайсінг. Класифікація інтронів. Інтрони групи 1. Особливості структури і механізми сплайсінгу. Рибозими, їх специфічність. Можливості використання для „нокауту” мРНК і хіміотерапії. Інтрони групи 2, механізм сплайсінгу. Інтрони груп 1 і 2 у різних організмів (еволюційні зв’язки). Сплайсінг пре-мРНК в ядрі. Роль малих ядерних РНК і білкових фаторів. Сплайсосома. Особливості процесінгу тРНК і рРНК у бактерій. Особливості процесінгу рРНК в ядерці. РНКаза Р як рибозим. Транс-сплайсінг, його розповсюдження. Альтернативний сплайсінг, приклади. Біологічні наслідки альтернативного сплайсінгу.


36

Редагування РНК. Молекулярні механізми. Типи редагування (приклади). Редагування і проблеми встановлення біологічного коду. Лекція 10. Зворотня транскрипція Роль зворотньої транскриптази в еволюції і мінливості геному. Ретротранспозони, їх типи. Роль в підтримці інтактності теломер. Ретротранспозони, які містять довгі кінцеві повтори. Ту-елемент дріжджів. Псевдогени. Можливі джерела зворотньої транскриптази. Лекція 11. Репарація ДНК Пряма репарація тимінових димерів і метилювання гуаніну. Глікозилази. Урацилглікозилаза. Ексцизійна репарація, ферменти. Механізм репарації транскрибованих генів. Хвороби, обумовлені дефектами репарації. Механізм репарації неспарених нуклеотидів. Роль метилювання. SOS-репарація. Лекція 12. Рекомбінація


37

Поняття про загальну (гомологічну) і сайтспецифічну рекомбінації. Різниця молекулярних механізмів загальної і сайтспецифічної рекомбінації. Модель рекомбінації, яка передбачає дволанцюговий розрив і репарацію розриву. Роль рекомбінації в постреплікативній репарації. Структури Холлідея в моделі рекомбінації. Міграція гілки, гетеродуплекси, розмах струткур Холлідея (ферменти). Ензимологія рекомбінації у E. coli. RecBCD комплекс. RecA білок. Пресинаптичний філамент, параметри його молекулярної структури. Обмін ланцюгами при синапсі. Особливості міграції гілки. Рекомбінація у вищих еукаріот. Метод „нокауту” генів. Лекція 13. Генна конверсія Генна конверсія, асиметричність генної конверсії. Продукти рекомбінаційного акту, який супроводжується обміном флангами. Постмейотична сегрегація у дріжджів як доказ гетеродуплексу при рекомбінації. Регуляція експресії локусу спарювання у дріжджів. Розмноження інтронів і генна конверсія. „Білкові” інтрони, молекулярний механізм їх розповсюдження. Лекція 14. Сайтспецифічна рекомбінація


38

Типи хромосомних перебудов, які відбуваються при сайтспецифічній рекомбінації. Молекулярний механізм дії „рекомбіназ”. Роль сайтспецифічної рекомбінації в експресії генів у фагів. Інтеграція фага λ. Сайтспецифічна рекомбінація дволанцюгової плазміди дріжджів. Використання даної системи при аналізі генів в розвитку багатоклітинних еукаріот. Особливості рекомбінації при утворенні генів імуноглобулінів і рецепторів Т-клітин. Сигнали рекомбінації. Молекулярні механізми „програмованих помилок” при злитті варіабельних і константних ділянок генів. Матричні і нематричні механізми добудови зшиваємих фрагментів. Лекція 15. Рухливі елементи геномів Рухливі елементи геномів про- і еукаріот. IS-послідовності, їхня структура. IS-послідовності як компонент F-фактору бактерій, який визначає здатність передачі генетичного матеріалу при кон’югації. Транспозон бактерій (Tn3, Tn5, Tn9, Tn10). Механізми транспозиції. Резольваза, функції резольвази. Роль суперспіралізації при транспозиції. Регуляція транспозиції Tn10. Транспозони у еукаріот. Двокомпонентна система транспозонів. Повний (активний) і дефектний транспозони. Вплив транспозонів на активність генів у рослин і просторовий рисунок експресії. Уявлення про горизонтальне перенесення транспозонів.


