Рабочая программа дисциплины Молекулярная биология Направление подготовки 050100 Педагогическое образование

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского

Биологический факультет

Проректор по учебно-методической работе

___________________ Е.Г. Елина

"___" _________________ 2011 г.

Направление подготовки

050100 Педагогическое образование

Профиль подготовки

Биология

Квалификация выпускника

Бакалавр

Форма обучения

очная

Саратов

Цели освоения дисциплины: cформировать у студентов знание молекулярных механизмов хранения, передачи и реализации наследственной информации, о структурно-функциональной организации генома и протеома. Детально рассмотреть вопросы структуры и функций биомакромолекул – нуклеиновых кислот, белков, углеводов, липидов и др., а также их сложных надмолекулярных комплексов. Осветить молекулярные основы процессов репликации, транскрипции, трансляции, репарации, регуляции клеточного цикла, дифференцировки, развития, старения и программируемой смерти клеток.

Цикл Б.3, вариативная часть. Дисциплина изучается в 6 семестре.

Для успешного освоения курса необходимы знания генетики, цитологии, биохимии и биофизики. Молекулярная биология опирается на основы генетики, поскольку изучает способность организмов к размножению (самокопированию) и наследованию признаков, которое в свою очередь напрямую связано нуклеиновыми кислотами. Нуклеиновые кислоты как нерегулярные биополимеры клетки уже более сотни лет являются объектами изучения биологической химии. Знание цитологии необходимо для логического перехода от изучения органоидов клетки на микроскопическом уровне к молекулярному и атомному уровню, т.е. к основам физики (биофизики). Знания, полученные в данном курсе, являются предшествующими для дисциплин биоинженерии, биоинформатики и синтетической биологии.
3. Требования к результатам освоения дисциплины.

В процессе освоения дисциплины формируются компетенции профиля «Биология» и компетенции: ОК-1, ОК-2, ОПК-3, ОПК-4, ПК-1, СК-1, СК-3, СК-4, СК-5, СК-8.

владеет основами речевой профессиональной культуры (ОПК-3);

способен к самостоятельному проведению исследований, постановке естественнонаучного эксперимента, использованию информационных технологий для решения научных и профессиональных задач, анализу и оценке результатов лабораторных и полевых исследований (СК – 8).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:

- структуру и функции нерегулярных биополимеров клетки – нуклеиновых кислот и белков, их компонентов и сложных надмолекулярных комплексов;

- механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации на молекулярном уровне;

- характеристику основных процессов, протекающих в живой клетке: репликации, транскрипции, трансляции, рекомбинации, репарации, процессинга РНК и белков, белкового фолдинга и докинга.

- выделять нативную ДНК из биологического материала одним из известных методов, проводить соответствующую пробоподготовку для молекулярно-биологических анализов;

- определять содержание ДНК и чистоту препарата ДНК спектрофотометрическим методом. Выполнять рестрикционный анализ ДНК;

- готовить агарозный гель и проводить электрофорез ДНК, грамотно оценить результаты.

- выделять рекомбинантный белок из штамма-продуцента и очистить его, провести электрофоретический анализ;

- уметь рассчитывать праймеры для проведения ПЦР, готовить инкубационную смесь для ПЦР и провести реакцию амплификации ДНК;

- проводить поиск информации в электронных банках данных и анализировать структуру и функции генов и геномов, проводить структурно-функциональный анализ белков.
Владеть:

- навыками по практическому применению рассматриваемых в курсе вопросов в генетической, белковой и клеточной инженерии, с использованием в биомедицинских исследованиях и в биотехнологических производствах.

1.Выделение ДНК фенол-хлороформным методом (лабораторная работа).

2. Выделение плазмидной и фаговой ДНК (лабораторная работа).

3. Изоляция и очистка белков (лабораторная работа).

4. Электрофорез нуклеиновых кислот (лабораторная работа).

5. Рестрикционный анализ ДНК (лабораторная работа).

6. Биохимические основы матричных синтезов (семинар).

7. ПЦР-амплификация ДНК (лабораторная работа).

