Куратор курса: к.б.н. Попова Нелли Александровна
Актуальность проведения этого курса обусловлена тем, что молекулярная биология является одной из наиболее стремительно развивающихся областей биологии. Ее методы и достижения позволили осуществить настоящий прорыв в исследованиях других областей биологии. Так, в области иммунологии удалось идентифицировать антигенраспознающие рецепторы иммунокомпетентных клеток и выяснить механизмы иммунологического распознавания, в области онкологии – изучить молекулярно-генетические аспекты патогенеза злокачественных опухолей и т.д. Можно с уверенностью сказать,что в настоящее время нет ни одной области науки, в которой не использовались бы методы и достижения молекулярной биологии. Наиболее впечатляющими не только для биологов, но и для ученых всего мира явились успехи Международной программы «Геном человека». Ее достижения индуцировали возникновение ряда новых научных направлений и методологий. Появилась возможность клонировать гены и переносить их (трансгенез) в другие организмы. В результате возникли новые биотехнологии. Наибольшее развитие получили методы получения трансгенных микроорганизмов, синтезирующий труднодоступные биопрепараты для лечения различных заболеваний. Внедряются трансгенные растения, устойчивые к гербицидам и инсектицидам, а также обладающие ценными пищевыми качествами. Уже получены так называемые «съедобные вакцины» на основе трансгенных растений. Трансгенные животные, продуцирующие человеческие белки для лечения заболеваний, также постепенно распространяются по свету. Успехи в клонировании животных явились настоящей сенсацией, причем не только для биологов, но и для ученых всех специальностей, а также людей, не связанных с наукой. В настоящее время вряд ли можно утверждать, что этот метод окажется подходящим для получения копий животных, а тем более человека. Но из этого достижения вытекает очень важный для биологии, и в частности для биологии развития принцип, а именно, что возможно репрограммирование генома млекопитающих, так что из дифференцированной клетки можно получить развитие целого организма. Так собственно и получена ставшая знаменитой овечка Долли и последующие клонированные другие животные. На основании этого подхода становится возможным репрограммирование любой дифференцированной клетки человека и направление ее развития в необходимом направлении, например развития нервной ткани, которую потом можно трансплантировать тому же пациенту для восстановления функции пострадавшего органа. При этом нет опасности отторжения пересаженной ткани, как это происходит при трансплантации донорских тканей.
Методы молекулярной биологии индуцировали возникновение новейших методов лечения заболеваний человека, а именно метода генной терапии, направленного на исправление генетических механизмов заболевания. В настоящее время в мире 22 заболевания лечатся таким методом.
Все вышесказанное свидетельствует об актуальности преподавания основ молекулярной биологии и генетики на кафедре информационной биологии.
Курс построен традиционно из лекций, семинаров, практических работ. В конце первого семестра планируется проведение дифференцированного зачета, в конце года – экзамена.
Студенты, освоившие курс молекулярной биологии и генетики не только расширят свое общее образование, но могут использовать эти знания при последующем обучении на кафедре информационной биологии и в дальнейшей работе с биоинформационными системами.
[Назад]
- Определение и свойства живого вещества. Химический состав живых организмов. Микро- и макромолекулы. Углеводы, липиды. Структура, функции – 2 часа
- Белки. Аминокислоты. Классификация. Пептидная связь. Связи, удерживающие вторичную, третичную и четвертичную структуры белка. Функции белков. Фолдинг белка. Шапероны. –3 часа
- Нуклеиновые кислоты. Структура ДНК и РНК. Открытие Френсиса Крика и Джеймса Уотсона. Матричные синтезы в клетке. Репликация. Принципы и этапы. Репарация повреждений ДНК. – 2 часа
- Транскрипция. Регуляция транскрипции. Факторы транскрипции. Созревание матричной мРНК в эукариотических клетках. Сплайсинг, альтернативный сплайсинг. Генетический код, свойства. – 4 часа
- Трансляция. Аппарат трансляции. Дорибосомный и рибосомный этапы трансляции. Регуляция трансляции. Инициация, элонгация и терминация трансляции. Посттрансляционная модификация белков. Роль ее нарушения в патологии. Прионы – инфекционные агенты нового типа ? – 2 часа
- Определение гена. Структура генов про- и эукариот и вирусов. Геномы. Структура и особенности митохондриальных геномов. Результаты выполнения Международной программы «Геном человека».
