Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, базовая часть.
Содержание дисциплины: биоинженерия как область разработки эффективных методов изучения структурных, динамических и функциональных свойств обширных классов физиологически активных веществ и их использования для решения практических задач биомедицины, сельского хозяйства, биотехнологии и нанотехнологии. Экспериментальные и теоретические методы установления химической и пространственной структуры биополимеров. Методы нанотехнологии в биоинженерии. Промышленная микробиология: промышленный биосинтез белковых веществ; микробиологическое получение целевых продуктов: аминокислоты, органические кислоты, витамины. Инженерная энзимология: ферментные препараты, особенности получения, применения. Технологическая биоэнергетика и биотехнологические процессы переработки сырья; биоэнергетика; Биогидрометаллургия: использование микроорганизмов в процессах добычи полезных ископаемых. Биотехнология и проблемы защиты окружающей среды: экологическая биотехнология. Новейшие методы биотехнологии: генетическая инженерия, принципы, возможности; области применения биологических агентов, полученных методами генетической инженерии; клеточная инженерия. Биотехнология и сельское хозяйство: биопрепараты для борьбы с вредителями и возбудителями болезней сельскохозяйственных культур; технология получения и применения, принципы действия биологических препаратов; технология получения биологических удобрений; новейшие методы биотехнологии для повышения продуктивности сельского хозяйства. Перспективы развития биотехнологии.
9. Основы биоэтики
Цель дисциплины: сформировать у студентов морально-этические принципы взаимодействия человека с природой и представление о правовых аспектах биоэтики.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-1, ОК-3, ОК-7, ОК-8; ПК-1, ПК-13.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, базовая часть.
Содержание дисциплины: биоэтика как раздел философского знания; экологическая этика; биоэтика и медицина; биоэтика отношений человека и животных; правила и международные нормы биоэтики в проведении биологических экспериментов; правовые аспекты биоэтики и защиты живой природы; воспитание, образование и проблемы биоэтики.
10. Безопасность жизнедеятельности
Цель дисциплины: овладение основными методами организации безопасности жизнедеятельности; разработка функциональных и структурных схем на уровне модулей узлов и элементов оптической техники по заданным техническим требованиям.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-1, ОК-2, ОК-5, ОК-6; ОК-8. ПК-15, ПК-26, ПК - 30.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, базовая часть.
Содержание дисциплины: Анализ опасностей. Причины и условия возникновения несчастных случаев. Государственный надзор за соблюдением законодательства по охране труда. Проектирование и расчет освещения в производственных помещениях. Анализ опасностей при работе с лазерными устройствами. Организация безопасности при длительной работе на персональных компьютерах. Безопасность в производственных помещениях с сосудами, работающими под избыточным давлением. Первая (доврачебная) помощь при несчастных случаях
Вариативная часть
11. Экологическая генетика
Цель дисциплины: сформировать представление о взаимовлиянии генетических процессов и экологических отношений, о процессах взаимодействия генетических факторов и условий внешней среды, о кооперативности процессов в природе, о генетических последствиях антропогенной трансформации окружающей среды для биосистем, включая человека
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-1, ОК-2, ОК-5, ПК-26, ПК - 30.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть.
Содержание дисциплины: Генетические подходы. Типы экологических отношений. Антропогенные факторы загрязнения среды. Эколого-генетические модели. Генетика устойчивости к факторам среды. Генетическая токсикология. Биологические факторы мутагенеза. Полиморфизм по инверсиям в популяциях дрозофилы. Приспособительная роль инверсного полиморфизма. Преимущество гетерозигот по инверсиям. Коадаптированные генные комплексы. Хромосомный полиморфизм у позвоночных. Полиморфизм по робертсоновским транслокациям. Полиморфизм по В-хромосомам, по половым хромосомам. Хромосомный полиморфизм у растений. Показатели генетической изменчивости популяций по белкам. Приспособительная роль белкового полиморфизма. Концепции видообразования. Генетические предпосылки внезапного видообразования. Генетические изменения при видообразовании.
12. Генетическая инженерия
Цель дисциплины: Изучить современную концепцию генной инженерии как междисциплинарного комплекса знаний, связывающего воедино основные положения молекулярной биологии и генетики микроорганизмов.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-1, ОК-2, ОК-5, ПК-26, ПК - 27.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть.