При реализации различных видов учебной работы используются активные и интерактивные образовательные технологии. Предусматривается использование наиболее информативных и общедоступных ресурсов Интернета. Одним из наиболее известных специальных сайтов в русскоязычном сегмента Интернета является сайт MOLBIOL.RU – Методы, информация и программы для молекулярных биологов. Студенты должны научиться работать с программами для проведения различных расчетов, связанных с белками. Для начала работы студентам можно предложить транслировать ген НАДН-дегидрогеназы гадюки Никольского, секвенированный в лаборатории молекулярной биологии СГУ, что должно стимулировать их к дальнейшей работе. Содержательная часть работ может меняться или вообще быть произвольной, поскольку их главная цель – практический навык студентов в работе с подобными программами. Поэтому, самостоятельность и инициатива со стороны студентов приветствуется. Выложенная на сайте MOLBIOL.RU форма осуществляет трансляцию нуклеотидной последовательности в выбранных рамках считывания. Можно выбирать несколько рамок одновременно, также можно использовать одно- и трехбуквенный код для обозначения аминокислот. Использование формы деловой игры с индивидуальными заданиями разным группам призвано активизировать мыслительную деятельность студентов в духе соревнования. При проведении семинарских занятий также предполагается предоставлять студентам максимальную самостоятельность в их подготовке и проведении.

В рамках внеаудиторной работы с целью формирования и развития профессиональных навыков обучающихся предусмотрены встречи с представителями Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, посещение научных лабораторий Института.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Студенты готовят рефераты по молекулярной биологии в рамках самостоятельной работы, а также доклады к семинарским занятиям. Примерный перечень тем для этих работ приведен ниже. Подготовленный реферат по выбранной теме предоставляется преподавателю на проверку. Рефераты, получившие высокую оценку, представляются другим студентам на семинарском занятии. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля прово-дятся преподавателем в форме устного и письменного опросов или тестирования. Ниже приве-ены задания для тестов. Список вопросов к промежуточной аттестации также приведен далее.

1. 
   Основные этапы развития молекулярной биологии. Центральная догма молекулярной биологии.
   
2. 
   Принципы строения ДНК и РНК. Методы выделения ДНК.
   
3. 
   Виды РНК и их функции.
   
4. 
   Генетический код. Свойства кода.
   
5. 
   Геном про- и эукариот. Размеры и устройство геномов.
   
6. 
   Избыточность эукариотического генома. Экзоны, интроны, межгенные области, повторяющиеся элементы.
   
7. 
   Компактность генома эукариот. Уровни компактизации. Гистоны.
   
8. 
   Репликация ДНК. ДНК-полимеразы. Ферментативная система синтеза ДНК in vitro.
   
9. 
   РНК-полимераза E.coli. Структура промотора.
   
10. 
    Этапы транскрипции. Ингибиторы транскрипции.
    
11. 
    Особенности транскрипции у эукариот. Процессинг mРНК.
    
12. 
    Кепирование и полиаденилирование mРНК эукариот.
    
13. 
    Сплайсинг mРНК, понятие об автосплайсинге.
    
14. 
    Трансляция – биосинтез белка.
    
15. 
    Генетическая инженерия как технология рекомбинантной ДНК.
    
16. 
    Белки, их строение и функции.
    
17. 
    Аминокислоты, входящие в состав белков.
    
18. 
    Пептидная связь. Образование пептидов и белков (полипептидов).
    
19. 
    Структуры белка. Влияние первичной структуры на третичную и четвертичную.
    
20. 
    Метод электрофоретического анализа.
    
21. 
    Белковая инженерия, принципы и применение.
    
22. 
    Бесклеточные системы трансляции.
    
23. 
    Рибосома как молекулярная машина. Структура рибосом про- и эукариот. Центры рибосом E.coli.
    
24. 
    Этапы трансляции (инициация, элонгация, терминация), ее механизмы и регуляция у про- и эукариот. Белковые факторы трансляции.
    
25. 
    Позитивная и негативная регуляция трансляции.
    

1. 
   Рак - болезнь генома.
   
2. 
   Рибосома - самый крупный нуклеопротеидный комплекс клетки.
   
3. 
   Теломеры, теломераза: старение и рак.
   
4. 
   Методы выделения и очистки ДНК, РНК и белков.
   
5. 
   Плазмиды. Методы картирования. Использование в генетической инженерии.
   
6. 
   Фолдинг белка.
   
7. 
   Биосинтез белка на рибосомах.
   
8. 
   Посттрансляционный процессинг белка.
   
9. 
   Генная терапия: методы и перспективы.
   