- Технология рекомбинантных ДНК. Рестрикция. Клонирование ДНК и клонирование генов. Полимеразная цепная реакция. Генетическая инженерия.
- Регуляция экспрессии генов. Манипулирование генами. Трансгенез. Трансгенные микроорганизмы, растения, животные. Принципы генной диагностики и геннной терапии. Морально-этические аспекты новых биотехнологий. – 4 часа
- Клетка. Основы клеточной теории. Структура эукариотической клетки. Органеллы клетки, их функции. — 3 часа
- Энергетика клетки. Клеточное дыхание. Фотосинтез. 2 часа
- Деление клеток. Митоз. Мейоз. Особенности и роль. Апоптоз и некроз клеток – 1 час
- Прокариоты. Археи как особый домен прокариот. Разнообразие метаболизма прокариот. Хемосинтез. – 2 часа
- Основы генетики. Законы Г. Менделя. Понятия генотип и фенотип. Анализирующее скрещивание. Взаимодействие аллельных и неаллельных генов. Сцепление генов. Кроссинговер. Наследование признаков, сцепленных с полом.
- Хромосомная теория наследственности. Кариотип. Структура хромосом. Дифференциальная окраска хромосом. Нарушения кариотипа. Хромосомное определение пола.
- Изменчивость наследственного материала. Комбинативная, мутационная и модификационная изменчивость. Норма реакции. Закон Харди-Вайнберга. Закон гомологических рядов Н. И. Вавилова. Мутационная теория. Классификация мутаций. Экспрессивность, пенетрантность и плейотропный эффект генов. Наследственные заболевания человека.
- Вирусы – доклеточные формы жизни. Современное состояние борьбы с вирусными инфекциями. СПИД, геморрагические лихорадки, гепатиты. 2 часа
- Молекулярные основы иммуногенетики. Представления об иммунитете и развитии иммунной системы. Врожденный и приобретенный иммунитет. Роль генов главного локуса совместимости тканей в иммунологическом распознавании. Формирование репертуара антигенраспознающих рецепторов Т- и В-лимфоцитов. Моноклональные антитела; получение, применение в научных исследованиях, для диагностики и лечения заболеваний.
- Молекулярно-генетические основы канцерогенеза. Онкогены и антионкогены. Роль мутационных и эпигенетических механизмов в развитии опухолей. Причины возникновения опухолей. Злокачественные и доброкачественные опухоли. Новые принципы лечения опухолей.
[Назад]
- Изучение под световым микроскопом разных типов клеток на гистологических препаратах. Нервная клетка, клетки печени, костного мозга, крови, клетки поперечно-полосатой и гладкой мускулатуры и др. Препарат колонии бактерий стрептококков. Демонстрация фагоцитоза макрофагами эритроцитов барана. Демонстрация апоптоза и некроза клеток.
- Рассматривание в электронном микроскопе отдельных органелл эукариотических клеток
- Политенные хромосомы слюнных желез Drosophila melanogaster. Структура в световом микроскопе. Митоз и мейоз.
- Знакомство с мутациями у Drosophila melanogaster. Определение их под бинокулярной лупой на наркотизированных мухах.
- Инбредные линии мышей и крыс. Мутации и стоки, имеющиеся в лаборатории экспериментальных животных Института цитологии и генетики СО РАН. Использование лабораторных животных в медико-биологических исследованиях
- Демонстрация законов Менделя. Скрещивание мышей инбредных линий СВА и С57ВL, различающихся по генам окраски шерсти. Получение гибридов первого поколения – демонстрация 1 закона Менделя – единообразия гибридов первого поколения. Скрещивание гибридов первого поколения между собой для демонстрации расщепления по признакам, определяемым генами окраски шерсти.
- Знакомство с результатами электрофореза белков, ДНК. «Лесенка» ДНК из апоптотических клеток. Электрофорез ДНК после обработки ее рестриктазами
- Экскурсия по Институту с лекцией об основных направлениях исследований в области генетики. Посещение ряда лабораторий.
