ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Мурманский государственный педагогический университет»
(МГПУ)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
СД.Ф.15, СД.15 МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям)
050102 Биология
050102.00 Биология с дополнительной специальностью география
(код и наименование специальности/тей)
Утверждено на заседании кафедры
биологии и химии
естественно-географического факультета
(протокол № 13 от 02 апреля 2008 г.)
Зав. кафедрой
______________________М.Н. Харламова
1.1 Автор программы: ст. преподаватель каф. биологи и химии Н.В. Икко
1.2 Рецензенты: к.б.н., доцент каф. биологии и химии МГПУ М.Ю. Меньшакова
д.б.н., зав. лабораторией альгологии ММБИ КНЦ Воскобойников Г.М.
1.3 Пояснительная записка:
Молекулярная биология занимает особое место в развитии науки второй половины XX – начала XXI века. Именно ее рождение и последующий бурный рост выдвинули биологию в целом в ряды самых популярных и передовых наук, а XX век стали называть «веком биологии». С учетом этого, курс «Молекулярная биология» является важной биологической дисциплиной, необходимой для подготовки учителя биологии на современном уровне. Целью данной дисциплины является ознакомление студентов с наукой, которая рассматривает сущность жизни на молекулярном уровне. Программа курса включает данные об особенностях строения и свойств молекул, обеспечивающих существование биологической формы движения материи, о механизмах воспроизведения генетической информации в поколениях клеток и организмов и механизмах реализации наследственной информации через биосинтез белков. Большое внимание уделяется вопросам структурно-функциональной организации генетического аппарата клеток, рассматриваются молекулярные механизмы рекомбинации генетического материала, межмолекулярные взаимодействия и их роль в функционировании живых систем.
На освоение данной программы отводится 100 часов, из них на лекции — 40 часов, на лабораторные занятия - 10 часов, а также 50 часов на самостоятельную работу. Самостоятельная работа включает освоение таких разделов программы, как «Структура рибосом» и «Генетический код», а также коллоквиум по теме «Методы молекулярной биологии».
По окончании изучения данного курса студенты должны:
свободно владеть основными понятиями и терминологией молекулярной биологии;
знать основные методы исследований в этой области;
иметь представление о структуре и свойствах белков и нуклеиновых кислот;
иметь представление о молекулярных механизмах воспроизводства и передачи наследственной информации;
иметь представление о структурно-функциональной организации генетического аппарата прокариотических и эукариотических организмов;
уметь решать задачи.
Программа составлена в соответствии с Государственным стандартом высшего профессионального образования и на основании программы дисциплины "МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ", разработанной д.б.н., проф. Ю.Б. Филипповичем, д.б.н., проф. А.С. Коничевым, к.б.н., проф. Г.А. Севастьяновой (Московский государственный педагогический университет).
1.4. Извлечение из ГОС ВПО специальности «Биология»
Молекулярная биология
Современные теоретические и практические задачи молекулярной биологии. Важнейшие достижения. Методы молекулярной биологии. Основы генетической инженерии: рестрикционный анализ, клонирование, гибридизация, определение нуклеотидных последовательностей ДНК и РНК, химический синтез генов. Создание искусственных генетических программ. Структура геномов про- и эукариот. Уникальные и повторяющиеся гены. Гомеозисные гены. Неядерные геномы. ДНК митохондрий и хлоропластов. Сателлитная ДНК. ДНК-содержащие вирусы и фаги. Банки нуклеотидных последовательностей, программа “Геном человека”. Геномная дактилоскопия. Генетически детерминируемые болезни. Подвижные генетические элементы и эволюция геномов. Структура хроматина. Полиморфизм ДНК. Репликация различных ДНК и ее регуляция. Теломерные последовательности ДНК. Повреждения и репарация ДНК. Структура транскриптонов и регуляция транскрипции у про- и эукариот. Процессинг РНК. Сплайсинг и его виды. Рибозимы. Обратная транскрипция. РНК-сордержащие вирусы. Молекулярные основы канцерогенеза. Онкогены. Связь структуры и функции белков. Белковая инженерия. Внеклеточный синтез белков. Межмолекулярные взаимодействия и их роль в функционировании живых систем. Молекулярные основы эволюции, дифференцировки развития и старения. Молекулярные механизмы регуляции клеточного цикла. Программируемая клеточная гибель. 100 часов.