10. 
    Топология и конформация ДНК.
    
11. 
    Механизмы репарации ДНК.
    
12. 
    Молекулярная биология вируса иммунодефицита человека.
    
13. 
    Системы рестрикции и модификации ДНК.
    
14. 
    Транскрипция. Структура и функция бактериальной РНК-полимеразы.
    
15. 
    Методы секвенирования ДНК.
    
16. 
    Регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции.
    
17. 
    ДНК-диагностика наследственных и инфекционных заболеваний.
    
18. 
    Разновидности ПЦР.
    
19. 
    Технология рекомбинантной ДНК. Векторы молекулярного клонирования.
    
20. 
    Сравнение структурных особенностей про- и эукариотических генов.
    
21. 
    Геномика, протеомика, транскриптомика и геносистематика.
    
22. 
    Трансгеноз: настоящее и будущее.
    
23. 
    Гибридизация ДНК.
    
24. 
    Синтетический геном. Проект “Жизнь, версия 2.0”.
    

1. 
   Транспортная РНК
   

Транспортирует аминокислоту в ядро

Транспортирует нуклеотид к рибосоме

Транспортирует нуклеотид в ядро

2. 
   Обратная транскрипция - это
   

- синтез РНК по матрице ДНК

- синтез ДНК по матрице ДНК

- синтез РНК по матрице РНК

3. 
   Что означает 1 единица активности рестриктазы:
   

Количество фермента, необходимого для рестрикции 1 мг ДНК

Число активных центров фермента

Количество возможных конформаций фермента

4. 
   Белки Альбертса
   

не влияют на температуру плавления ДНК

увеличивают температуру плавления ДНК

стабилизируют температуру плавления ДНК

5. 
   Число интронов у E-coli
   

- 100

-0

6. 
   Оперон это
   

- участок фермента

- функционально объединенный набор генов

- синтетический аналог полипептида

7. 
   Основная проблема постгеномной эры
   

- предсказание вторичной структуры белка по последовательности ДНК

- предсказание третичной структуры белка по последовательности ДНК

- предсказание четвертичной структуры белка по последовательности ДНК

8. 
   Транскрипция это
   

- синтез ДНК по мРНК

- синтез мРНК по ДНК

- синтез белка по мРНК

9. 
   Формы спирали ДНК
   

-C,D,E

-T,R,Y

10. 
    В современных ДНК-секвенаторах используют
    

Высокоэффективную жидкостную хроматографию

Тонкослойную хроматографию

ЯМР-спектроскопию

11. 
    sRНК это
    

- информационная РНК

- малая РНК

- вирусная РНК

12. 
    Фолдинг это
    

- рестрикция ДНК

- разрыв ковалентной связи

- плавление двойной спирали

13. 
    Линия УФ-поглощения белка:
    

180 нм

280 нм

14. 
    Результат деятельности гираз
    

Снижение числа супервитков двухцепочечной ДНК

Увеличение числа супервитков одноцепочечной ДНК

Снижение числа супервитков одноцепочечной ДНК

15. 
    К основным репарабельным повреждениям в ДНК не относятся
    

Дезаминирование

Тиминовые димеры

Алкилирование

16. 
    Экспрессия генетической информации идет в направлении
    

- ДНК  РНК  белок

- полисахарид  белок  ДНК

- ДНК  липид  белок

17. 
    Прочность связей
    

- ионная ≈ ковалентная, водородная, Ван-дер-ваальсова

- Ван-дер-ваальсова ≈ водородная, ионная, ковалентная

- ковалентная ≈ Ван-дер-ваальсова, ионная, водородная

18. 
    Гидрофобный эффект связан с перестройкой
    

- водородных связей

- ионных связей

- донорно-акцепторных связей

19. 
    Основной постулат квантовой теории:
    

Принцип Эренфеста

Принцип квантования энергии

Постулат Борна-Оппенгеймера

20. 
    Ковалентный радиус
    

Меньше Ван-дер-ваальсова

Близок к Ван-дер-ваальсову

Намного больше Ван-дер-ваальсова

21. 
    Гидрофобный эффект связан с перестройкой
    

водородных связей

ионных связей

донорно-акцепторных связей

22. 
    Ультрацентрифугирование не применяют для:
    