Содержание дисциплины: Генная инженерия – раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием новых комбинаций генетического материала. Исторические предпосылки и основные достижения, предопределившие возникновение и быстрое развитие генной инженерии. Основные принципы, на которых базируется генно-инженерная технология. Основные этапы развития генной инженерии. Современная стратегия генной инженерии. Схема типичного эксперимента по получению и клонированию рекомбинантных молекул ДНК. Использование методологии генной инженерии при решении задач различных областей биологии. Генно-инженерная биотехнология. Использование достижений генной инженерии в сельском хозяйстве и медицине. Проблемы безопасности при работе с рекомбинантными ДНК и при создании трансгенных организмов. Этические проблемы клонирования животных и человека.
13. Экологическая биофизика клеток
Цель дисциплины: Основываясь на современных физических и математических подходах к описанию биологических процессов, заложить теоретическую базу знаний у студентов о строении и функционировании организма в целом, отдельных органов и функциональных систем, а так же методах получения биофизических данных.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-1, ОК-2, ОК-5, ПК-26.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть.
Содержание дисциплины: Термодинамика и кинетика биологических процессов. Термодинамические системы. Классификация термодинамических систем. Стационарные состояния биологических систем. Первый и второй законы термодинамики в биологии. Изменение энтропии в открытых системах. Теорема Пригожина. Кинетика биопроцессов и биохимических реакций. Регулирование скорости реакции в организме. Особенности механизмов ферментативных реакций. Механизмы теплообразования и регуляции температуры в живых организмах. Структура и пространственная организация биополимеров. Пространственная конфигурация биополимеров. Объемные взаимодействия и переходы глобула-клубок в полимерах макромолекул. Типы взаимодействия в макромолекулах. Водородная связь. Внутренне вращение и Факторы стабилизации макромолекул. Биофизика белка. Структурные и энергетические факторы определяющие динамическую подвижность белков. Пространственная организация белка. Динамика фазовых переходов в белках. Роль конформационной подвижности в функционировании ферментов и транспортных белков. Биофизика нуклеиновых кислот (НК). Структура и особенности пространственной организации НК. Конформационные свойства НК. Физический смысл генетического кода. Биофизика клеточных процессов. Структура и функционирование биологических мембран. Строение клетки и функции клеточных структур. Методы исследования. Состав и структура биомембран. Модельные мембранные системы. Особенности фазовых переходов в мембранных системах. Подвижность мембранных белков.
14. ДНК - диагностика
Цель дисциплины: Основываясь на современных генетических методах заложить базу знаний у студентов о строении и функционировании ДНК, методах диагностики ДНК, ПЦР оборудовании, а так же методах получения молекулярных данных.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-1, ОК-2, ОК-5, ПК-26.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть.
Содержание дисциплины: Подходы к ДНК-диагностике наследственных болезней: прямая и непрямая диагностика. Основные принципы молекулярной биологии и генетики, используемые при проведении ДНК-диагностики. Этапы ДНК-диагностики. Выбор биологического материала для диагностики наследственных заболеваний. Источники ДНК для проведения молекулярно-генетического исследования. Принцип и применение метода полимеразной цепной реакции (ПЦР). ПЦР в режиме реального времени (Real-Time PCR). Принцип и применение блот-гибридизации по Саузерну. Методы разделения фрагментов ДНК. Электрофорез в агарозных и полиакриламидных гелях. Детекция точечных мутаций методами рестрикционного анализа и аллель-специфичной гибридизации. Методы анализа конформационного полиморфизма одноцепочечной ДНК и гетеродуплексного анализа. Секвенирование ДНК. Новые технологии ДНК-диагностики наследственных заболеваний: микрочипы, масс-спектрометрия.
Классификация врожденных ошибок метаболизма. Основные варианты клинического течения наследственно-обусловленных нарушений обмена веществ. Признаки врожденных ошибок метаболизма. Группы населения, которые подлежат обследованию на наследственные болезни обмена: новорожденные, дети из спецучереждений, дети, направленные на обследование по поводу отставания психомоторного развития, нарушениями слуха, зрения, речи. Методы и принципы массовой диагностики наследственных болезней. Цели и задачи скрининга. Заболевания, которые выявляются с помощью массового неонатального скрининга. Селективный скрининг: качественные тесты, полуколичественные, количественные, хроматографические методы исследования, диагностика болезней обмена соединительной ткани. Биохимические методы пренатальной диагностики.
15. Уровни организации живых систем
Цель дисциплины: Сформировать у студентов целостное представление о свойствах живых систем, их уровнях, особенностях жизни на разных уровнях; роли биоты в планетарных процессах; о современных направлениях; проблемах и перспективах биологических наук; дать основу для изучения профессиональных дисциплин.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-1, ОК-3, ОК-6, ОК -8, ОК – 12, ПК-17.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть.