[Назад]
1.4 Темы для проведения семинарских занятий
- Биоинформатика как новый раздел биологии
- Догмы и альтернативы молекулярной биологии
- СПИД с точки зрения биолога
- Феномен прионизации белков
- Биологические аспекты агрессии
- Генные сети
- Парадоксы иммунитета
- От структурной геномики к функциональной. Теоретические и прикладные аспекты
- Апоптоз – запрограммированная смерть клеток. Связь с продолжительностью жизни и заболеваниями
- Горизонтальный перенос генов
- Злокачественный рост клеток. Биологические аспекты этиологии, патогенеза и лечения опухолей
- Наследственные болезни человека. Новые стратегии диагностики и лечения
- Трансгенез. Трансгенные растения, животные и микроорганизмы
- Морально-этические аспекты применения новых биотехнологий
- Вирусы – удивительные организмы
- Биоразнообразие. Экологические аспекты
- Происхождение жизни на Земле
- Археи как особый домен прокариот
- Прокариоты – фундамент жизни на Земле
- Эндосимбиотическая гипотеза происхождения эукариот. Аргументы “за ” и “против”
- Клонирование животных, Перспективы, проблемы
- Стресс как общебиологическое явление
- Факторы эволюции.
- Международная программа “Геном человека”. Достижения, перспективы
- Проблема моделирования биологических процессов
- Биотехнология. Теоретические и прикладные аспекты
- Новости науки. Молекулярная генетика.
- Новости науки. Общая биология
- Биоинформатика как новая отрасль биологии. Задачи, перспективы
- Новости науки. Иммунология
- Генетика и физиология поведения. Прикладные аспекты
Каждая из тем обеспечена подборкой необходимой литературы. В семинаре участвует один докладчик, два официальных оппонента и все принимают участие в дискуссии. Возможны консультации с учеными из Института и приглашение их на семинар
[Назад]
II. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
2.1 Вопросы для подготовки к зачету и экзамену
Раздел 1 — 2
- Определение жизни
- Свойства живого
- Структура белков.
- Какие аминокислоты входят в состав белков?
- Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белков
- Функции белков
- Протеины и протеиды. Различия.
- Гистоны. Их роль в геноме клетки
- Что такое протеом?
Раздел 3
- Методы исследования нуклеиновых кислот
- Структура ДНК. Кто ее открыл?
- Какова структура нуклеотида?
- Типы и структура РНК
- Какова длина ДНК в клетках человека? Что означает С-парадокс?
- Сколько пар нуклеотидов в ДНК человека?
- Что такое нуклеосомы?
- Как ДНК упакована в хромосомах?
- Хроника основных событий по расшифровке структуры гена
- У какого организма расшифрован впервые генетический код?
- Что такое А,В,Z- cпирали ДНК?
- Дайте определение генетического кода
- Свойства генетического кода
- Что означает универсальность генетического кода?
- Что означает вырожденность генетического кода?
- Есть ли исключения из универсальности генетического кода?
- Информационное содержание ДНК
- Повторяющиеся последовательности в ДНК
- Что такое ген? Дайте определение
- Что такое промотор гена?
- Что такое экзоны и интроны?
- Что такое транспозоны?
- Что такое ген-матрешка?
- Рестриктазы, их свойства и особенности воздействия на ДНК
- Полимеразная цепная реакция. Применение
- Гибридизация нуклеиновых кислот, ее возможности
- Типы и структура РНК
- Назовите принципы репликации ДНК
- Объясните принцип комплементарности.
- Что означает полуконсервативный характер репликации ДНК?
- Что представляют собой фрагменты Оказаки?
- Клонирование ДНК
- Секвенирование ДНК
- Что такое репарация ДНК?
- Метилирование ДНК
- В каких сайтах ДНК происходит метилирование?
- Роль метилирования ДНК в мутационном процессе
- Почему с каждой репликацией происходит укорочение ДНК?
- Чем отмерен срок жизни клетки?
- Что такое лимит Хейфлика?
- Как устроены теломеры?
- Что делает фермент теломераза? В каких клетках экспрессируется ее ген?
- Какова частота мутаций в генах и механизмы мутаций?