Анализа размера белков

Разделения макромолекул

Анализа скорости седиментации

23. 
    Какие ионы инициируют работу рестриктаз:
    

Mg²⁺

Zn²⁺

SO₄^2-

24. 
    В практике молекулярной биологии для мягкой денатурации белка не применяют:
    

Гуанидина хлорид

Натрия хлорид

Мочевину

25. 
    Не является методом ДНК-секвенирования
    

Плюс-минус метод по Сенгеру

Метод ник-трансляции по Сенгеру

Метод химической деградации по Максаму-Гилберту

26. 
    Не является этапом ПЦР
    

Отжиг

Трансляция ДНК

27. 
    Затравка, необходимая для инициации синтеза ДНК в методе ПЦР
    

Спейсер

Промотор

28. 
    Фермент, используемый при амплификации ДНК
    

Геликаза

Каталаза

1. 
   Предмет и методы молекулярной биологии. Основные этапы развития. Центральная догма молекулярной биологии. Современные перспективные направления - геномика, протеомика, транскриптомика, метаболомика, биоинформатика и синтетическая биология.
   
2. 
   Белки как нерегулярные биополимеры. Пептид и полипептид, протеин и протеид. Уровни структурной организации белков. Надмолекулярные структуры. Глобулярные и фибриллярные белки. Основные биологические функции белков. Процессинг и фолдинг белка.
   
3. 
   Нуклеиновые кислоты как нерегулярные биополимеры. Структура ДНК. Нуклеозид, нуклеотид, олигонуклеотид, полинуклеотид. Принципы строения двойной спирали ДНК. Параметры В-, А- и Z-форм ДНК.
   
4. 
   Функции ДНК. Информационная емкость. Генетический код. Основные свойства генетического кода. Квазидублетный код. Универсальный генетический код.
   
5. 
   Виды РНК. Их роль в клетке. РНК-протеидные комплексы. Малые РНК. Функции малых РНК. РНК-интерференция.
   
6. 
   Транскрипция. Понятие об опероне. Субъединичный состав РНК-полимеразы E.coli. принципы работы РНК-полимераз. Особенности структуры промоторов. Этапы транскрипции у прокариот.
   
7. 
   Регуляция транскрипции у бактерий. Негативная индукция. Позитивная индукция. Негативная репрессия. Позитивная репрессия. Аттенуация в регуляции экспрессии триптофанового оперона E.coli.
   
8. 
   Особенности транскрипции у эукариот. Множественность и специфичность РНК-полимераз эукариот. Cis-элементы и trans-факторы транскрипции. Образование инициаторных комплексов с участием РНК-полимеразы II. Понятие об энхансерах и сайленсерах.
   
9. 
   Процессинг m-РНК эукариот: кепирование, полиаденилирование, сплайсинг, редактирование. Различные механизмы сплайсинга. Trans-сплайсинг. Альтернативный сплайсинг.
   
10. 
    Трансляция. Структура t-РНК. Рекогниция. Аминоацилирование t-РНК. Структура рибосом про- и эукариот. Центры рибосом E.coli. Этапы трансляции у прокариот. Белковые факторы трансляции.
    
11. 
    Репликация. Принципы репликации ДНК. Доказательство полуконсервативного характера репликации. Понятие о матрице и затравке при репликации ДНК. Ферментативная система синтеза ДНК in vitro. Репликативная рекомбинация ДНК.
    
12. 
    Строение и функции ДНК-полимеразы I из E.coli. Значение 3'>5' и 5'>3' гидролитических активностей. Схема антипараллельной репликации Оказаки. Современная схема репликации ДНК E.coli (модель "тромбона"). Репарация ДНК.
    
13. 
    Полимеразная цепная реакция. Основы метода и применение. Подбор праймеров для ПЦР. Разновидности ПЦР. ПЦР в реальном времени (Real-time PCR).
    
14. 
    Секвенирование ДНК. Принцип определения первичной структуры ДНК по Сенгеру. Терминирующие нуклеотиды. Проведение секвенирующих реакций и интерпретация результатов. Автоматические ДНК-секвенаторы.
    
15. 
    Генная инженерия. Ферменты генной инженерии. Рестриктазы. ДНК-лигазы. ДНК-полимеразы. Фрагмент Кленова. Общая схема клонирования генов. Библиотеки генов. Достижения, проблемы и перспективы генной инженерии.
    