Содержание дисциплины: Живые системы и их особенности. Уровни организации живых систем. Молекулярный уровень организации живых систем. Клеточный уровень организации живых систем. Структурные компоненты клетки: ядро и цитоплазма. Органоиды эукариотической клетки. Непрерывность жизни. Основные положения клеточной теории. Оболочка клетки. Плазматическая мембрана. Ядро. Строение и функции ядра. Хромосомы. Строение и функции хромосом. Цитоплазма и ее органоиды. Особенности строения прокариот. Неклеточные формы жизни – вирусы. Клеточный цикл. Интерфаза. Митоз. Формы митоза. Формы размножения организмов. Обмен веществ. Мейоз. Редукционное и эквационное деление. Тканевой уровень организации живых систем. Надорганизменный уровень жизни. Основы экологии. Популяция, как единица эволюции и экологии. Характеристика популяций. Биосфера. Структура биогеоценозов и биосферы.
16. Генетика человека
Цель дисциплины: получение будущими специалистами в области медико-биологических наук глубоких знаний по основам современной генетики, генетики человека и медицинской генетики, являющихся базисом для успешной разработки медико-биологических проблем.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-1, ОК-2, ОК-5, ПК-26.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть.
Содержание дисциплины: Предмет и задачи генетики человека и генотоксикологии. Формирование научных представлений наследственной патологии у человека. (Гальтон, Гаррод, Давенпорт, Холцейн и др.). Становление и развитие генетики человека и медицинской генетики в России (Кольцов Н.К., Левит С.Г., Давиденков С.Н. и др.). Связь генетики человека с биологическими и медицинскими дисциплинами. Человек как объект генетического исследования. Видовое единство людей и критика расистских евгенических концепций. Полиморфизм человека. Законы Менделя и человек. Уровни проявления дискретности признаков. Наследственность и гомеостаз организма.
Генеалогический, клинико-генеалогический (КГМ) методы, их этапы и границы применения. Методика составления и описания родословных. Генеалогический анализ при различных способах регистрации семей. Метод сибсов, метод пробандов. Критерии аутосомно-доминантного, аутосомно-рецисивного и сцепленного с полом наследования. Критерии полигенного наследования. Цитогенетический метод исследования. Основные методики идентификаций метафазных хромосом. Цитогенетическая номенклатура Парижского международного конгресса. Прометафазный анализ. Система символов обозначения кариотипа. Молекулярно-генетические методы. Фракционирование и рестракция ДНК. Гибридизация на фильтрах и цитогенетических препаратах ДНК - зонды. Секвенированные ДНК. Молекулярная цитогенетика. Использование методов морфологии, физиологии и биохимии в медицинской генетике. Синдромологический анализ.
Классификация и общая фенотипическая характеристика хромосомных болезней. Механизм развития нарушений при хромосомных заболеваниях. Корреляция изменений фенотипа и кариотипа. Частота и типы хромосомных мутаций в онтогенезе человека. Хромосомные болезни обусловленные аномалиями половых хромосом. Полисония по половым хромосомам. Фенокариотипическая характеристика Х-трисомии и других поли-Х-синдромов. Кариотип 46, ХХ у мужчин. Х-моносомии (синдром Шершевского-Тернера). Мозаицизм 45, Х/47, ХХХ. Синдром ХХУ. Фенотипическая характеристика синдрома Клайнфельтера. Одновременное нерасхождение двух пар хромосом (48, ХХУ, УУ). Синдром 47, ХХУ. Структурная аномалия Х-хромосомы, ломкость Х-хромосомы (Х-сцепленная рецессивная олигофрения). Хромосомные болезни, обусловлены аномалиями аутосом. Полные трисомии аутосом. Синдромы Дауна, Патау, Эдвардса и их фено-кариотипическая характеристика. Общие сведения о других типах трисомии. Частичные трисомии и моносомии аутосом. Генные болезни. Классификация и частота генных болезней. Специфические особенности развития и появления генных мутаций при различных типах наследования. Доминантные мутации как причина наследственных болезней. Доминантные аномалии тканевых структур и морфологии органов (синдромы Элерса-Данлоса и Марфана). Проявление эффекта действия доминантных генов в гетерозиготном состоянии и гомозиготном состоянии (камптобрахидактилия, ахондроплазия). Доминантные заболевания с поздней манифестацией (хорея Гентингтона, миотоническая дистрофия). Доминантные Х-сцепленные болезни (витамин-Д-резистентный рахит, дефекты зубной эмали). Пенетрантность и экспрессивность проявления доминантных мутаций. Специфические особенности рецессивного действия мутантных генов и их значение в патогенезе заболеваний человека. Мутации структурных генов и нарушение биосинтеза ферментов, структурных и транспортных белков, гормонов и иммуноглобулинов. Реализация дефекта образования фермента: недостаток конечного продукта (альбинизм, гипотиреоз), накопление промежуточных продуктов метаболизма (фенилкетонурия), избыточное компенсаторная реакция при выпадении звена в цепи саморегуляции.
