Государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ставропольский государственный медицинский университет»
Министерства здравоохранения Российской Федерации
ГБОУ ВПО СтГМУ Минздрава России
КАФЕДРА БИОЛОГИИ
УТВЕРЖДАЮ
|
Проректор по учебной работе, профессор
|
|
А.Б. Ходжаян
|
«___»_____________ 2013 г.
|
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
для направления 020400.62 «Биология»
Квалификация выпускника: бакалавр
Профиль: экология
Форма обучения: очная
Нормативный срок обучения: 4 года
Всего ЗЕТ __3____
Всего часов ___108____ , из них:
аудиторных занятий __54___ часа
- лекций __18___ часов
- практических занятий ____36_ часов
самостоятельная работа __54___ часа
- зачет__4__ семестр
г. Ставрополь
2013 г.
Рабочая учебная программа разработана в соответствии с
- ФГОС ВПО по направлению подготовки 020400 «Биология», Утвержденным приказом Минобрнауки России от 04.02.10 г. № 101;
- рабочим учебным планом по направлению подготовки 020400.62 «Биология», утвержденным Ученым советом академии от _____ августа 2012 года протокол № ____;
- типовой (примерной) учебной программой по молекулярной биологии.
Рабочая учебная программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры биологии.
«__» _августа______ года протокол № ___
Зав. кафедрой, проф. _________________ А.Б.Ходжаян
Одобрена Цикловой методической комиссией факультета гуманитарного и медико-биологического образования
«___» _______________2013 года протокол № _____
Председатель ЦМК, доц. _________________ Н.К.Маяцкая
Согласована:
Декан факультета гуманитарного и медико-биологического образования, проф.
_________________ Н.А.Федько
Начальник УМУ
_______________ Н.П.Вышковский
«___» _______________ 2013 года
Руководитель ЦУКО, проф.
______________ Ю.В.Первушин
«___» _______________ 2013 года
Рецензент: профессор кафедры ботаники, зоологии, общей биологии СГУ, доктор ветеринарных наук
_________________ И. М.Мануйлов
Пояснительная записка
Программа дисциплины «Молекулярная биология» разработана для бакалавров направления подготовки 020400.62 «Биология» очной формы обучения.
Дисциплина «Молекулярная биология» содействует получению широкого базового высшего образования, способствует дальнейшему развитию личности.
Курс «Молекулярная биология» рассчитан на 108 часов трудоемкости и включает лекции и практические занятия. В самостоятельную работу студентов входит освоение теоретического материала, выполнение контрольной работы и написание реферата.
Цели и задачи освоения дисциплины
Цель курса
Целью курса является углубление знаний о структуре и функциях важнейших биополимеров – нуклеиновых кислот и белков, о принципах функционирования генетического аппарата клеток и механизмах регуляции его экспрессии, получение основных представлений о механизмах регуляции клеточного цикла и причинах онкогенеза, знакомство с современными молекулярно-биологическими методами исследования нуклеиновых кислот и белков.
Задачи курса:
углубление базовых знаний о принципах структурной организации генов и геномов прокариот и эукариот;
ознакомление с современными методами изучения структуры и функций генов, а также с новейшими направлениями исследований в молекулярной биологии;
изучение некоторых проблем репликации ДНК;
получение знаний об эпигенетических механизмах регуляции экспрессии генов, роли процессов метилирования ДНК у про- и эукариотических организмов;
получение детальных знаний о механизмах формирования третичной структуры белков;
изучение особенностей сортировки и транспорта белков в различные компартменты клетки;
получение знаний о роли деструкции белков в системе регуляции жизнедеятельности эукариотической клетки;
изучение механизма развития программированной клеточной гибели, а также проблемы регуляции клеточного цикла и онкогенеза.