1.5 Объем дисциплины и виды учебной работы (для всех специальностей, на которых читается данная дисциплина):
№ п/п
|
Шифр и наименование специальности
|
Курс
|
Семестр
|
Виды учебной работы в часах
|
Вид итогового контроля (форма отчетности)
|
Трудо-емкость
|
Всего аудит.
|
ЛК
|
ПР/
СМ
|
ЛБ
|
Сам.
работа
|
1.
|
050102 Биология
|
5
|
10
|
100
|
50
|
40
|
|
10
|
50
|
зачет
|
2.
|
050102.00 Биология с дополнительной специальностью география
|
5
|
10
|
75
|
42
|
24
|
8
|
10
|
33
|
экзамен
|
3.
|
050102 Биология ЗФО
|
6
|
-
|
100
|
14
|
10
|
-
|
4
|
86
|
зачет
|
1.6 Содержание дисциплины.
1.6.1 Разделы дисциплины и виды занятий (в часах). Примерное распределение учебного времени:
№ п/п
|
Наименование раздела, темы
|
Количество часов
|
Вариант 1
|
Вариант 2
|
Всего ауд.
|
ЛК
|
ПР/СМ
|
ЛБ
|
Сам.раб.
|
Всего ауд.
|
ЛК
|
ПР/СМ
|
ЛБ
|
Сам.раб.
|
1.
|
Предмет молекулярной биологии. Основные этапы развития. Основные открытия.
|
2
|
2
|
|
|
|
2
|
2
|
|
|
|
2.
|
Методы молекулярной биологии.
|
6
|
4
|
|
2
|
20
|
8
|
4
|
2
|
2
|
10
|
3.
|
Доказательства генетической роли нуклеиновых кислот. Структура нуклеиновых кислот.
|
4
|
4
|
|
|
|
2
|
2
|
|
|
|
4.
|
Разнообразие структур и функций белков.
|
4
|
4
|
|
|
|
4
|
2
|
2
|
|
|
5.
|
Транскрипция.
|
5
|
4
|
|
1
|
2
|
5
|
2
|
2
|
1
|
2
|
6.
|
Процессинг первичных транскриптов.
|
2
|
2
|
|
|
|
2
|
2
|
|
|
|
7.
|
Синтез белков в клетке.
|
7
|
6
|
|
1
|
20
|
7
|
4
|
2
|
1
|
13
|
8.
|
Репликация ДНК.
|
5
|
4
|
|
2
|
2
|
3
|
2
|
|
2
|
2
|
9.
|
Репарация ДНК.
|
3
|
2
|
|
|
|
2
|
1
|
|
|
|
10.
|
Молекулярные основы генетической рекомбинации.
|
4
|
2
|
|
2
|
2
|
3
|
1
|
|
2
|
2
|
11.
|
Структура геномов.
|
6
|
4
|
|
2
|
4
|
4
|
2
|
|
2
|
4
|
12.
|
Межмолекулярные взаимодействия.
|
2
|
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Итого:
|
50
|
40
|
|
10
|
50
|
42
|
24
|
8
|
10
|
33
|
Примечание:
Вариант 1 для специальности 050102 Биология
Вариант 2 для специальности 050102.00 Биология с дополнительной специальностью география
№ п/п
|
Наименование раздела, темы
|
Количество часов
|
Вариант 3
|
Вариант 4
|
Всего ауд.
|
ЛК
|
ПР/СМ
|
ЛБ
|
Сам.раб.
|
Всего ауд.
|
ЛК
|
ПР/СМ
|
ЛБ
|
Сам.раб.