Раздел 4
- Принципы транскрипции
- Фазы транскрипции
- Принципы регуляции транскрипции
- Какие ферменты осуществляет транскрипцию?
- Что такое коровые факторы транскрипции?
- Что такое энхансеры, сайленсеры?
- Что собой представляют инициатор и терминатор транскрипции?
- Основные типы факторов транскрипции
- Как происходит процессинг РНК?
- Что такое сплайсинг? Аутосплайсинг?
- РНК как вероятный первичный биополимер
- Как осуществляется альтернативный сплайсинг? Биологическая роль его
- Что такое обратная транскрипция?
- Что такое антисмысловая РНК?
- Информационное содержание мРНК
Раздел 5
- Где и как происходит синтез белков?
- Структура и функционирование рибосомы
- Почему биосинтез белка называется трансляцией?
- Принципы трансляции
- Что означает неоднозначность спаривания кодон-антикодон?
- Фазы трансляции
- Дорибосомный этап трансляции
- Инициирующие и терминирующие кодоны
- Роль контекста мРНК в трансляции
- Как код ДНК переводится в последовательность АМК?
- Структура и функции транспортных РНК
- Как обеспечивается вырожденность генетического кода при трансляции?
- Аминоацил-Т-РНК синтетазы (АРС-азы),их субстраты и функции
- Разделение функций малой и большой субъудиниц рибосомы в синтезе белка
- Как быстро идет синтез полипептидной цепи?
- Дискриминация мРНК, маскирование мРНК,
- Посттрансляционные модификации белков
- Что означает фолдинг белка?
- Шапероны – что это такое?
- Что означает гликозирование? Где оно происходит?
- Проследите все этапы жизни белка от его кодирования до гибели.
- Как нарушения фолдинга отражаются на функции белка?
- Прионы – что это такое?
- Две Нобелевские премии за исследование прионов
- Почему прионы называют инфекционными агентами нового типа?
- Какие заболевания, вызываемые прионами Вы знаете?
- Как прионовые заболевания передаются у человека и животных?
- Догмы и альтернативы молекулярной биологии
Раздел 6 — 8
- Определение гена
- Структура генов эу- и прокариот
- Структура вирусных генов
- Особенности митохондриального генома
- Экзоны
- Интроны
- Генотип
- Геном
- С-парадокс
- Транспозоны
- Повторяющиеся последовательности ДНК
- Полимеразная цепная реакция
- Векторы для переноса ДНК
- Методы трансгенеза
- Ферменты рестрикции
- Получение ДНК-овых библиотек
- Получение кДНК-овых библиотек
- Генная инженерия
- Сколько генов у человека?
- Сколько нуклеотидов в ДНК человека ?
- Мутации, вызванные экспансией тринуклеотидных повторов
- Какие заболевания они вызывают?
- Результаты работы Международной программы «Геном человека»
- Определение генома
- Приведите примеры трансгенеза в естественных условиях
- Какие открытия позволили человечеству управлять геномом?
- Какие манипуляции с генами возможны и допустимы?
- Что такое генная «кройка-шитье»?
- Что такое клонирование гена?
- Получение кДНК
- Перечислите методы трансгенеза
- Трансгенные микроорганизмы
- Трансгенные растения
- Трансгенные животные
- Векторы для переноса генов
- Преимущества и недостатки вирусных векторов
- Невирусные вектора
- Какую опасность может представлять интродукция трансгенных организмов в окружающую среду?
- Почему ретровирусы являются лучшими векторами при трансгенезе?
- Основные стратегии генной терапии
- Что означает генная терапия ex vivo?
- Как подавить функцию испорченного гена?
- Какие болезни подлежат генотерапии?
- Генетическая модификация генома животных на уровне хромосом
- Что такое клон?
- Клонирование растений? Как это делается?
- Перспектива клонирования животных
- Какое животное клонировано впервые? Когда? Кем?
- Морально-этические аспекты клонирования человека
- Чем знаменита овечка Долли?
- Чем обусловлено враждебное отношение некоторых людей к генным технологиям?
- Как используется трансгенез микроорганизмов в биологической промышленности?
- Лекарственные препараты, продуцируемые трансгенными микроорганизмами
- Реальная польза и потенциальный риск генных технологий
Раздел 9 — 11
- Основные положения клеточной теории
- Как перевести с латыни Omnis cellula eх cellulaе?