16. 
    Генная терапия. Профиль наследственной патологии. Способы ее коррекции. Достижения, проблемы и перспективы молекулярной медицины. Молекулярная диагностика. ДНК-маркеры. Биочипы, получение и применение.
    
17. 
    Геном эукариот. "Избыточность", наличие повторов, некодирующих последовательностей, компактность, нестабильность. Основы метода ренатурации ДНК. Фракции ренатурирующей ДНК.
    
18. 
    Сателлитная ДНК. Особенности состава. Локализация в геноме. Возможная роль. Палиндромы. Роль обращенных повторов в геноме. Умеренные повторы в ДНК.
    
19. 
    Структура про- и эукариотических генов. Типы структурно-функциональной организации эукариотических генов. Гены "домашнего хозяйства" и гены "роскоши".
    
20. 
    Компактизация ДНК эукариот. Нуклеосомный, супербидный, петлевой уровни компактизации. Общая характеристика гистонов. Метафазная хромосома.
    
21. 
    Молекулярные основы канцерогенеза. Генетическая, канцерогенная и вирусная теории рака. Ретровирусы. Онкогены и онкобелки. Гены-супрессоры опухолей.
    
22. 
    Синтетическая биология. Методы создания искусственных биоинженерных систем. “Синтетический геном” и проблемы “искусственной жизни”.
    

а) основная литература:

1. 
   Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: Академия, 2005.
   
2. 
   Белясова Н. Биохимия и молекулярная биология. М.: Книжный дом, 2004.
   
3. 
   Великов В.А. Молекулярная биология. Практическое руководство [Электронный ресурс] : учеб.-метод. пособие. Сарат. гос. ун-т им. Н. Г. Чернышевского. - Саратов : Сарат. гос. ун-т, 2012. - 79 с. : ил., табл. - Библиогр.: с. 70. - Б. ц.
   

1. 
   Эллиот, Д. Эллиот. Биохимия и молекулярная биология. М.: МАИК «Наука/ Интерпериодика», 2002. – 446 c.
   
2. 
   Великов В.А, Кузнецов П.Е. Практикум по молекулярной биологии: Методы биоинженерии / Под ред. проф. В.В. Игнатова. 2006. – Саратов: Издательство СГУ, 2006, – 80 с.
   
3. 
   Коничев А.С., Севастьянова Г.А Основные термины молекулярной биологии. Учебное пособие. М.: Колос, 2006.
   
4. 
   Коничев А.С. Биохимия и молекулярная биология. Словарь терминов. М:.Дрофа, 2008.
   
5. 
   Степанов В.М. Молекулярная биология. Структуры и функции белков - 3 изд. М.: Издательство МГУ, 2005.
   
6. 
   Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. Молекулярная биология. Учебное пособие для вузов - 2 изд. М.: МИА, 2007.
   
7. 
   Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. М.: Мир, 2002.
   
8. 
   Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки. Т. 1–3. – М.: Мир, – 1994.
   

1. 
   Компьютерные программы «Primer 3», «Vector NT1».
   
2. 
   MOLBIOL.RU – Методы, информация и программы для молекулярных биологов // www.molbiol.ru.
   
3. 
   National Center for Biotechnology Information // www.pubmed.com.
   
4. 
   Fermentas Life Sciences // www.fermentas.com.
   

1. Научное оборудование лаборатории молекулярной биологии СГУ, в том числе: две миницентрифуги на 10 тыс. об/мин и 13,4 тыс. об/мин, ПЦР-амплификатор (2 шт.), шейкер-термостат, аналитические весы, СВЧ-печь, аквадистиллятор, холодильник и морозильник, система очистки воды, микробиологический бокс, вытяжной шкаф, встряхиватель, комплект электрофоретического оборудования, трансиллюминатор, стеклянная и пластиковая лабораторная посуда и расходные материалы.

2. Cлайд-проектор для лекционного сопровождения.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению подготовки 050100-Педагогическое образование и профилю Биология.

Автор:

и биофизики, к.б.н. ____________________________ В.А. Великов

Программа одобрена на заседании кафедры биохимии и биофизики от 07.02.2011 года, протокол № 165.

Подписи:
Зав. кафедрой биохимии и

биофизики, проф., д.б.н. ____________________________ С.А. Коннова

Декан биологического факультета