Место дисциплины в структуре ООП
Курс предназначен для студентов 2 курса специальности «Биология». Содержание курса «Молекулярная биология» базируется на знаниях, полученных в ходе изучения курсов биохимии, генетики, биофизики, физиологии и цитологии, и отражает логическую связь данной дисциплины с этими предметами. Курс направлен на углубление знаний о структурной организации генов и геномов разных организмов, на получение представлений о современных методах их исследования, изучение проблем регуляции транскрипции, посттрансляционного формирования структуры нативных белков, механизмов их транспорта, а также получение новых знаний по вопросам биосинтеза белка. В процессе обучения курс развивает умение использовать полученные ранее знания для усвоения новой информации и построения выводов, навыки овладения теоретическим материалом.
Требования к результатам освоения дисциплины
Перечень компетенций в соответствии с ФГОС:
● общекультурных (ОК):
проявление экологической грамотности и использования базовых знаний в области биологии в жизненных ситуациях; понимание социальной значимости и умение прогнозировать последствия своей профессиональной деятельности, быть готовым нести ответственность за свои решения (ОК-8);
умение работать самостоятельно и в команде (ОК-18);
● профессиональных (ПК):
знание принципов охраны живой природы, участие в планировании и реализации соответствующих мероприятий (ПК – 12).
Перечень знаний, умений, навыков в соответствии с ФГОС:
▪ Знать
- структуру и функции биополимеров, их компонентов и комплексов, механизмы хранения,
передачи и реализации генетической информации на молекулярном уровне;
- детальную характеристику основных процессов, протекающих в живой клетке:
репликации, транскрипции, трансляции, рекомбинации, репарации, процессинга РНК и
белков, белкового фолдинга;
- основные способы межмолекулярных взаимодействий и взаимную регуляцию процессов
функционирования живой клетки в составе многоклеточного организма.
▪ Уметь
- анализировать структуру и функции генов и геномов, проводить структурно-
функциональный анализ отдельных белков и протеома в целом.
- определять содержание ДНК и чистоту препарата ДНК спектрофотометрическим методом.
Выделить рекомбинантный белок из штамма-продуцента и очистить его, провести
электрофоретический анализ. Выполнить рестрикционный анализ ДНК;
- приготовить агарозный гель и провести электрофорез ДНК, грамотно оценить результаты.
Уметь рассчитать праймеры для проведения ПЦР, приготовить инкубационную смесь для
ПЦР и провести реакцию амплификации ДНК. Проводить поиск и анализ информации в
электронных банках данных.
▪ Владеть:
- современными представлениями об основах биотехнологий и генной инженерии,
нанобиотехнологии, молекулярного моделирования;
- навыками эксплуатации современной аппаратуры и оборудования для проведения научно-
исследовательских и лабораторных работ;
- знаниями принципов составления научно-технических проектов и отчетов;
- навыками по практическому применению рассматриваемых в курсе вопросов в
генетической, белковой и клеточной инженерии, с использованием в биомедицинских
исследованиях и в биотехнологических производствах.
№
п/п
|
Наименование разделов дисциплины
|
Индекс
компетенции
по ФГОС
|
В результате изучения учебной дисциплины обучающиеся должны
|
ОК-8
|
ОК-18
|
ПК-12
|
Знать
|
Уметь
|
Владеть
|
1.
|
Белки – структурная и функциональная основа клетки.
|
+
|
+
|
+
|
1,2
|
2,3
|
1,2
|
2.
|
ДНК и РНК – носители генетической информации.
|
+
|
+
|
+
|
2,3
|
1,3
|
1
|
3.
|
Репликация, репарация ДНК. Транскрипция.
|
+
|
+
|
+
|
1,2,3
|
1,2,3
|
1
|
4.
|
Посттранскрипционный контроль.
|
+
|
+
|
+
|
2
|
2,3
|
1
|
5.
|
Биосинтез белков.
|
+
|
+
|
+
|
1,3
|
1,2,3
|
1,2
|
6.
|
Молекулярная организация клетки.
