Комплекс дисциплины «Молекулярная генетика» образовательных профессиональных программ (опп)
| Вид материала | Учебно-методический комплекс |
- Комплекс дисциплины «Политология» образовательных профессиональных программ (опп), 389.81kb.
- Комплекс дисциплины «Отечественная история» образовательных профессиональных программ, 859.39kb.
- Разъяснения разработчикам основных профессиональных образовательных программ о порядке, 160.72kb.
- Рабочая программа генетика Код дисциплины по учебному плану опд ф. 6 для студентов, 274.5kb.
- Методические рекомендации по разработке программ профессиональных модулей основных, 132.31kb.
- Рабочая программа генетика и селекция Код дисциплины по учебному плану опд ф 1 для, 292.62kb.
- Отчет о результатах самообследования государственное бюджетное, 3291.04kb.
- Учебно-методический комплекс дисциплина: молекулярная биология и медицинская генетика, 3819.29kb.
- Рабочая программа дисциплины «молекулярная генетика» Код дисциплины по учебному плану, 112.43kb.
- Аннотация рабочей программы дисциплины молекулярная биология клетки цель дисциплины, 48.5kb.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА
УТВЕРЖДАЮ
проректор РХТУ
по учебной работе,
_____________Капустин Ю.И.
"______"_______________2007 г.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ
КОМПЛЕКС
дисциплины «Молекулярная генетика»
образовательных профессиональных программ (ОПП):
240900
Кафедра биотехнологии
Москва 2007
Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры
биотехнологии, протокол № ,
« » 2007 г.
Заведующий
кафедрой, д.т.н,
профессор __________________ В.И. Панфилов
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА
1. Цели и задачи дисциплины.
Дисциплина “Молекулярная генетика” относится к региональному (вузовскому) компоненту стандарта цикла дисциплин специализации ДС1 при подготовке дипломированных специалистов (инженер по специальности 240900 “Биотехнология”) и магистров по специальности химическая технология и биотехнология (специализации 550823 “Молекулярная и клеточная биотехнология”, 550822 “Промышленная биотехнология и биоинженерия”).
Молекулярная генетика – область знаний, сформировавшаяся в середине ХХ века на стыке таких наук как молекулярная биология, генетика, биохимия, микробиология, биология и эволюционная биология в результате необычайно стремительного научного прогресса в данных дисциплинах, фундаментальных открытий в области молекулярных основ наследственности и разработке методов манипуляции генетическим материалом. Молекулярная генетика – это увлекательнейшая область научных исследований, касающихся молекулярных механизмов процессов, лежащих в основе биологической жизни и передачи генетического материала в ходе полового и бесполого размножения микроорганизмов, растений и животных.
Актуальность введения данной дисциплины обусловлена тем, что молекулярная генетика является одной из наиболее стремительно развивающихся областей биологии, открывающей новые горизонты знания, что дает исключительные возможности для совершенствования и создания принципиально новых методов и технологий. Достижения молекулярной генетики позволили осуществить настоящий прорыв в молекулярной и клеточной биотехнологии, перевернув представление человека о сущности процессов реализации генетической информации и передачи наследственного материала дочерним клеткам или потомкам и вооружив его инструментами для направленного изменения генома и управления его функционированием.
Молекулярная генетика является фундаментальной биологической дисциплиной, которая, тем не менее, имеет решающее значение в прогрессе биотехнологии. Молекулярная генетика изучает теоретические основы и практические методы оперирования генетическим материалом, что имеет колоссальное прикладное значение, поскольку позволяет конструировать рекомбинантные молекулы ДНК и генномодифицированные организмы, совершенствуя штаммы-продуценты, а зачастую создавая новые уникальные технологии получения ценных продуктов.
Перед дисциплиной “Молекулярная генетика” стоит целый ряд важных задач. Дисциплина должна обеспечить будущим инженерам-биотехнологам и магистрам знание основных механизмов реализации и передачи генетического материала на молекулярном и клеточном уровнях, а также методы изменения генетического материала и конструирования трансгенных организмов с заданными свойствами.
Программа дисциплины “Молекулярная генетика” предназначена для очной формы обучения и подготовки дипломированных специалистов по специальности биотехнология и магистров по специальности химическая технология и биотехнология.
Дисциплина читается после освоения студентами программ по органической химии и химии биологически активных соединений, биофизической химии, биохимии, общей биологии и микробиологии, прикладной молекулярной биологии, теоретических основ биотехнологии, общей биотехнологии.