|
1.
|
Предмет молекулярной биологии. Основные этапы развития. Основные открытия.
|
1
|
1
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
2.
|
Методы молекулярной биологии.
|
1
|
|
|
1
|
20
|
|
|
|
|
|
3.
|
Доказательства генетической роли нуклеиновых кислот. Структура нуклеиновых кислот.
|
1
|
1
|
|
|
6
|
|
|
|
|
|
4.
|
Разнообразие структур и функций белков.
|
1
|
1
|
|
|
4
|
|
|
|
|
|
5.
|
Транскрипция.
|
2
|
1
|
|
1
|
10
|
|
|
|
|
|
6.
|
Процессинг первичных транскриптов.
|
1
|
1
|
|
|
4
|
|
|
|
|
|
7.
|
Синтез белков в клетке.
|
2
|
1
|
|
1
|
20
|
|
|
|
|
|
8.
|
Репликация ДНК.
|
2
|
1
|
|
1
|
4
|
|
|
|
|
|
9.
|
Репарация ДНК.
|
1
|
1
|
|
|
4
|
|
|
|
|
|
10.
|
Молекулярные основы генетической рекомбинации.
|
1
|
1
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
11.
|
Структура геномов.
|
1
|
1
|
|
|
4
|
|
|
|
|
|
12.
|
Межмолекулярные взаимодействия.
|
|
|
|
|
6
|
|
|
|
|
|
|
Итого:
|
14
|
10
|
|
4
|
86
|
|
|
|
|
|
Примечание:
Вариант 3 для специальности 050102 Биология ЗФО
1.6.2 Содержание разделов дисциплины.
1.6.3 Темы для самостоятельного изучения.
№ п/п
|
Наименование раздела
дисциплины.
Тема.
|
Форма самостоятельной работы
|
Кол-во часов
|
Форма контроля выполнения самостоятельной работы
|
1
|
2
|
1.
2.
3.
4.
5.
6.
|
Методы молекулярной биологии.
Генетический код.
Структура рибосом
Репликация, рекомбинация
Транскрипция, трансляция
Вирусы, плазмиды, транспозоны
Итого:
|
вопросы для самостоятельного изучения контрольная работа
контрольная работа
решение задач
решение задач
решение задач
|
20
10
8
4
4
4
50
|
10
6
5
4
4
4
33
|
коллоквиум
проверка контр. работ
проверка контр. работ
проверка тетрадей
проверка тетрадей
проверка тетрадей
|
Примечание:
Вариант 1 для специальности 050102 Биология
Вариант 2 для специальности 050102.00 Биология с дополнительной специальностью география
1.7 Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
1.7.1 План последовательного проведения лабораторных занятий.
Лабораторная работа № 1. Идентификация патогенных бактерий с использованием полимеразной цепной реакции (виртуальная лаборатория).
План работы:
Выделение тотальной бактериальной ДНК из образцов проб крови пациентов.
Амплификация фрагментов ДНК, кодирующих 16S рРНК.
Секвенирование фрагментов ДНК.
Анализ полученных последовательностей ДНК и идентификация бактерий.
Вопросы для коллективного обсуждения:
Как осуществляется полимеразная цепная реакция? Для чего ее используют?
Как отделить фрагменты ДНК, необходимые для данного анализа, от других фрагментов ДНК?
Как работает ДНК-секвенсор?
Лабораторная работа № 2. Синтез РНК и белка.
План работы: решение задач по теме.
Вопросы для коллективного обсуждения:
Отличительные особенности транскрипции у прокариот и эукариот.
Регуляция транскрипции.
Свойства генетического кода.
Этапы синтеза белка в клетке.
Регуляция трансляции у прокариот и эукариот.
Лабораторная работа № 3. Репликация. Механизмы репарации.
План работы: решение задач по теме.
Вопросы для коллективного обсуждения:
Белки и ферменты, участвующие в репликации ДНК.