- Кто изобрел микроскоп? Когда?
- Каковы размеры клеток?
- Как устроена клеточная мембрана?
- Каковы функции клеточной мембраны?
- Пиноцитоз, фагоцитоз, трансцитоз
- Какие молекулы называются амфипатическими? Почему?
- Что такое гликокаликс?
- Диффузия, облегченная диффузия, осмос
- Что такое К-Na- насос?
- Почему целостность клеточной мембраны является критерием жизнеспособности клетки?
- Эндоплазматический ретикулюм. Функции
- Что означает компартментализация?
- Лизосомы. Где образуются? Каковы их функции?
- Что такое синдром Гоше?
- Аппарат Гольджи. Функции
- Рибосомы. Функции
- Митохондрии. Функции
- Какие болезни называются митохондриальными? Почему?
- Что такое цитодукция?
- Ядрышко. Где оно образуется? Как?
- Пероксисомы.
- Энергетика клетки
- Брожение и клеточное дыхание
- Почему клеточное дыхание называют окислительным фосфорилированием?
- Фотосинтез
- Что является продуктами фотосинтеза?
- Цитоскелет. Функции
- Фазы клеточного цикла.
- Митоз
- Мейоз
- Чем определяется продолжительность жизни клетки?
- Что такое апоптоз и некроз?
- Какие болезни называются митохондриальными? Почему?
- Что такое предел Хейфлика?
- Передача сигналов в клетке
- Первичные и вторичные мессенджеры
- G- белки. Их роль в передаче сигнала в клетке
- Оксид азота как полифункциональный физиологический регулятор
Раздел 12
- Общие черты структуры прокариот
- Цианобактерии. Распространение. Особенности
- Археи. Почему их выделяют в особый домен прокариот?
- Какие прокариоты называют экстремофилами? Почему?
- Галофильные прокариоты.
- Алкалофильные и ацидофильные прокариоты
- Термофилы и психрофилы
- Как осуществляется движение бактерий?
- Использование бактерий в биотехнологии и генной инженерии
- Как бактерии размножаются?
- Чем интересны Agrobacterium tumifaciens?
- Механизмы переноса генетической информации у бактерий?
- Чем привлекают исследователей ферменты экстремофилов?
- Как связана ПЦР с экстремофилами?
- Что называют черными курильщиками? Какие там сообщества организмов?
- Что такое споры бактерий? Их роль в патогенности бактерий.
- Плазмиды, их применение для переноса генов
- Как устроена бактериальная стенка?
- Что такое азотфиксация? Биологические и небиологические способы азотфиксации
- Какие бактерии называют сапрофитами?
- Что такое симбиоз, паразитизм, мутуализм, комменсализм?
- Назовите опасные для человека заболевания, вызываемые бактериями
- Что такое дисбактериоз?
- Как бактерии участвуют в круговороте веществ?
- Что такое антибиотики? Как они действуют?
- Как бактерии приобретают устойчивость к антибиотикам?
- Трансгенные бактерии. Получение, применение
Раздел 13 -14
- 1 закон Менделя
- 2 закон менделя
- 3 закон Менделя
- Условия выполнения законов Менделя
- Анализирующее скрещивание
- Доминантный признак рецессивный признак
- Фенотип
- Генотип
- Сколько различных гамет образуется при дигибридном скрещивании?
- Сколько классов генотипов, фенотипов?
- Взаимодействие аллельных и неаллельных генов
- Неполное доминирование и кодоминирование
- Эпистаз
- Полимерия
- Комплементарное действие генов
- Схема наследования групп крови у человека
- Схема наследования гемофилии
- Как наследуется черепаховая окраска кошек
- Новые методы получения генетических карт
- Наследование сцепленных генов
- Кроссинговер
- Наследование, сцепленное с полом
- Инактивация Х-хромосомы
- Тельца Барра
- Положения хромосомной теории наследственности
- Структура хромосом
- Кариотип
- Нарушения кариотипа
- Полиплоидия
- Анэуплоидия
- Хромосомные аберрации
- Дифференциальная окраска хромосом
- Хромосомное определение пола
- Партеногенез
- Гиногенез
- Андрогенез
Раздел 15
- Генотипическая изменчивость
- Фенотипическая изменчивость
- Комбинативная изменчивость
- Источники комбинативной изменчивости
- Мутации
- Классификация мутаций
- Модификационная изменчивость
- Норма реакции
- Закон Харди-Вайнберга
- Закон гомологических рядов наследственности Н.И.Вавилова
- Экспресивность гена
- Пенетрантность гена
- Плейотропный эффект генов
Раздел 16
- Кем впервые открыт вирус? Какой?
