Учебно-методический комплекс дисциплины «Молекулярная генетика»
Скачать 308.74 Kb.
|
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплиныОсновная цель изучения “Молекулярной генетики” – приобретение теоретических знаний, необходимых дипломированному специалисту и магистру для освоения современных методов получения и использования генетически модифицированных организмов (микроорганизмов, трансгенных животных и растений), модифицированных белков, ферментов, систем молекулярно-генетической диагностики, управления внутриклеточными процессами, метаболизмом в целом. После изучения курса “Молекулярная генетика” дипломированный специалист или магистр должен знать: - особенности структурно-функциональной организации нуклеиновых кислот и белковых молекул, современные методы установления и анализа структуры и функции белковых молекул; - современные экспериментальные подходы для анализа функциональной организации живых систем; - современные методы выделения, очистки и анализа биологических макромолекул, методы молекулярной диагностики для решения научных и прикладных (медицинских) задач. Должен иметь представление: - об основных чертах организации генома человека, современных методах установления родства, об этногеномике; - о теоретических основах и методах генной инженерии, принципах конструирования рекомбинантных ДНК и их введения в реципиентные клетки, основных векторах и микроорганизмах, используемых в генетической инженерии; - о современных методах и проблемах белковой инженерии; - о принципах создания трансгенов и трансгенных организмов, методах получения трансгенных животных и растений, задачах и проблемах генетической инженерии растений и животных, современных средствах селекционной практики; - о роли биоинформатики в современной молекулярной генетике и биотехнологии, базам данных по молекулярной биологии и генетике, методам информационного анализа последовательностей нуклеиновых кислот и белков. Министерство образования и науки Российской Федерации_____________________________________________________________________Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева «УТВЕРЖДАЮ» Ректор РХТУ им. Д.И. Менделеева _______________ П.Д. Саркисов «____»_________________2003 г. ПРОГРАММА КУРСА Молекулярная генетика для студентов, обучающихся по специальности 240900 «Биотехнология» Программа одобрена Методической секцией Ученого Совета РХТУ им. Д.И. Менделеева 11 февраля 2003 г. Москва 2003 г Программа дисциплины “Молекулярная генетика” составлена д.х.н., профессором С.В. Костровым; д.б.н., профессором В.З. Тарантулом; академиком, д.б.н., профессором В.А. Гвоздевым. 1. Пояснительная записка. Дисциплина “Молекулярная генетика” является специальной в системе подготовки специалистов инженеров-биотехнологов и магистров. Преподавание курса является необходимым этапом подготовки дипломированных специалистов инженеров по специальности биотехнология и магистров по специальности химическая технология и биотехнология. Программа курса составлена с учетом требований типовой программы учебных дисциплин “Молекулярная генетика” для высших учебных заведений, рекомендаций методической секции Ученого совета и накопленного опыта преподавания предмета на кафедре биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева и в Институте молекулярной генетики РАН. Программа рассчитана на изучение курса в течение одного семестра. Задачи дисциплины “Молекулярная генетика” состоят в том, чтобы дать студенту фундаментальную теоретическую базу, которая необходима для освоения практических методов генной и белковой инженерии, современные представления о структурной организации белковых молекул и нуклеиновых кислот, генетического аппарата клетки, формировании их пространственной структуры, о направлениях развития геномики, транскриптомики, протеомики, метаболомики, биоинформатики, рассмотреть существующие инструментарий и подходы, используемые при конструировании различных векторов, клонировании генов и их экспрессии в различных типах клеток, методы определения нуклеотидных последовательностей ДНК и сайт-направленного мутагенеза, выделения, очистки и анализа биологических молекул, направленного переноса генов в клетки и организмы, получения и использования трансгенных животных и растений, в молекулярной диагностике. Для освоения курса студенты должны пройти фундаментальную подготовку курсам органической химии и химии биологически активных соединений, биофизической химии, биохимии, общей биологии и микробиологии, прикладной молекулярной биологии, теоретическим основам биотехнологии, общей биотехнологии. Цели курса достигаются с помощью: - изучения содержательных основ предмета исследований, понятийного аппарата и методологической базы молекулярной генетики и протеомики; - ознакомления с современными направлениями развития и практического использования молекулярной генетики, геномики, протеомики, метаболомики и биоинформатики, которое осуществляется на лекциях по курсу “Молекулярная генетика”; - ознакомления с современными методами конструировании различных векторов, клонировании генов и их экспрессии в различных типах клеток, методами определения нуклеотидных последовательностей ДНК и сайт-направленного мутагенеза, выделения, очистки и анализа биологических молекул, получения и использования трансгенных животных и растений, в молекулярной диагностике; - самостоятельной работы студента со специальной литературой, в том числе и электронными базами данных российских и зарубежных библиотек, а также патентной документацией и ведущими научными журналами биологической, молекулярно-биологической и молекулярно-генетической направленности, выходящими на русском и иностранных языках. Курс изучается студентами в 9-ом семестре в режиме 2-0-3 и заканчивается экзаменом. 2. Объем дисциплины и виды учебной работы.