Проверка знаний по дисциплине “Молекулярная генетика” проводится на экзамене. На экзамен отводится время – 0,5 часа на одного студента.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Основная 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.
| Вид учебной работы | Всего часов |
| Общая трудоемкость дисциплины | 94 |
| Аудиторные занятия | 34 |
| Лекции | 34 |
| Практические занятия (ПЗ) | ---- |
| Семинары (С) | ---- |
| Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие виды аудиторных занятий | ---- |
| Самостоятельная работа | 51 |
| Курсовой проект (работа) | ---- |
| Расчетно-графические работы | ---- |
| Реферат и (или) другие виды самостоятельной работы | ---- |
| Вид итогового контроля (зачет, экзамен) | Экзамен 9 часов |
3. Распределение часов.
| Тема | Лекции | Пр. занятия | Самост. раб. |
| 1. Молекулярная биология ДНК – основа биотехнологии. | 1 | --- | 1 |
| 2. Основы генетической инженерии. | 5 | --- | 8 |
| 3. Структурная организация белковых молекул. | 6 | --- | 9 |
| 4. Методы выделения, очистки и анализа биологических макромолекул. | 2 | --- | 3 |
| 5. Методы установления и анализа структуры белковых молекул. | 2 | --- | 3 |
| 6. Современные проблемы белковой инженерии. | 2 | --- | 3 |
| 7. Молекулярная диагностика. | 2 | --- | 3 |
| 8. Внутриклеточная сигнализация. | 2 | --- | 3 |
| 9. Медицинская и этническая геномика. | 2 | --- | 3 |
| 10. Изотопно-меченые биологически активные соединения и биотехнология. | 1 | --- | 1 |
| 11. Дрожжи как объект современной молекулярной биологии и биотехнологии. | 3 | --- | 5 |
| 12. Трансгенные животные в биотехнологии. | 2 | --- | 3 |
| 13. Трансгенные растения в биотехнологии. | 2 | --- | 3 |
| 14. Биоинформатика в молекулярной генетике и биотехнологии. | 2 | --- | 3 |
| Всего 85 часов. | 34 | --- | 51 |
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.
5. Лабораторный практикум.
С целью практического ознакомления с методами исследований, использующимися в молекулярной генетике, а также наглядной демонстрации методов и возможностей генетической инженерии по конструированию рекомбинантных молекул ДНК и создания генномодифицированных организмов студентами в рамках курса “Молекулярная генетика” вне рамок утвержденного учебного плана может проводиться краткий лабораторный практикум по разделу курса основы генетической инженерии.
Практикум проводится на базе Института молекулярной генетики РАН, используя специализированные лаборатории с соответствующим оборудованием, материалами и принадлежностями.
Лабораторный практикум предусматривает проведение одной лабораторной работы “Получение трансгенного штамма E. coli с целлюлазной активностью”. Работа выполняется в три этапа на трех занятиях соответственно.
I. Этап 1 (первое занятие).
Трансформация клеток E. coli плазмидной ДНК, содержащей ген целлюлазы (контроль – плазмида без гена или исходный вектор).
Пересев на среду с КМЦ, инкубирование 12 ч, окраска Конго красным, позволяющая идентифицировать трансгенные клетки.
II. Этап 2 (второе занятие).
Выделение плазмидной ДНК.
Электрофорез плазмид, плазмидной ДНК, позволяющий сравнить размеры плазмиды, несущей ген с вектором.
Рестрикционный анализ плазмид, показывающий наличие фрагмента ДНК, соответствующего гену целлюлазы.
III. Этап 3 (третье занятие).
Выделение хромосомной ДНК из бактерий с последующей рестрикцией.
На выполнение каждого этапа работы отводится по 4 часа. Во временных промежутках между занятиями (этапами) должна обеспечиваться сохранность материалов и результатов работы, за чем следят лаборанты с соответствующей квалификацией.
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
6.1. Рекомендуемая литература.
1. Щелкунов С.А. Генетическая инженерия. Новосибирск: Изд. Сибирское университетское издательство, 2004. – 496 с.
2. Степанов В.М. Структура и функции белков. – М.: Высшая школа. 1996. – 335с.
3. Скоупс Р. Методы очистки белков. – М.: Мир, 1985. – 358 с.
4. Остерман Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. Электрофорез и ультрацентрифугирование. – М.: Наука, 1981. – 288 с.
5. Остерман Л.А. Хроматография белков и нуклеиновых. кислот. – М.: Наука, 1985. – 536 с.