39

Лекція 16. Загальна схема біосинтезу білка Роль РНК в цьому процесі. „Світ РНК”, гіпотеза про роль РНК в походженні життя. Інформаційна РНК, її структура і функціональні ділянки. Розшифровка генетичного коду. Основні властивості генетичного коду. Особливості кодового словника. Лекція 17. Відкриття транспортних РНК Їхня первинна, вторинна і третинна структура, роль модифікованих нуклеотидів. Аміноацилювання тРНК. Аміноацил-тРНК-синтетази, їх структура і механізм дії. Специфічність аміноацилювання. Рибосоми, їх локалізація в клітині. Прокаріотичні і еукаріотичні типи рибосом. Послідовне зчитування мРНК рибосомами, полірибосоми. Стадії трансляції: ініціація, елонгація і термінація. Безклітинні системи трансляції. Хімічні реакції і загальний енергетичний баланс біосинтезу білка. Морфологія рибосоми. Розмір, зовнішній вигляд, розділення на дві субодиниці. Детальна форма рибосомних субодиниць, об’єднання субодиниць в цілу рибосому. Рибосомні РНК, їх види, первинні і вторинні структури. Структурні домени і компактна самоукладка молекул РНК. Значення рибосомної РНК. Лекція 18. Рибосомні білки


40

Рибосомні білки, їх різноманіття і номенклатура. Первинні і просторові структури. Білкові комплекси. Взаємодія з рРНК. Периферичне розміщення білків на ядрі рРНК. Топографія білків: визначення сусідніх білків, визначення дистанції між білками. Імунна електронна мікроскопія. Топологія рРНК, її прив’язка до топографії білків. Четвертинна структура рибосоми. Структурні перетворення рибосом in vitro. Дисоціація хромосом на субодиниці. Розвертання субодиниць. Розбирання і зворотнє збирання субодиниць. Робочий цикл рибосоми. Функції зв’язування, мРНК-зв’язуюча ділянка, тРНК-зв’язуючі А, Р і Е ділянки, факторзв’язуюча ділянка. Каталітичні функції: пептидилтрансфераза і ГТРаза. Функції переміщення лігандів. Лекція 19. Ініціація трансляції Загальні принципи, значення, основні етапи ініціації. Ініціація трансляції у прокаріот. Ініціюючі кодони і сайт зв’язування рибосом на мРНК. Ініціаторна тРНК і білкові факторі ініціації. Послідовність подій. Ініціація трансляції у еукаріот. Особливості еукаріотичної мРНК. Сар-структура і ініціюючі кодони.


41

Внутрішній сайт зв’язування рибосом. Особливості ініціаторної тРНК. Білкові фактори, взаємодіючі з рибосомою і з мРНК. Вплив на ініціацію трансляції структур на 3'-конці мРНК. Послідовність подій. Лекція 20. Елонгація Перший етап – доставка аміноацил-тРНК в рибосому. Концепція антикодона, кодон-антикодонова взаємодія, адапторна гіпотеза і її доказ. Гіпотеза нестрогої відповідності (wobble-гіпотеза). Стереохімія кодон-антикодонове спарювання. Участь фактору елонгацїї 1 (ЕF-Тu або ЕF-1) в зв’язуванні аміноацил-тРНК. Структура ЕF-1 і його взаємодія, зв’язування потрійного комплекса з рибосомою. Роль гідролізу РТФ. Інгібітори першого етапу елонгацїї: тетрацикліни, аміноглікозидні антибіотики, непряме інгібування (тіострептон, кірроміцин, рослинні токсини). Помилкове кодування: основні типи, рівень помилок в нормальних умовах, кінетичні механізми помилкового кодування і його корекції. Загальна послідовність подій і молекулярні механізми. Другий етап елонгацїї – транспептидація. Хімія і енергетичний баланс реакцїї. Інгібітори. Стереохімія транспептидації, переміщення продуктів реакції. Третій етап елонгації – транслокація. Експериментальні тести, участь фактору елонгації 2 (ЕF-G або ЕF-2), роль гідролізу РТФ. Послідовність подій, інгібітори. Енергетика і молекулярний механізм транслокації. Швидкість елонгації і її регуляція. Транзитний час. Нерівномірність елонгації: паузи, модулюючі кодони, вплив структури мРНК і ростучих пептидів. Вибіркова регуляція елонгації на різних мРНК.


42

Регуляція загальної швидкості елонгації: фосфорилювання ЕF-2; модифікації ЕF-1. Механізм дії токсинів. Термінація трансляції: термінуючі кодони, білкові фактори термінації, гідроліз пептидил-тРНК. Лекція 21. Регуляція трансляції у прокаріот Різна "сила" ініціації мРНК. Спряжена і послідовна трансляція поліцистронних матриць. Репресія трансляції на прикладі РНК бактеріофага МS2. Регуляція трансляції мРНК рибосомних білків. Ауторегуляція синтезу треоніл-тРНК-синтетази. Регуляція трансляції мРНК бактеріофага Т4. "Antisense" -регуляція. Лекція 22. Регуляція трансляції у еукаріот Загальні механізми регуляції: модифікації факторів ініціації, формування мРНП (інформосом). Вибіркова дискримінація мРНК, модуляція дискримінації. Регуляція з участю коротких відкритих рамок зчитування. Трансляційна репресія: регуляція трансляції ферритиновою мРНК, мРНК орнітин-декарбоксилази і рибосомних білків. Маскування мРНК. Масковані мРНК ооцитів і сперматоцитів. Демаскування мРНК в процесі ембріонального розвитку і клітинного диференціювання. Можливі механізми і моделі маскування.