3. Распределение часов.
4. Содержание курса. 4.1. Молекулярная биология ДНК – основа биотехнологии. Молекула ДНК. ДНК как основа генетической информации. Экспериментальные доказательства генетической функции ДНК. Конформации ДНК (А, В и Z-формы). Нуклеотидный состав ДНК и конформации ДНК. Большая и малые бороздки ДНК. Узнавание ДНК белками в малой и большой бороздке. Подвижность структуры ДНК. Свехспирализация. Неканонические структуры ДНК. Изгибы в ДНК (упаковка ДНК и регуляция транскрипции). Топоизомеры. Топоизомеразы. Полуконсервативная репликация ДНК. ДНК-полимеразы. Вилка репликации ДНК. Регуляция репликации ДНК у бактерий. Понятие о репликоне и репликаторе. Репликация у эукариот. Полирепликонное строение хромосомы. "Фабрики" репликации ДНК в ядре. Клеточный цикл эукариотической клетки. Теломераза и репликация ДНК у эукариот. 4.2. Основы генетической инженерии. Биоинженерия 21 века, как инженерия комплексных систем. Геномика и протеомика. Экспериментальные подходы для анализа функциональной организации живых систем. Методы конструирования гибридных молекул ДНК in vitro. Векторные молекулы ДНК. Векторы для генетического клонирования – особенности их молекулярной организации. Типы генетических библиотек. Анализ генетических библиотек. Векторы для экспрессии генов – особенности их молекулярной организации. Экспрессия и повышенная продукция рекомбинантных белков в микробных клетках. Микроорганизмы, используемые в генетической инженерии. Взаимосвязи вектор-хозяин. Проблемы гетерологичной экспрессии. Причины возможной неидентичности генно-инженерных белков и их природных аналогов. Методы определения нуклеотидной последовательности ДНК. Методы сайт-направленного мутагенеза. 4.3. Структурная организация белковых молекул. Уровни структурной организации белковых молекул. Первичная структура белка. Аминокислоты, как элементы пептидной цепи. Структура и особенности пептидной связи, cis и trans изомеры, изомеры с участием пролина. Конформационная подвижность пептидной цепи. Карта Рамачандрана. Регулярные вторичные структуры. Особенности их организации. Роль вторичных структур в формировании доменов. Мотивы в белковых структурах. Классификация пространственных структур белков. Формирование белками пространственной структуры. Кинетические и термодинамические аспекты фолдинга. Интермедиаты фолдинга и энергетические барьеры. Шаперон-зависимый и про-зависимый фолдинг. 4.4. Методы выделения, очистки и анализа биологических макромолекул. Осаждение, диализ, ультрафильтрация. Ультрацентрифугирование. Хроматографические методы разделения веществ. Хроматографические материалы. Адсорбционная, распределительная, обращенно-фазовая, гель-проникающая, ионообменная и биоспецифическая хроматография. Оборудование для хроматографии. Электромиграционные методы разделения веществ. Зональный электрофорез. Стационарный электрофорез. Капиллярный электрофорез. Электрофорез белков и нуклеиновых кислот. 4.5. Методы установления и анализа структуры белковых молекул. Методы установления первичной структуры белков. Методы установления пространственной структуры: спектроскопия ЯМР и рентгеноструктурный анализ. Методы анализа первичных структур. Методы анализа пространственных структур. Молекулярное моделирование. 4.6. Современные проблемы белковой инженерии. Подходы к анализу структурно-функциональной организации белковых молекул. Создание белков de novo. Белковая инженерия стабильности. Направленное изменение субстратной специфичности ферментов. 4.7. Молекулярная диагностика. Технологии, основанные на индикации нуклеиновых кислот: методы амплификации нуклеиновых кислот, компоненты и условия проведения полимеразной цепной реакции, методы анализа продуктов амплификации, микрочипы. Примеры решения конкретных диагностических задач. Технологии, основанные на индикации белков и других биомолекул. Иммуноферментый анализ. 