Генетические нарушения мембранного транспорта (аминоацидурии, цистинурия). Рецессивные наследственные болезни с недостатком двух ферментов. Комбинативное действие генов у гетерозигот по аномальным аллелям (“компаунд-гетерозиготы”). Рецессивное Х-сцепленное наследование болезней (дальтонизм, гемофилия А и В, миопатия Дюшенна). Функциональный мозаицизм Х-хромосомы у женщин (следствие эффекта Лайон) и его проявление у кондукторов мутантного гена (несовершенный амелогенез, ангиокератоз Фабри). Соотношение полов при аутосомных наследственных заболеваниях. Ограниченное полом проявление аутосомных болезней (мужское бесплодие, преждевременное половое созревание у мальчиков).
Генетическая гетерогенность наследственных болезней и ее причины (миопатии, гликогенозы, глухонемота). Значение множественного аллелизма в данной проблеме (варианты Г6-ФД, гемоглобина), расшифровка первичных дефектов и картирование мутантных генов. “Патологическая анатомия” генома. ДНК-диагностика наследственных болезней (миопатия, муковисцидоз). Фенотипический полиморфизм наследственных заболеваний, его генетическая и средовая детерминация. Сцепление аутосомных генов и значение генетических маркеров в диагностике наследственных болезней (группы крови АВ0). Полиморфизм длины рестрикционных фрагментов ДНК. Клинико-генетическое и биохимическая характеристика некоторых наследственных моногенных заболеваний человека с установленным дефектом метаболизма, иллюстрирующая закономерности реализации генетического дефекта в болезнь. Нарушение углеводного обмена: галактоземия, мукополисахаридозы, гликогенозы. Наследственные дефекты обмена липидов; болезни Гоше, Нимана-Пика, Фабри, гиперлипидемии. Наследственные нарушения обмена аминокислот: фенилкетонурия, альбинизм. Наследственные дефекты обмена пуринов и пиримидонов: синдром Леша-Найана, подагра. Наследственные нарушения ферментов эритроцитов: недостаточность глюкозо-С-фосфатдегидрогеназы. Гемоглобинопатии. Филогения молекул гемоглобина и молекулярная природа талассемией. Семиотика наследственных болезней. Генетика мульфакториальных врожденных пороков развития, основные понятия и классификация. Изолированные и множественные пороки. Малые аномалии развития.
Наследственно обусловленные патологические реакции на действие внешних факторов. Общие представления о фармакогенетических реакциях. Экогенетические реакции на воздействие факторов внешней среды (загрязнение окружающей среды, биоагенты и др.).
Популяционные структуры и наследственные болезни. Влияние факторов, нарушающих равновесие генов (мутационный процесс, миграция, изоляция, инбридинг, дрейф генов) на распространенность наследственных болезней. Ареальные и этнические вариации концентрации генов некоторых заболеваний (типы гемоглобинов, талассемии, слепота, резистентность к гормону роста). Понятие о «грузе» наследственной патологии у человека. Диагностика, профилактика и лечение наследственных болезней. Медико-генетическое консультирование как основа профилактики наследственных болезней. Основные задачи медико-генетического консультирования. Методические подходы к уточнению диагноза наследственных заболеваний (клинические и генеалогические исследования, использование специальных параклинических и генетических методов). Определение прогноза потомства. Расчет риска при моногенной патологии. Принцип расчета риска при мультифакториальных болезнях. Генетический прогноз при кровнородственном браке.
17. Молекулярная генетика
Цель дисциплины: сформировать представления о структурно-функциональной организации генетической информации, механизмах регуляции генной экспрессии, разнообразии механизмов генетической рекомбинации и их роли в функционировании и эволюции живого, современных направлениях развития молекулярной генетики и ее прикладное значение.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-3, ПК-2, ПК-4, ПК-5, ПК -6.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть.
Содержание дисциплины: Молекулярная биология, определение, предмет, методы, задачи. История и методологические проблемы молекулярной биологии. Что такое ген? Теория один ген один фермент. Работы Бидла и Эфрусси. Мутации у бактерий, работы Бидла и Татума. Ауксотрофы. Плеоморфизм, мономорфизм, диссоциация. Флуктуационный тест Дельбрука и Лурия.Физико-химические свойства нуклеиновых кислот. Кинетика ренатурации фрагментированной и расплавленной ДНК. Молекулярная гибридизация. Математические модели динамики ДНК.