- Как переводится слово вирус ?
- Какие вирусы передаются половым путем?
- Как вирусы проникают в клетки?
- Почему вирусы вызывают заболевания?
- Какие вирусные заболевания человека Вы знаете?
- Типы взаимодействия вирусов с клетками
- Расскажите историю борьбы с оспой и победы над ней
- Как вирусы приобретают устойчивость к химиопрепаратам?
- Сходства и различия болезнетворных и компъютерных вирусов
- Как передается СПИД?
- Расскажите об особенностях вируса иммунодефицита человека
- Что такое бактериофаги?
- Расскажите о вирусах, вызывающих геморрагические лихорадки
- Расскажите историю борьбы с оспой и победы над ней
- Как используются вирусы в трансгенезе?
Раздел 17
- Как связаны и соотносятся система неспецифической защиты и иммунная система?
- Факторы неспецифической резистентности
- Фагоцитоз
- Комплемент
- Натуральные киллеры
- Антигены, гаптены
- Ткани и органы иммунной системы
- Цитотоксические иммунные реакции
- Антителогенез
- Эффекторные функции иммунитета
- Трансплантация органов и тканей
- Кто впервые в мире пересадил сердце от человека человеку?
- Что такое аллогенные и сингенные трансплантации?
- Роль МНС-генов в иммунном распознавании
- Презентация антигенов
- Особенности структуры иммуноглобулинов и их генов
- Как обеспечивается беспрецедентное разнообразие В- и Т-клеточных антигенраспознающих рецепторов?
- Механизмы аллергии
- Механизмы и причины аутоиммунных заболеваний
Раздел 18
- Что представляет собой опухоль?
- Онкогены и антионгкогены.
- Онкогенные вирусы.
- Основные свойства злокачественных опухолей.
- Что называется метастазами?
- Как моделируют злокачественный рост на животных?
- Курение и рак легких
- Почему опухолевые клетки быстро приобретают устойчивость к химиотерапии?
- Методы терапии опухолей.
- Иммунотерапия опухолей.
- Суицидная терапия опухолей.
- Генотерапия злокачественных опухолей.
- Что такое инбредные линии мышей?
- Перевиваемые опухоли.
- Заразны ли опухоли?
- Передаются ли опухоли по наследству?
[Назад]
- Попова Н. А. Введение в биологию. (Учебное пособие). 2003. Новосибирск. НГУ. 196 с.
- Общая биология. М. Научный центр. 2001. Под ред. Л. В. Высоцкой и др.
- Общая биология.10-11 кл. Под редакцией В. К. Шумного, Г.М. Дымшица и А. О. Рувинского. Москва. Просвещение. 2001г
- Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки. Москва. Мир. 1994. 3 тома
- Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор. Биология. Москва. Мир. 1996
- Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. Издательство НИИ Биомед. Химии. ООО «Материк-альфа». Москва. 2000
- М. Сингер, П. Берг. Гены и геномы. Москва. Мир. 1998.
- Б. Льюин. Гены. Москва. Мир.1997
- Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Москва. Мир.2002 г.
- Дж. Уилсон, Т. Хант Молекулярная биология клетки. Сборник задач. Москва. Мир.1994
- Успехи современной биологии т.121.№ 4.С. 388-398.2001(статья О.Л. Серова о модификации генома на уровне хромосом)
- Молекулярная биология. Т.35. № 4. 2001(весь журнал посвящен биосинтезу белка)
- Молекулярная биология (под ред. А.С. Спирина). Москва. Высшая школа.1990
- Р. Рэфф., Т. Кофмен. Эмбрионы, гены, эволюция. Москва. Мир. 1986
[Назад]