Принципы репликации.
Обратная транскрипция.
Типы репарации ДНК.
Лабораторная работа № 4. Механизмы генетической рекомбинации.
План работы: решение задач по теме.
Вопросы для коллективного обсуждения:
Типы генетической рекомбинации.
Молекулярный механизм гомологической рекомбинации.
Сайт-специфическая рекомбинация.
Конверсия генов.
Лабораторная работа № 5. Вирусы, плазмиды и транспозоны.
План работы: решение задач по теме.
Вопросы для коллективного обсуждения:
Типы генетического материала и механизм его репликации у разных вирусов.
Типы взаимодействия вируса с клеткой-хозяином.
Бактериальные плазмиды и эписомы.
Подвижные генетические элементы бактерий и эукариот.
1.8 Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
1.8.1 Рекомендуемая литература:
Основная:
Коничев А. С. Молекулярная биология : учебник для студ. вузов, обуч. по спец. 032400 "Биология" / Коничев А. С., Севастьянова Г. А. - 2-е изд., испр. - М. : Академия, 2005. - 400 с.
Плотникова С. В. Основные биоорганические соединения, рассматриваемые в курсе биохимии и молекулярной биологии : учебно-метод.пособие : в 2 ч. / Плотникова С. В. ; М-во образования РФ,МГПИ. - Мурманск, 2001. - 25 с.
Современное естествознание : энциклопедия : в 10 т. : Т.8 : Молекулярные основы биологических процессов / Междунар.Соросовская Программа Образования в Области Точных Наук ; гл. ред. энцикл. В. Н. Сойфер ; ред. тома Ю. А. Владимиров. - М. : Изд.Дом "МАГИСТР-ПРЕСС", 2000. - 408 с.
Дополнительная:
Биотехнология / Отв. ред. А.А.Баев. — М.: Наука, 1984.
Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология. — М.: Мир, 1982. — Т. 1-3.
Коротяев И., Лищенко Н.Н. Молекулярная биология и медицина. — М.: Медицина, 1987.
Льюин Б. Гены. – М.: «Мир», 1987.
Молекулярная биология клетки / Б.Альбертс и др. — М.: Мир, 1994. — Т. 1-3.
Молекулярная биология: Структура и биосинтез нуклеиновых кислот / Под ред. А.С.Спирина. — М.: Высшая школа, 1990.
3. Молекулярная биология: Структура рибосом и биосинтез белка / Под ред. А.С.Спирина. — М.: Высшая школа, 1986.
Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия. — М.: Просвещение, 1987.
Патрушев Л.И. Экспрессия генов. – М.: Наука, 2000.
Проблемы и перспективы молекулярной генетики. Том 1 / Отв. ред. Е.Д. Свердлов – М.: Наука, 2003.
Программируемая клеточная гибель/ Под ред. В.С.Новикова. — СПб.: Наука, 1996.
Роллер Э. Открытие основных законов жизни. — М., 1978.
Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х томах – М.: «Мир», 1998.
Степанов В.М. Молекулярная биология. Структура и функции белков. — М.: Высшая школа, 1996.
Телитненко М.М., Остроумов С.А. Введение в проблемы биохимической экологии. — М.: Наука, 1990.
Уотсон Дж., Туз Дж., Курц Д. Рекомбинантые ДНК. — М.: Мир, 1986.
Литература к практикуму:
Филиппович Ю.Б., Егорова Т.А., Севастьянова Г.А. Практикум по общей биохимии. — М.: Просвещение, 1982.
Методы анализа белков и нуклеиновых кислот в тканях и органах насекомых: Методические разработки / Под ред. Ю.Б.Филипповича, Г.А. Севастьяновой. - Ч. 1. - М.: МГПИ им. В.И. Ленина, 1980.
Практикум по биохимии / Под ред. С.Е.Северина, Г.А.Соловьевой. — М.: Изд-во МГУ, 1989.