Молекулярная генетика прокариот. Молекулярные механизмы наследственности. Организация генома прокариот и вирусов. Независимые гены со спейсерными последовательностями, транскрипционные единицы (транскриптоны), опероны. Репликация у прокариот и вирусов. Репарация ДНК. Прямая реактивация повреждений ДНК. Системы эксцизионной репарарации. Репарация неспаренных нуклеотидов. Рекомбинационная репарация. SOS-репарация.
Молекулярные механизмы изменчивости. Трансформация. Эффективность трансформации. Компетентность. Генетическая рекомбинация при трансформации. Конъюгация. Исследование Ледерберга по скрещиванию множественных ауксотрофов. Исследования Хейса и Ковалли. Фактор плодовитости. Исследования Жакоба и Вольмана, ориентированный перенос генов, генетические карты. Генетическая рекомбинация в мерозиготе . R- фактор. Плазмиды, общие и специальные функции. Трансдукция. Биология вируса. Исследования Д-Эрелля и Шлезингера. Титрование вирусов. Детальная структура Т – четных фагов. Цикл размножения. Морфогенетический процесс созревания фага. Генетическая рекомбинация у фагов. Механизмы интеграции вирусного генома в геном клетки хозяина на примере фагов лямда и мю. Умеренные (медленные) вирусы. Лизогения. IS- элементы, их структура. Транспозоны, организация и перемещение. Участие в механизмах генетической рекомбинации. Механизмы генной экспрессии. Транскрипция. РНК-полимеразы. Cигма-фактор. Стадии транскрипции: инициация, элонгация, терминация. Ро-зависимая и ро-независимая терминация. Регуляция активности генов на уровне транскрипции. Средства регуляции оперонов. Регуляция с опорой на промотор. Регуляция с опорой на терминатор. Аттенуация. Антитерминация. Взаимодействие механизмов регуляции. Литический каскад и лизогенная репрессия. Процессинг первичного РНК-транскрипта. Полиаденилирование, кэпирование. Прерывистая структура эукариотических генов. Сплайсинг. Аутосплайсинг. Механизмы, значение. Открытие биологического кода. Генетический код. Свойства генетического кода. 2.3.4 Трансляция. Принципы молекулярной организации рибосом. тРНК. Предрибосомный этап синтеза белка. Стадии трансляции. Особенности у эукариот. Перекодирующие сигналы или второй генетический код. Нонсенс и миссенс супрессоры. Контроль на уровне инициации трансляции. Регуляция деградации РНК.
Особенности организации генома эукариот. C-value парадокс - отсутствие корреляции между свойствами геномов и их таксономическим положением. Кинетика реассоциации эукариотных ДНК. Уникальные гены и повторяющиеся последовавтельности. Сателлитная ДНК. Типы повторяющихся последовательностей, их организация и локализация в геноме. Мультигенные семейства. Строение МС глобиновых и гистоновых генов и генов рРНК. Механизмы экспрессии генов в МС. Геномы органелл. Дупликация, амплификация и другие способы образования повторов. Эволюция эгоистичной ДНК. Семейства генов и их роль в эволюции. Молекулярные биологические часы. Структура эукариотных хромосом. Строение нуклеосом. Уровни организации хроматина. Неактивная ДНК конденсирована в гетерохроматине, активная - в эухроматине. Механизмы гетерохроматинизации. Эффект положения. Метафазная ДНК в метафазном матриксе. С активными генами связаны измененные нуклеосомы. Места, чувствительные к ДНК-азе I коррелируют с активными областями хроматина. Недометилирование ДНК коррелируют с активностью генов. ДНК-метилазы. Строение эукариотных генов. Экзоны и интроны. Гипотезы о раннем и позднем происхождении интронов. Типы последовательностей, содержащихся в интронах. Интроны - как мобильные генетические элементы. Псевдогены, их типы, механизмы их образования.
Особенности экспрессии генов эукариот. Транскрипция. Три типа ДНК-зависимых РНК полимераз. Строение их промоторов. Базальные факторы транскрипции. Транскриптосома, ее сборка. Разнообразие регуляторных зон эукариотных генов - энхансеры, сайленсеры, инсуляторы. Регуляция генов за счет позитивных регуляторов транскрипции. Модификация нуклеосом, ее типы и механизмы. Ремоделлинг хроматина, его типы и механизмы. Механизмы сплайсинга и редактирования РНК.