4.8. Внутриклеточная сигнализация. Пути передачи информации в эукариотических клетках. Рецепторы на поверхности эукариотических клеток. Краткая характеристика различных типов рецепторов. G-белки. Вторичные мессенджеры. Система протеинкиназ. Регуляция экспрессии генов. Иерархия регуляции. Факторы транскрипции. Протоонкогены (мембранные, ядерные и цитоплазматические). Роль протоонкогенов в развитии. Факторы роста, краткая характеристика. Молекулярная биология и функции фактора роста нервов в качестве примера. Регуляторные пептиды в качестве регуляторов функций эукариотических клеток. 4.9. Медицинская и этническая геномика. Геном человека, основные черты организации. Полиморфные маркеры ДНК. Принципы картирования генов наследственных болезней. Прогрессирующая мышечная дистрофия – пример локализации гена на хромосоме. Другие формы миодистрофии. Молекулярная диагностика. Генная и клеточная терапии. Динамические мутации, экспансии триплетных повторов. Понятие антиципации. Хорея Гентингтона, миотоническая дистрофия. Этногеномика. Полиморфизм генов как инструмент изучения генофонда народонаселения во времени и пространстве. 4.10. Изотопно-меченые биологически активные соединения и биотехнология. Основные преимущества метода меченых атомов перед традиционными химическими и физико-химическими методами детектирования. Биогенные элементы (азот, кислород, водород, углерод, сера, фосфор), их изотопы. Наиболее распространенные изотопы для получения меченых биологически важных соединений, их основные характеристики. Основные методы синтеза изотопно-меченых соединений и используемое для этого исходное изотопное сырье. Радиоактивные изотопы и основные характеристики меченого соединения (молярная радиоактивность, химическая и радиохимическая чистота). Соединения, меченные углеродом-14 и тритием. Соединения, меченные тритием и основные способы их синтеза. Анализ и устойчивость изотопно-меченых соединений. Особенности работы с радиоактивно меченными соединениями, их радиометрия, дозиметрия и основные меры безопасности. 4.11. Дрожжи как объект современной молекулярной биологии и биотехнологии. Биология дрожжевой клетки. Структура генома дрожжей с точки зрения эукариотической организации наследственного аппарата и процессирования белков. Генная инженерия дрожжей: типы рекомбинантных векторов для клонирования и переноса генетический информации (эписомные, интегративные, репликативные). Перенос генов. Копийность генов в трансформантах, сегрегация, стабильность. Гетерологичная экспрессия. Искусственные хромосомы дрожжей. Роль дрожжей в проекте «Геном человека», (клонирование ДНК, физическое картирование и секвенирование). Значение дрожжей для современной биотехнологии. 4.12. Трансгенные животные в биотехнологии. Общие понятия о трансгенах и трансгенных организмах. Методы получения трансгенных животных. Структура трансгенов. Механизмы трансгеноза. Фундаментальные задачи, решаемые с использованием трансгенных организмов: изучение регуляции экспрессии и функции генов, механизмы эмбрионального развития, получение продуцентов. Инсерционный мутагенез. Токсикогенетика. Эмбриональные стволовые клетки. Генный таргетинг: нокаут генов и генный нокин. Трансгеноз и клонирование животных. Трансгенные животные как биореакторы. Сельскохозяйственные трансгенные животные. 