|
+
|
+
|
+
|
2,3
|
1,2
|
1
|
5. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет:
3
|
зачетных единиц (ЗЕТ),
|
180
|
часов
|
Вид учебной работы
|
Всего
часов
|
Объем по семестрам
|
4
|
1. Аудиторные занятия (всего)
|
54
|
54
|
В том числе:
|
|
|
Лекции (Л)
|
18
|
18
|
Семинары (С)
|
|
|
Практические занятия (ПЗ)
|
36
|
36
|
Лабораторный практикум (ЛП)
|
|
|
2. Самостоятельная работа студентов (СРС)
|
54
|
54
|
В том числе:
|
|
|
Контрольная работа
|
|
|
Другие виды самостоятельной работы:
|
|
|
Курсовая работа (реферат)
|
|
|
Изучение учебного материала
при подготовке к занятиям
|
|
|
3. Промежуточная аттестация
(зачет )
|
36
|
36
|
Общая трудоемкость дисциплины (часы)
|
108
|
108
|
Содержание дисциплины
6.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п
|
Наименование раздела дисциплины
|
Содержание раздела
|
1.
|
Белки – структурная и функциональная основа клетки.
|
Одну из ведущих ролей в жизнедеятельности живых организмов играют белки. От родителей детям передается генетическая информация о специфической структуре и функциях всех белков данного организма. На долю белков внутри клетки приходится более половины их сухого вещества. Белки составляют 10 – 18 % от общей массы клетки. В организме человека встречается около 5 млн. типов белковых молекул, отличающихся по своей массе, структуре и функциям не только друг от друга, но и от белков других организмов. Из них насчитывается около 50 000 индивидуальных белков. Видовая и индивидуальная специфичность набора белков в данном организме определяет особенности его строения и функционирования. Набор белков в дифференцирующихся клетках одного организма определяет морфологические и функциональные особенности каждого типа клеток.
|
2.
|
ДНК и РНК – носители генетической информации.
|
Существует два типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение, воспроизведение и реализацию генетической (наследственной) информации. Эта информация закодирована в виде нуклеотидных последовательностей. В частности, последовательность нуклеотидов отражает первичную структуру белков. Соответствие между аминокислотами и кодирующими их нуклеотидными последовательностями называется генетическим кодом. Единицей генетического кода ДНК и РНК является триплет – последовательность из трех нуклеотидов.
|
3.
|
Репликация, репарация ДНК. Транскрипция.
|
В ДНК закодирована информация о механизме ее собственного удвоения: одни гены кодируют ферменты, синтезирующие нуклеотидные предшественники ДНК, другие - белки, осуществляющие сборку активированных нуклеотидов в полинуклеотидные цепочки. Есть гены, координирующие процесс репликации с другими клеточными событиями, а также гены, кодирующие белки, которые упаковывают ДНК в хроматин. Еще одним свойством ДНК является то, что она служит матрицей и определяет порядок, в котором нуклеотиды выстраиваются в новые нуклеотидные цепочки. Системы репарации ДНК обеспечивают точность воспроизведения и сохранения генетической информации. Транскрипция - биосинтез РНК на матрице ДНК; первая стадия реализации генетической информации, в ходе которой нуклеотидная последовательность ДНК считывается в виде нуклеотидной последовательности РНК. В основе этого процесса лежит принцип комплементарного спаривания пуриновых и пиримидиновых оснований. Транскрипция осуществляется с участием фермента РНК-полимеразы, использующей в качестве субстратов рибонук-леозидтрифосфаты. Кроме того, в транскрипции участвует большое число вспомогательных белков, регулирующих работу РНК-полимеразы.
|
4.
|
Посттранскрипционный контроль.
|
Посттранскрипционный контроль генов позволяет системе регуляции суточных ритмов задавать 24-х часовой ритм и обеспечивать устойчивость к резким изменениям, которые могли бы разрушить систему. Критическая форма регуляции всех генов – инициация транскрипции. Посттранскрипционный контроль осуществляется после того, как РНК-полимераза связалась с промотором гена и начала синтез РНК.
|
5.
|
Биосинтез белков.
|
В обмене веществ организма ведущая роль принадлежит белкам и нуклеиновым кислотам. Белковые вещества составляют основу всех жизненно важных структур клетки. Процесс синтеза белка является очень сложным многоступенчатым процессом. Совершается он в специальных органеллах — рибосомах. Природа же синтезируемого белка зависит от строения и-РНК, от порядка расположения в ней нуклеоидов, а строение и-РНК отражает строение ДНК, так что в конечном итоге специфическое строение белка, т. е. порядок расположения в нем различных аминокислот, зависит от порядка расположения нуклеоидов в ДНК, от строения ДНК.