Сплайсинг. Малые ядерные РНП-частицы обеспечивают сплайсинг. Сплайсосомы. Сплайсинг рРНК и тРНК. Сплайсинг митохондриальных РНК - интроны кодируют матуразы. Аутосплайсинг рРНК у простейших. Альтернативный сплайсинг. Транс-сплайсинг. Интеины и сплайсинг белков. Типы редактирования РНК. Эдитосома. Влияние редактирования РНК на альтернативный сплайсинг. Особенности репликации, репарации и рекомбинации эукриотных генов. Фазы клеточного цикла и репликация ДНК. Репликоны. Разные гены реплицируются в разное время S-фазы. Строение цетромеров и теломеров. Теломераза. Особенности рекомбинации и репарации у эукариот. Пигментозная ксеродерма - наследственное заболевание, приводящее к нарушению репарации тиминовых димеров. Молекулярно-генетические механизмы геномных перестроек. Мобильные генетические элементы генома эукариот. Работы Б.Мак-Клинток. Классификация, структура и способы перемещения. Роль подвижной ДНК в сохранении целостности хромосом, регуляции активности генов и эволюции генома. Запрограммированные перестройки генетического материала в онтогенезе. Диминуция хроматина. Формирование многообразия антител.
Молекулярно-генетические механизмы развития. Метилирование ДНК и наследование дифференцированного состояния. Эксцизия и избирательная репликация генов рРНК в ооцитах амфибий. Строение гомеотических генов. Гомеодомены и их функции. Гомеотические гены и механизмы эволюции. Действие генов в раннем развитии дрозофилы. Folding protein problem. Сворачивание молекулы белка с участием системы шаперонов и шаперонинов. Общий стереохимический генетический код. Работы Меклера. Дифференциальная экспрессия генов в специфических клетках и тканях.
18. Молекулярная биология эукариотной клетки
Цель дисциплины: дать представление о молекулярном уровне организации и функционирования живой материи и тем самым способствовать системному подходу к усвоению учебного материала на основе понимания глубокой связи естественных наук и формированию современной естественнонаучной картины мира.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-3, ПК-2, ПК-4, ПК-5, ПК -6.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть.
Содержание дисциплины: Понятие молекулярной биологии, история ее возникновения. Цели и задачи дисциплины, ее содержание, порядок изучения, связь со смежными дисциплинами. Эволюция клетки. От молекулы к первой клетке. От прокариот к эукариотам. Характеристика прокариотической клетки. Метаболические реакции. Цианобактерии. Клетки эукариот. Биохимические и собственные методы молекулярной биологии клетки. Понятие об универсальной мембране. Функции мембран. Компартментализация клетки. Роль нуклеиновых кислот. Строение нуклеотидов. Пуриновые и примидиновые азотистые основания. Правила Чаргаффа. Полинуклеотиды. Гетерогенность РНК. Структура и функции транспортной РНК. Особенности строения и роль матричной РНК. Структура и функции рибосомной РНК и рибосом. Первичная, вторичная и третичная структура ДНК. Три уровня организации хроматина. Физико-химические свойства ДНК. Центральный постулат молекулярной биологии. Генетическая роль ДНК. Генетический код и его расшифровка. Свойства генетического кода. Геном. Мутации и их роль в эволюционном процессе. Мутагены и злокачественный рост. Репарация мутаций. Роль дупликаций, нехваток, инверсий и транслокаций в эволюции генома. Ферменты и белки репликации. Особенности механизма репликации у прокариот и эукариот. Исправление ошибок при репликации. Три стадии транскрипции. Особенности транскрипции у эукариот. Ингибиторы транскрипции. Три стадии синтеза белка: инициация, элонгация, терминация. Транспорт белка в клетке. Ингибиторы синтеза белка.
19. Особенности прокариотных клеток
Цель дисциплины: формирование базовых знаний студентов об основных типах метаболизма прокариот и современных концепций их происхождения и эволюции.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-5, ПК-1, ПК-3, ПК-4, ПК-8, ПК-9, ПК-13.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть.
Содержание дисциплины: Введение. Общие сведения о прокариотических клетках: строение, химический состав и потребности в питательных веществах. Основные типы метаболизма прокариот. Современные концепции происхождения метаболизма прокариот. Современные представления об эволюции энергетических процессов
прокариотических организмов. Реликтовые составляющие современного метаболизма.
20. Принципы регуляции клеточного метаболизма
Цель дисциплины: сформировать у студентов целостную систему знаний о прин-ципах контроля метаболических процессов в клетке.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-5, ПК-1, ПК-3, ПК-4, ПК-8, ПК-9, ПК-13.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть.