4.13. Трансгенные растения в биотехнологии. Задачи и проблемы генетической инженерии растений. Плазмиды агробактерий и перенос Т-ДНК растений (неоплазия у растений, структуры Ti-плазмид). Ri -плазмиды A. rhizogenes (характеритика опухолей, образование дифференцированной ткани). Опины Ri-плазмид (регенерация растений, Т-ДНК Ri-плазмид как вектор). Модели транспозиции Т-ДНК. Векторы генетической инженерии растений: векторы на основе Ti-плазмид, векторы на основе хлоропластной и митохондриальной ДНК, транспозируемых элементов растений, вирусов растений, вирионной РНК. Прямой перенос генов в растения. Экспрессия генов в растениях. Процессинг мРНК, проблемы гетерологичной экспрессии. Методы регенерации. Маркеры генетической инженерии и ее достижения. 4.14. Биоинформатика в молекулярной генетике и биотехнологии. Понятие биоинформатики. Роль биоинформатики в современной молекулярной генетике и биотехнологии. Биологические системы с точки зрения биоинформатики. Кодирование наследственной информации. Базы данных по молекулярной биологии и генетике. Информационный анализ последовательностей нуклеиновых кислот и белков. |
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс Дисциплины «Экологическая и популяционная генетика» Инге Вечтомов С. Г. Генетика с основами селекции: Учеб пособие для биол спец ун-тов / С. Г. Инге-Вечтомов.— М. Высш шк., 1989.— 591с... | | Учебно-методический комплекс дисциплины «Общая генетика» Контрольный экземпляр находится на кафедре продуктов питания из растительного сырья и технологии живых систем |
| Учебно-методический комплекс дисциплины красноярск 2012 пояснительная... Учебно-методический комплекс дисциплины (умкд) «Психодиагностика» для студентов заочной формы обучения (3,5 года обучения) по специальности... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине «Генетика» Специальность... При изучении генетики применяется комплекс общих и частных методов. Используются методы не только биологических наук, но и биохимии,... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Молекулярная диагностика»... Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Учебно-методический комплекс дисциплины специальность 100110. 65... Учебно-методический комплекс дисциплины (умкд) «Информационная культура» состоит из следующих элементов |
| Учебно-методический комплекс дисциплины специальность: 050706. 65 «Педагогика и психология» Настоящий учебно-методический комплекс дисциплины (умкд) «Психолого-педагогическая коррекция» для студентов 5-го заочного отделения... | | Учебно-методический комплекс дисциплины специальность : 040101. 65... Учебно-методический комплекс дисциплины (умкд) «Информатика» для студентов очной формы обучения по специальности 040101. 65 социальная... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины по выбору направление 050700. 62 «Педагогика» Настоящий учебно-методический комплекс дисциплины по выбору (умкд) «Психолого-педагогическая коррекция» для студентов 4-го курса... | | Генетика: азы для новичка Учебно-методический комплекс по дисциплине «Биохимия молока и мяса» составлен на основе |
 | Пояснительная записка Учебно-методический комплекс дисциплины (умкд)... Учебно-методический комплекс дисциплины составлен к п н., доцентом Грасс Т. П., д э н., профессором Е. В. Щербенко | | Учебно-методический комплекс «дисциплины» Учебно-методический комплекс «дисциплины» физическая культура составлен в соответствии с Государственным образовательным стандартом... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... | | Учебно-методический комплекс дисциплины по направлению подготовки... Учебно-методический комплекс дисциплины (умкд) «Основы экономических учений» состоит из следующих элементов |
| Учебно-методический комплекс дисциплины по направлению подготовки... Учебно-методический комплекс дисциплины (умкд) «Основы экономических учений» состоит из следующих элементов | | Пояснительная записка Учебно-методический комплекс дисциплины (умкд)... Учебно-методический комплекс дисциплины составлен к п н., доцентом Грасс Т. П., д э н., профессором Е. В. Щербенко |