|
6.
|
Молекулярная организация клетки.
|
В клетках обнаружено около 60 элементов периодической системы Менделеева, встречающихся и в неживой природе. Это одно из доказательств общности живой и неживой природы. В живых организмах наиболее распространены водород, кислород, углерод и азот, которые составляют около 98% массы клеток. Это обусловлено особенностями химических свойств водорода, кислорода, углерода и азота, вследствие чего они оказались наиболее подходящими для образования молекул, выполняющих биологические функции. Эти четыре элемента способны образовывать очень прочные ковалентные связи посредством спаривания электронов, принадлежащих двум атомам. Ковалентно связанные атомы углерода могут формировать каркасы бесчисленного множества различных органических молекул. Поскольку атомы углерода легко образуют ковалентные связи с кислородом, водородом, азотом, а также с серой, органические молекулы достигают исключительной сложности и разнообразия строения.
|
6.2. Разделы дисциплины и формы занятий
№
п/п
|
Наименование раздела дисциплины
|
Л
|
ПЗ
|
СРС
|
Всего
часов
|
1.
|
Белки – структурная и функциональная основа клетки.
|
2
|
4
|
6
|
12
|
2.
|
ДНК и РНК – носители генетической информации.
|
2
|
4
|
6
|
12
|
3.
|
Репликация, репарация ДНК. Транскрипция.
|
8
|
16
|
18
|
42
|
4.
|
Посттранскрипционный контроль.
|
2
|
2
|
4
|
8
|
5.
|
Биосинтез белков.
|
2
|
6
|
12
|
20
|
6.
|
Молекулярная организация клетки.
|
2
|
4
|
8
|
14
|
|
ВСЕГО:
|
18
|
36
|
54
|
108
|
6.3. План лекций
№
п/п
|
Кол-во
часов
|
Тема лекции
|
Перечень учебных вопросов
|
1.
|
2
|
Белки – структурная и функциональная основа клетки.
|
1.Филогенетические домены живых организмов.
2.Структурная организация белков.
3.Посттрансляционная модификация белков.
|
2.
|
2
|
ДНК и РНК – носители генетической информации. Геномы.
|
1.Наследственность – центральное понятие в определении жизни.
2. Структуры ДНК и РНК.
3. Геномы. Их размеры, типы.
|
3.
|
2
|
Фолдинг, транспорт и деградация белков в клетке.
|
1.Пространственная сборка белков (фолдинг белков).
2. Транспорт белков в эукариотической клетке.
3. Деградация белков.
|
4.
|
2
|
Репликация ДНК. Репарация ДНК.
|
1. Принципы репликации ДНК..
2. Репарация, или исправление повреждений ДНК.
|
5.
|
2
|
Транскрипция.
|
1. Транскрипция, определение, стадии.
2. Транскрипция у прокариот.
3. Транскрипция у эукариот.
|
6.
|
2
|
Процессинг первичных транскриптов.
|
1. Процессинг, определение, сущность процесса.
2. Процессинг рРНК и тРНК бактерий.
3. Процессинг рРНК эукариот.
4. Процессинг мРНК у эукариот.
|
7.
|
2
|
Посттранскипционный контроль.
|
1.РНК – переключатели.
2. Посттранскипционный контроль.
3. Другие механизмы посттранскрипционного контроля.
|
8.
|
2
|
Генетический код. Биосинтез белков (трансляция.)
|
Генетический код.
Биосинтез белка. Этапы.
Модель рибосомы.
Стратегии регуляции биосинтеза белка.
|
9.
|
2
|
Молекулярная организация клетки.
|
Органеллы эукариотеческих клеток.
Пути передачи сигнала.
Цитоскелет эукариотической клетки.
Промежуточные филаменты в клетках позвоночных.