Содержание дисциплины: Необходимость регуляции клеточного метаболизма. Значение контроля метаболизма клеток продуцентов в биотехнологических процессах. Уровни регуляции метаболизма. Дополнительные уровни регуляции метаболизма у эукариот. Общая характеристика регуляторных механизмов. Понятие о единице транскрипции. Опероны у про- и эукариот. Инициация и терминация транскрипции как процессы, в наибольшей степени подверженные контролю. Регуляторные белки (транскрипционные факторы): cтруктура, связывание с ДНК, взаимодействие с РНК-полимеразой и между собой, механизм репрессии и активации транскрипции. Значение ди- и олигомеризации регуляторных белков. Основные белковые домены, узнающие специфические последовательности ДНК (спираль-поворот-спираль, спираль-петля-спираль, гомеодомен, "лейциновая за-стежка", "цинковые пальцы"). Модули последовательностей ДНК, узнаваемые регуляторными белками (промоторы и энхансеры, операторы). Промоторы эукариот: размеры, положение, структура и механизм распознавания различными РНК-полимеразами. Промоторные элементы, контролирующие точку инициации и ин-тенсивность транскрипции. Стадии инициации транскрипции. Различия механизмов инициации у про- и эукариот.
Опероны бактерий. Понятие об индуцибельных и репрессибельных оперо-нах. Негативная и позитивная регуляция оперонов бактерий на примере лактозно-го, арабинозного и триптофанового оперона. Понятие о регулоне. Регуляторная роль бактериальной фосфотрансферазной системы. Механизмы катаболитной репрессии.
Контроль утилизации галактозы у дрожжей. Модульная организация регуляторных белков. Дрожжевые двухгибридные системы.
Контроль процессинга пре-мРНК (транс-сплайсинг, альтернативный сплай-синг, альтернативное полиаденилирование).
Регуляция стабильности мРНК. Факторы, влияющие на стабильность мРНК. РНКазы, участвующие в деградации мРНК (РНКаза Е, РНКаза III, полинуклеотидфосфорилаза, РНКаза II). Мультибелковые комплексы деградации РНК. РНК-хеликазы в деградации РНК. Действие полиаденилирования на стабильность бактериальных и эукариотических мРНК.
Фолдинг и деградация белков как компоненты регуляторных систем. Форми-рование нативной трехмерной структуры белков. Молекулярные шапероны семейств Hsp60 и Hsp70 у про- и эукариот. Рабочий цикл шаперонных комплексов GroELS и DnaKJ-GrpE. Участие молекулярных шаперонов в регуляторных про-цессах.
Деградация белков: АТФ-зависимые протеазы прокариот и 26S-протеасома эукариот. Механизм распознавания аномальных белков. Система убиквитиниро-вания белков эукариот. Роль контролируемого протеолиза в регуляции метабо-лизма у про- и эукариот. Автоиндукторы бактерий и их синтез. Роль АГСЛ-сигналов в экологии бактериальных популяций. Контроль биолюминесценции у Vibrio fischeri. Регуляция синтеза экзоферментов и антибиотиков у Erwinia. Рецепторы стероидных гормонов животных. Общие принципы сенсорной регуляции. Передача информации через клеточную мембрану. Белковые каналы, транспортеры и рецепторы. Рецепторная функция воротных каналов. Роль киназ и G-белков в регуляции. Двухкомпонентные сенсорные системы. Структура сенсоров и регуляторов и их функционирование. Архитектура регуляторных систем. Фосфотрансляционные системы. Работа двухкомпонентной системы EnvZ/OmpR при осморегуляции. Распространение двухкомпонентных сенсорных систем у различных представителей про- и эукариот.
Сенсорные механизмы эукариот. Компоненты сигнальных путей (рецепторы, G-белки, адапторы, эффекторы, вторичные мессенджеры). Киназы как компоненты сигнальных путей. Типы протеинкиназ. Способы передачи сигнала через клеточную мембрану. Типы трансмембранных рецепторов и механизмы их активации. Тримерные и мономерные G-белки: структура и принцип действия. Способы передачи сигнала в ядро. Молекулярные механизмы действия основных фитогормонов и света на метаболизм клеток растений (на уровне транскрипционного контроля). Особенности строения мембранных рецепторов растений. LRR-домен. Принцип детекции патогенов и активации защитных ответов растений. Молекулярный контроль пролиферации и дифференциации клеток меристемы.
21. Энергетика животных и растительных клеток
Цель дисциплины: сформировать у студентов целостную систему знаний об энергетике животных и растительных клеток, об отличиях растительной и животной клеток.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-5, ПК-1, ПК-3, ПК-4, ПК-8, ПК-9, ПК-13.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть.