1.9 Материально-техническое обеспечение дисциплины
1.9.1 Перечень используемых технических средств: компьютер, графопроектор.
1.9.2 Перечень используемых пособий: презентации, прозрачные пленки со схемами и рисунками.
1.9.3 Перечень видео- и аудиоматериалов программного обеспечения: CD “Holiday Lectures on Science CD-ROM” (Virtual Bacterial ID Lab).
1.10 Примерные зачетные тестовые задания.
Вариант 1
1. Произошла мутация в кодирующей последовательности
5'- CAG ААТ АСС TGA TTG ATA GCA -3'-
Мутантная последовательность имеет вид:
5'- CAG AAT ACT GAT TGA TAG CA -3'
Определите характер мутации:
А) делеция
Б) нонсенс
В) сдвиг рамки считывания
2. Нормальная аллель гена содержит 2 сайта узнавания для рестриктазы R, расстояние между которыми составляет 4 кб. Мутантная аллель возникла в результате замены пары оснований, приведшей к появлению дополнительного сайта рестрикции.
Определите генотип пациента по приведенному результату рестрикционного анализа:
|
4 кб
|
2.5кб
|
1.5кб
|
А) нормальная гомозигота
Б) мутантная гомозигота
В) гетерозигота
3. Для работы ДНК-полимеразы необходимо наличие:
A) однонитевой матричной ДНК
Б) инициируещего кодона
B) двунитевого участка на 3' конце молекулы
Г) четырех типов дезокситрифосфатов
Д) транспортных РНК
4. Идентификация в геномной ДНК участков, комплементарных ДНК-зонду, может осуществляться методом:
A) Нозерн блот-гибридизации
Б) Вестерн блот-гибридизации
B) блот-гибридизации по Саузерну
Г) гибридизации in situ на хромосомных препаратах
Д) гибридизации in situ на гистологических препаратах
1.11 Примерный перечень вопросов к зачету, экзамену.
1. Предмет и задачи молекулярной биологии. Предпосылки ее возникновения, основные открытия. Перспективы развития молекулярной биологии.
2. Физические, биохимические и биологические методы исследования в молекулярной биологии.
3. Первичная структура ДНК. Межнуклеотидная связь. Нуклеазы рестрикции. Физическое картирование ДНК. Секвенирование ДНК.
4. Вторичная структура ДНК. Правила Э. Чаргаффа. Модель ДНК Дж. Уотсона и Ф. Крика. Полиморфизм двойной спирали ДНК. Сверхспирализация ДНК.
5. Третичная структура ДНК вирусов и бактерий. Уровни организации хроматина в эукариотических клетках.
6. Доказательства генетической роли ДНК. Полуконсервативный механизм репликации ДНК (работы М. Мезельсона и Сталя).
7. Репликация ДНК. Ферменты репликации. Точность синтеза ДНК и коррекция. Основные принципы репликации.
8. Особенности репликации у прокариот и эукариот. Топологические проблемы репликации. Регуляция репликации.
9. Репарация ДНК и ее виды: прямая реактивация, темновая репарация, эксцизионная репарация. SOS-репарация. Репарация неспаренных нуклеотидов.
10. Молекулярные механизмы гомологичной рекомбинации. Генная конверсия. Сайт-специфическая рекомбинация.
11. Транскрипция у прокариот. Структура РНК-полимеразы. Цикл транскрипции. Понятие об опероне. Регуляция транскрипции у прокариот.
12. Особенности транскрипции у эукариот. Факторы транскрипции. Энхансеры и сайленсеры. Механизмы активации белков-регуляторов транскрипции. Значение гормонов в регуляции транскрипции.
13. Подвижные генетические элементы прокариот и эукариот, механизмы их перемещения и роль в эволюции.
14. Денатурация и ренатурация ДНК. Метод реассоциации в изучении генома эукариот. Сателлитная ДНК. Умеренные повторы и уникальные последовательности генома. Мозаичность строения эукариотических генов.
15. Репликация и транскрипция вирусных геномов.