Семейство кадгеринов, интегринов. Коллагены. Адгезивные белки. Протеогликаны. Гликозаминогликаны.
|
ИТОГО:
|
18 часов
|
6.4. План практических занятий
№
п/п
|
Кол-во
ча-сов
|
Тема занятия
|
Перечень учебных вопросов
|
1.
|
2
|
Белки – структурная и функциональная основа клетки.
|
Клетки прокариот и эукариот, их органеллы.
Химические элементы живых организмов.
Макромалекулы клетки, их функции.
|
2.
|
2
|
Белки – структурная и функциональная основа клетки.
|
Структурная организация белков.
Пространственная организация белковой молекулы.
Гликозилирование белков.
Фосфорилирование белков.
Липопротеины.
|
3.
|
2
|
ДНК – носители генетической информации.
|
Наследственность – центральное понятие в определении жизни.
«Магия» строения ДНК. Формы ДНК.
Упаковка ДНК в ядре.
Природа генетической информации.
|
4.
|
2
|
РНК – носители генетической информации. Геномы.
|
Типы РНК.
Структуры РНК.
Функции ДНК.
Типы, размеры геномов.
Геном человека.
|
5.
|
2
|
Фолдинг, транспорт белков.
|
Фолдинг белков. Ферменты фолдинга.
Шапероны.
Транспорт белков.
Ядерный поровый комплекс.
Пути секреции в клетках
|
6.
|
2
|
Деградация белков в клетке
|
Белки: классификация по времени жизни.
Убиквитин-завсимая система протеолиза.
Протеасомы.
|
7.
|
2
|
Репликация ДНК.
|
Принципы репликации ДНК.
Репликон.
ДНК-полимеразы, их свойства.
Теломеры и теломеразы.
|
8.
|
2
|
Репарация ДНК.
|
Репарация, или исправление повреждений в ДНК.
Репарация повреждений одной цепи ДНК.
Репарация повреждения двух цепи ДНК.
|
9.
|
2
|
Транскрипция у прокариот.
|
Транскрипция.
РНК-полимеразы, их особенности.
Транскриптон.
Стадии транскрипции.
Транскрипция у прокариот.
Оперон.
|
10.
|
2
|
Транскрипция у эукариот.
|
Виды РНК-полимеразы эукариотической клетки.
Инициация транскрипции.
Инсуляторы, энхансеры.
|
11.
|
2
|
Процессинг первичных транскриптов у прокариот
|
1. Процессинг, определение, сущность процесса.
2. Процессинг рРНК и тРНК бактерий.
|
12.
|
2
|
Процессинг первичных транскриптов у эукариот
|
Процессинг рРНК эукариот.
Самосплайсинг т РНК эукариот.
Процессинг мРНК у эукариот.
Альтернативный сплайсинг.
|
13.
|
2
|
Посттранскрипционный контроль.
|
РНК-переключатели.
Другие механизмы посттранскрипционного контроля.
Технология RNAi.
|
14.
|
2
|
Генетический код.
|
Генетический код, его определение, состав, свойства.
Кодон – антикодоновый комплементарный комплекс.
|
15.
|
2
|
Биосинтез белков (трансляция.)
|
Рамка считывания.
Адапторная гипотеза.
тРНК, ее функции.
мРНК, ее функции.
Дорибосомный этам белкового синтеза.
|
16.
|
2
|
Биосинтез белков (трансляция.)
|
Модель рибосомы E. coli.
Элонгационный цикл рибосомы. Эпицикл.
Инициация трансляции.
Терминация трансляции.
Молекулярная мимикрия.
Основные стратегии регуляции биосинтеза белка.
|
17.
|
2
|
Молекулярная организация клетки.
|
Пути передачи сигнала.
Внутриклеточный сигнальный путь.
Рецепторы на поверхности клеток.
Формы внеклеточной передачи сигнала.
|
18.
|
2
|
Молекулярная организация клетки.
|
Цитоскелет эукариотических клеток - строение, функции.
Микротрубочки.
Моторные белки
Промежуточные филаменты.
Клеточные контакты.
Молекулы адгезии.
Интегрины. Селектины. Коллагены.
Протеогликаны. Гликозаминогликаны.
|
36 часов
|
В четвертом семестре
|
36 часов
|
В учебном году
| |