6. Практическая химия белка. / Под ред. А. Дарбре. – М.: Мир, 1989. – 623 с.
7. Долгих Д.А., Кирпичников М.П., Птицын О.Б., Федоров А.Н., Финкельштейн А.В. Черемис В.В. Белок de novo с заданной пространственной структурой: новые подходы к конструированию и анализу. – Молекулярная биология, 1992, т. 26, № 6, с. 1242-1250.
8. Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия. – М.: Мир, 2000. – 469 с.
9. Branden С., J. Tooze. Introduction to protein structure (Second Edition). – Garland Publishing, 1999.
10. Баранов B.C., Баранова Е.В., Иващенко Т.Э., Асеев М.В. Геном человека и гены «предрасположенности». - СПб., Интермедика, 2000.
11. Биология развития млекопитающих. Методы. Ред. М. Манк. – М.: Мир, 1990.
12. Бочков Н.П. Клиническая генетика. – М., ГЭОТАР-МЕД, 2001.
13. Газарян К.Г., Тарантул В.3. Геном эукариот. – М.: МГУ, 1983.
14. Гвоздев В.А. Подвижная ДНК эукариот. Часть 1. Структура, механизмы перемещения и роль подвижных элементов в поддержании целостности хромосом. – Соровский образовательный журнал, 1998, № 8, с. 8-14; 15-21.
15. Гвоздев В.А. Регуляция активности генов, обусловленная химической модификацией (метилированием) ДНК. – Соросовский образовательный журнал, 1999, N.10, с. 11-17.
16. Генная терапия – медицине будущего, обзорные материалы. – М.: ВИНИТИ РАН, 2000.
17. Генофонд и геногеография народонаселения: В 5 т. (Ин-т общ. генетики им. Н.И. Вавилова; МГУ им. М.В. Ломоносова). – СПб., Наука, 2001.
18. Гершензон С.М., Т.И. Бужиевская Т.И. Евгеника: 100 лет спустя. – Человек, 1996, №1.
19. Гильберт С. Биология развития (в трех томах). – М.: Мир, 1995.
20. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. – М.: Мир, 2002.
21. Голубовский М. Геном человека и соблазны детерминизма. – Вестник, 2001, N6.
22. Докинз Р. Эгоистичный ген. – М.: Мир, 1993.
23. Дубинин Н.П. Общая генетика. – Кишенев, Штиинца, 1985.
24. Дымшиц Г.М. Сюрпризы митохондриального генома. – Природа, 2002, N 6, с.54-61.
25. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. – Из-во Новосиб. Университета, 2002.
26. Зеленин А.В. Генная терапия на границе третьего тысячелетия. – Вестник Российской академии наук, 2001, т. 71, №5, 387-395.
27. Киселев Л.Л. Геном человека и биология XXI века. – Вестник Российской академии наук, 2000, т. 70, № 5, 412-424.
28. Корочкин Л.И. Онтогенез, эволюция и гены. – Природа, 2002, N7.
29. Корочкин Л.И. Введение в генетику развития. – М., 1999.
30. Лимборская С.А., Хуснутдинова Э.К., Балановская Е.В. Этногеномика и геногеография народов Восточной Европы. – М.: Наука, 2002.
31. Пальцев М.А. Молекулярная медицина и прогресс фундаментальных наук. – Вестник Российской академии наук, 2002, т. 72, № 1,с. 13-21.
32. Патрушев Л.И. Экспрессия генов. – М.: Мир, 2000.
33. Проблемы и перспективы молекулярной генетики (сборник трудов ИМГ РАН). – М.: Наука, 2002.
34. Рогаев Е.И., Боринская С.А. Гены и поведение. – Химия и жизнь, 2000, N3, 20-25.
35. Свердлов Е.Д. Френсис Крик в его прогнозе на 2000 год был почти абсолютно прав. – Биоорганическая химия, 2000, т. 26. № 10, с.761-766.
36. Серов О.Л. Перенос генов в соматические и половые клетки. – Новосибирск, Изд. "Наука", 1985 г.
37. Скулачев В.П. Старение организма – частный случай феноптоза. – Соросовский образовательный журнал, 2001, N 10, с. 7-11.
38. Сойфер В.Н. Международный проект "Геном человека". – Соровский образовательный журнал, 1998, N 12, с.4-11.
39. Спирин А.С. Современная биология и биологическая безопасность. – Человек, 1998, №5.