Содержание дисциплины: Энергетика живой клетки. Ассимиляция. Диссимиляция. Анаболизм. Трансформация энергии в растительной клетке. Преобразование энергии в животной клетке Преобразование энергии в животной и растительной клетке. Электрические явления в клеточной энергетике. Трансформация энергии в хлоропластах — энергопреобразующих органеллах растительной клетки. Эволюция биологических механизмов запасания энергии.
Дисциплины и курсы по выбору
22. Психогенетика
Цель дисциплины: показать роль наследственности и среды в формировании психологических и психофизиологических свойств человека
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-5, ПК-1, ПК-3, ПК-4, ПК-8, ПК-9, ПК-13.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть, курсы по выбору.
Содержание дисциплины: Предмет психогенетики, связь с другими науками. Генетическая детерминация свойств поведения. Психогенетика и дифференциальная психофизиология. Наследственность и изменчивость. Хромосомная теория наследственности. Основные понятия теории наследственности. Норма реакции и диапазон реакции. Классические законы Г. Менделя. Основные законы наследуемости. Первый закон Менделя. Второй закон Менделя. Третий закон Менделя. Основы популяционой генетики. Основные понятия генетики популяций. Закон Харди-Вайнберга. Факторы, влияющие на изменение частот аллелей в популяции. Факторы, влияющие на динамику изменения частот генотипов в популяции.
Средовые влияния. Генотип-средовые корреляции и взаимодействия. Типы средовых влияний и генотип-средовых эффектов. Типология средовых влияний. Типология генотип-средовых эффектов.
Методы психогенетики: популяционый, генеалогический, приемных детей, близнецов. Популяционный метод (наследуемость). Близнецовый метод. Метод приемных детей. Семейный (генеалогический) анализ.Психогенетические исследования интеллекта. Общий фактор когнитивных способностей. Наследуемость коэффициета интеллекта. Воздействие среды и кэффициент интеллекта. Психогенетика аномального и девиантного поведения. Преступность. Алкоголизм.
22.1. Кибернетика нервной клетки
Цель дисциплины: показать математические приёмы, позволяющие на основе внешних данных судить о поломке математической машины. На основе внешних признаков установить характер заболевания.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-5, ПК-1, ПК-3, ПК-4, ПК-8, ПК-9, ПК-13.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть, курсы по выбору.
Содержание дисциплины: Организация нервной системы, механизмы управления и эффективности передачи и переработки информации. Информационная деятельность как обязательное условие совершенствования процесса организации, управления как оперативный прием эффективного воздействия и целенаправленного видоизменения.
Система — совокупность элементов, как конечный результат кооперации.
Отдельный нейрон как носитель свойств, позволяющих ему интегрировать влияние других нейронов, строить свою активность на основании оценки результатов интеграции. Свойство системности в нервных образованиях. Оптимальная организация нервных конструкций.
Нервная система животных и человека — самая совершенная по структуре система, разнообразие форм и размеров клеток которой не имеет аналога ни в какой другой физиологической системе биологического организма.
23. Геном человека.
Цель дисциплины: Познакомить студентов с современными научными данными по проблеме генома человека, молекулярной эволюции.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-1, ОК- 3, ПК-1, ПК-3, ПК-4, ПК-8, ПК-9, ПК-13.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть, курсы по выбору.
Содержание дисциплины: Основные достижения и современные проблемы в области геномики. Структура, организация и сравнительные исследования геномной информации у разных живых организмов. Реализация информации, записанной в геноме, от гена – к признаку. Молекулярные механизмы синтеза транскриптов в одной клетке или группе клеток, включая мРНК и некодирующие РНК. Изменения экспрессии генов или фенотипа клетки, вызванных механизмами, не затрагивающими изменение последовательности ДНК.
23.1. Электрофизиология.
Цель дисциплины: заключаются в изучении потенциалов тканей, клеток, органов и организма в целом для выяснения механизма возникновения и возможного использования их для оценки функционального состояния.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-1, ОК- 3, ПК-4, ПК-8, ПК-9.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть, курсы по выбору.
Содержание дисциплины: Электрофизиология. Электрические проявления жизнедеятельности клеток, тканей и органов. Седения о потенциалах, генерируемых тканями и органами.
24. Геномика и геносистематика.
Цель дисциплины: получение информации обо всех потенциальных свойствах клетки, которые не реализуются на данный момент.
Требования к уровню освоения содержания курса:
В процессе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: ОК-1, ОК- 3, ПК-1, ПК-3, ПК-4, ПК-8, ПК-9, ПК-13.
Место дисциплины в учебном плане: цикл Б.3, вариативная часть, курсы по выбору.
|