43

ПАКЕТ ТЕСТОВИХ ЗАВДАНЬ з дисципліни


44

«ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ» для підготовки фахівців напряму 0929 «Біотехнологія» спеціальності 6.092900 – «Екобіотехнологія»

КИЇВ – 2009


45

КАБІНЕТ МІНІСТРІВ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ ФАКУЛЬТЕТ ЕКОЛОГІЇ ТА БІОТЕХНОЛОГІЇ АНОТАЦІЯ РОБОЧОЇ НАВЧАЛЬНОЇ ПРОГРАМИ

з дисципліни

“ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ” зі спеціальності 6.092900 “Екобіотехнологія” в аграрних вищих навчальних закладах ІІІ-ІV рівнів акредитації Кафедра екобіотехнології та біорізноманіття ОКР «Бакалавр» Семестр – 8 Розподіл годин по семестрах: 8 семестр – 52год. Число тижнів – 13 Число кредитів ECTS – 2,2 Лекцій – 26 год. Самостійна робота під керівництвом НПП – 26 год. Самостійна робота – 30 год Іспит – 8 семестр


46

В дисципліні вивчається структура нуклеїнових кислот, реплікація ДНК, реплікони у еукаріот, локальна ампліфікація ділянок ДНК, помилки реплікації, транскрипція у прокаріот, промотори у еукаріот, хроматин, процесінг РНК, зворотня транскрипція, репарація ДНК, рекомбінація, генна конверсія, сайтспецифічна рекомбінація, рухливі елементи геномів, загальна схема біосинтезу білка, відкриття транспортних РНК, рибосомні білки, ініціація трансляції, елонгація, регуляція трансляції у прокаріот, регуляція трансляції у еукаріот


47

КАБИНЕТ МИНИСТРОВ УКРАИНЫ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ БИОРЕСУРСОВ И ПРИРОДОИСПОЛЬЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ФАКУЛЬТЕТ ЕКОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ АННОТАЦИЯ РАБОЧЕЙ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ

с дисциплины

“ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ” из специальности 6.092900 “Экобиотехнология” в аграрных высших учебных заведениях ІІІ-ІV уровней акредитации Кафедра экобиотехнологии и биоразнообразия ОКР «Бакалавр» Семестр – 8 Распределение часов по семестрам: 8 семестр – 51 ч. Число недель – 13 Число кредитов ECTS – 2,2 Лекций – 26 ч. Самостоятельная работа под руководством – 26 ч. Самостоятельная работа – 30 ч. Экзамен – 8 семестр


48

В дисциплине изучаются: фундаментальные молекулярно-биологические процессы, механизмы, обеспечивающие сохранность и реализацию генетической информации в клетке, являющейся основной структурной единицей любого организма, механизмы репарации основных компонентов клетки, обеспечивающих поддержание ее существования как изолированной интегральной системы, системы передачи внутриклеточных сигналов и процессов поглощения клеткой различных веществ, механизмы секреции белков.

MINISTRY OF UKRAINE NATIONAL UNIVERSITY OF LIFE AND ENVIRONMENTAL SCIENCES OF UKRAINE ECOLOGY AND BIOTECHNOLOGIES FACULTY

SUMMARY of work education program of the discipline “ BASES

OF MOLECULAR BIOLOGY”

by specialty 6.092900 “Ecobiotechnology” in agrarian higher institutes of education of ІІІ-ІV accreditation level

Ecobiotechnology and biodiversity department


49

Bachelor Semester: 8 Amount of weeks: 13 Amount of credits, corresponding to EATS: 2,2 Lectures: 26 h Independent work: 26 h Examination In course study: structure and biosynthesis nucleic acids, replication of DNA, ДНК replicons at eukaryote, local amplification of sites DNA, error of replication, reparation DNA, recombination, genetic conversion, transcription at eukaryote, chromatin, the general of biosynthesis scheme of proteins, ribosomal proteins, regulation of translation at prokaryote, regulation of translation at eukaryote.

%D0%9E%D0%A1%D0%9D%D0%9E%D0%92%D0%98%20%D0%9C%D0%9E%D0%9B%D0%95%D0%9A%D0%A3%D0%9B%D0%AF%D0%A0%D0%9D%  

http://nubip.edu.ua/sites/default/files/%D0%9E%D0%A1%D0%9D%D0%9E%D0%92%D0%98%20%D0%9C%D0%9E%D0%9B%D0%95%D0%9A%D0%A3%D0%9B%D0%AF%D0%A0%D0%9D%...

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you