16. Процессинг первичных транскриптов у прокариот и эукариот. Регуляция экспрессии генов путем альтернативного сплайсинга. Транс-сплайсинг.
16. Процессинг иРНК у прокариот и эукариот. Механизм сплайсинга и его виды. Регуляция экспрессии генов путем альтернативного сплайсинга. Транс-сплайсинг. Редактирование РНК.
17. Процессинг рРНК и тРНК у прокариот и эукариот. Аутосплайсинг. Природные и синтетические рибозимы (нуклеозимы, минизимы) и перспективы их использования.
17. Обратная транскрипция. Роль обратной транскрипции в эволюции и изменчивости генома. Ретротранспозоны, их типы. Псевдогены.
18. Аминокислотный состав белков. Пептиды. Первичная структура белков. Структурные особенности пептидной связи. Методы определения первичной структуры белка.
19. Вторичная структура белков. α-Спираль, β-структура, β-изгиб. Оптические методы изучения вторичной структуры. Прионизация белков.
20. Третичная структура белков. Денатурация и ренатурация белка. Молекулярные шапероны. Методы изучения третичной структуры белков.
21. Четвертичная структура белка и ее функциональное значение. Методы исследования четвертичной структуры белков.
22. История открытия информационной РНК. Структура иРНК. Расшифровка генетического кода. Основные свойства генетического кода.
23. История открытия транспортных РНК. Структура тРНК. Аминоацил-тРНК-синтетазы. Аминоацилирование тРНК.
24. Рибосомы, их локализация в клетке. Рибосомные РНК и белки. Четвертичная структура рибосом. Структурные превращения рибосом. Прокариотический и эукариотический типы рибосом. Полирибосомы. Бесклеточные системы трансляции.
25. Инициация трансляции. Общие принципы, значение, основные этапы инициации. Инициация трансляции у прокариот и эукариот. Белковые факторы инициации.
26. Элонгация трансляции. Поступление аминоацил-тРНК в рибосому. Транспептидация. Транслокация. Факторы элонгации.
27. Терминация трансляции: терминирующие кодоны, белковые факторы терминации, гидролиз пептидил-тРНК.
28. Регуляция трансляции. Трансмембранный перенос белков. Котрансляционные и посттрансляционные модификации белков.
1.12 Комплект экзаменационных билетов (утвержденный зав. кафедрой до начала сессии): хранится на кафедре.
1.13 Примерная тематика рефератов.
1. ДНК — материальный носитель наследственной информации.
2. Биосинтез белка в клетке.
3. Транскрипция и трансляция.
4. Генетический код и его свойства.
5. Регуляция белкового синтеза.
6. Строение и функции гена.
7. Химический и ферментативный синтез генов. Выделение генов.
8. Современное представление о гене.
9. Генетическая инженерия.
1.14 Примерная тематика курсовых работ – не предусмотрена.
1.15 Примерная тематика квалификационных (дипломных) работ – не предусмотрена.
1.16 Методика(и) исследования (если есть) – не предусмотрена.
1.17 Балльно-рейтинговая система, используемая преподавателем для оценивания знаний студентов по данной дисциплине: не применяется.
РАЗДЕЛ 2. Методические указания по изучению дисциплины (или её разделов) и
контрольные задания для студентов заочной формы обучения.
Студенту-заочнику в контрольной работе следует в сжатой форме изложить основные положения темы, ответить на поставленные вопросы, решить задачи, сделать (при необходимости) схематические зарисовки с соответствующими пояснениями.
Решение задач по молекулярной генетике предусматривает знание молекулярных основ наследственности: кодирование генетической информации, процессов репликации ДНК, принципов транскрипции и трансляции наследственной информации.
Курс насыщен большим количеством специальных терминов. Для их усвоения необходимо выписать незнакомые термины и дать им объяснения. В рекомендуемых учебниках приводится краткий словарь терминов, можно пользоваться также биологическими энциклопедическими словарями.
|