40. Тарантул В.З. Геном человека. – М. Языки славянской культуры, 2003, 400 с.
41. Угрюмов М.В, Ермаков А.С., Попов А.П., Жданов Р.И. Генная и генноклеточная терапия и нейродегенеративные заболевания. – Вопросы медицинской химии, 2000, N 3.
42. Франк-Каменецкий М.Д. Самая главная молекула. – Библиотечка "Квант", вып. 25, Наука, 1983.
43. Хесин Р.Б. Непостоянство генома. – М.: Наука, 1984.
44. Чемерис А.В., Ахунов Э.Д., Вахитов В.А. Секвенирование ДНК. – М.: Наука, 1999.
45. Benner S.A., Trabesinger N., Schreiber D. Post-genomic science: Converting primary structure into physiological function. – Adv. Enzyme Regul., 1998, 38, p.155-180.
46. Transgenic Animals. – Harwood Academic Publishers, 1997.
6.2. Демонстрационные плакаты и модели.
Для наглядного представления строения клетки, клеточных органелл, структуры молекул ДНК, РНК и белков, а также образования и функционирования различных молекулярных комплексов необходимо использовать соответствующие модели. Основные механизмы передачи, изменения, восстановления и реализации генетической информации должны быть представлены на настенных плакатах или с использованием демонстрационных средств в формате Microsoft PowerPoint.
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
При изучении дисциплины “Молекулярная генетика” для наглядного объяснения молекулярных механизмов процессов, протекающих в клетке с участием ДНК, РНК, белков, низкомолекулярных соединений, методологии создания банков генов, конструирования рекомбинантных и трансгенных организмов, сайт-направленного мутагенеза, методов молекулярной диагностики и других разделов курса желательно использовать современные технические средства обучения (ТСО): персональный компьютер с соответствующим программным обеспечением, проектор, экран для проецирования изображения.
Лабораторный практикум проводится в профильной лаборатории молекулярной генетики на базе Института Молекулярной генетики РАН или на профильной кафедре вуза. Лаборатория должна быть оборудована в соответствии с задачами проводимой практической работы, требованиями условий охраны труда и осуществления техники безопасности при работе в лаборатории.
8. Методические рекомендации
по организации изучения дисциплины.
При выполнении домашних заданий студент должен использовать основную и дополнительную литературу по курсу, а также активно пользоваться научной литературой, патентной документацией, электронными поисковыми системами, базами данных и Интернет-ресурсами.
Проведение лекций по курсу “Молекулярная генетика” рекомендуется в учебных потоках, состоящих не более чем из 2 учебных групп.
При изучении дисциплины “Молекулярная генетика” в течение семестра должны проводиться контрольные работы, число и содержание которых определяются рабочими программами. На проверку каждой контрольной работы преподавателю выделяется время из расчета 0,2 часа на одного студента.
Для проведения консультаций и переэкзаменовок выделяется 20 % от общего объема часов.
Положение
о рейтинговом контроле знаний.
Курс “Молекулярная генетика” состоит из материала теоретического и прикладного характера, который излагается на лекциях, практически осуществляется при проведении лабораторных работ, а также частично выносится на самостоятельное изучение дома и в научно-информационных центрах.
Курс завершается экзаменом по 3-х бальной системе ("удовлетворительно", "хорошо", "отлично"), сопровождаемым рейтинговыми баллами от 55 до 100.
Суммарный рейтинговый балл составляется из баллов, полученных за три промежуточных этапа, оканчивающихся на 5, 11 и 16 неделях контрольными работами (максимально 60), и баллов, полученных на экзамене (максимально 40).
Если студент в течение семестра при условии выполнения всех контрольных работ получил 35 баллов и выше, то он автоматически допускается к экзамену. Студент, не выполнивший хотя бы одну работу, к экзамену не допускается. В случае 20-34 баллов ведущий преподаватель проводит со студентом собеседование и может добавить баллы, но суммарное количество баллов не может превышать 35. Если студент в течение семестра получил менее 20 баллов, то он к экзамену не допускается.
Студенты, получившие в семестре 55 баллов и более, могут не сдавать экзамен. При этом студенты, имеющие 55-58 баллов, получают дополнительно 10 премиальных баллов и оценку "удовлетворительно", а студенты, имеющие 59-60 баллов, получают дополнительно 20 премиальных баллов и оценку "хорошо".
При вынесении семестровой оценки экзаменатор суммирует баллы трех промежуточных этапов (до 60) и баллы, полученные при опросе на экзамене (от 20 до 40), и на основании полученного результата определяет суммарный рейтинговый балл по курсу за семестр и итоговую оценку по следующей шкале: от 0 до 54 баллов - оценка не выставляется (0 баллов); от 55 до 69 баллов - "удовлетворительно"; от 70 до 84 баллов - "хорошо"; от 85 до 100 баллов - "отлично". Если студент на экзамене получил менее 20 баллов, то экзамен считается несданным.
Педагогические измерительные материалы.
Задания на контрольные работы.
Рейтинг № 1.
1. Предмет, задачи и методы молекулярной генетики.
2. Экспериментальные доказательства генетической функции ДНК.
3. Химическое строение молекулы ДНК. Структура ДНК.
4. Конформации ДНК (А, В и Z-формы). Нуклеотидный состав ДНК и конформации ДНК.
5. Пространственное строение ДНК. Большая и малые бороздки ДНК. Узнавание ДНК белками в малой и большой бороздке.
6. Подвижность структуры ДНК. Свехспирализация. Неканонические структуры ДНК. Изгибы в ДНК (упаковка ДНК и регуляция транскрипции). Топоизомеры. Топоизомеразы.
7. Полуконсервативная репликация ДНК. Механизм репликации.
8. Вилка репликации ДНК. Регуляция репликации ДНК у бактерий. Понятие о репликоне и репликаторе.
9. Репликация у эукариот. Полирепликонное строение хромосомы.
10. Клеточный цикл эукариотической клетки. Теломераза и репликация ДНК у эукариот.
11. Методы конструирования гибридных молекул ДНК in vitro.
12. Векторные молекулы ДНК.
13. Векторы для генетического клонирования – особенности их молекулярной организации.
14. Типы генетических библиотек. Анализ генетических библиотек.
15. Векторы для экспрессии генов – особенности их молекулярной организации. Экспрессия и повышенная продукция рекомбинантных белков в микробных клетках.
16. Микроорганизмы, используемые в генетической инженерии. Взаимосвязи вектор-хозяин.
17. Методы определения нуклеотидной последовательности ДНК.
18. Методы сайт-направленного мутагенеза.
Рейтинг № 2.
1. Уровни структурной организации белковых молекул.
2. Первичная структура белка. Аминокислоты, как элементы пептидной цепи.
3. Структура и особенности пептидной связи, cis и trans изомеры, изомеры с участием пролина.
4. Конформационная подвижность пептидной цепи. Карта Рамачандрана.
5. Регулярные вторичные структуры. Особенности их организации.
6. Третичная структура белковой молекулы. Роль вторичных структур в формировании доменов и глобулы.
7. Мотивы в белковых структурах. Классификация пространственных структур белков. Формирование белками пространственной структуры.
8. Кинетические и термодинамические аспекты фолдинга. Интермедиаты фолдинга и энергетические барьеры. Шаперон-зависимый и про-зависимый фолдинг.
9. Методы выделения, очистки и анализа биологических макромолекул. Осаждение, диализ, ультрафильтрация.
10. Методы выделения, очистки и анализа биологических макромолекул. Ультрацентрифугирование.
11. Методы выделения, очистки и анализа биологических макромолекул. Хроматографические методы разделения веществ. Общие закономерности. Хроматографические материалы.
12. Хроматографические методы разделения веществ. Адсорбционная, распределительная хроматография.
13. Хроматографические методы разделения веществ. Обращенно-фазовая, гель-проникающая, ионообменная и биоспецифическая хроматография.
14. Электромиграционные методы разделения веществ. Зональный электрофорез.
15. Электромиграционные методы разделения веществ. Стационарный электрофорез.
16. Электромиграционные методы разделения веществ. Капиллярный электрофорез.
17. Электромиграционные методы разделения веществ. Электрофорез белков и нуклеиновых кислот.
18. Методы установления и анализа структуры белковых молекул. Методы установления первичной структуры белков.
19. Методы установления и анализа структуры белковых молекул. Методы установления пространственной структуры: спектроскопия ЯМР и рентгеноструктурный анализ.
20. Методы установления и анализа структуры белковых молекул. Методы анализа первичных структур.
21. Методы установления и анализа структуры белковых молекул. Методы анализа пространственных структур. Молекулярное моделирование.
Рейтинг № 3.
1. Молекулярная диагностика. Полимеразная цепная реакция: методы амплификации нуклеиновых кислот, компоненты и условия проведения полимеразой цепной реакции, методы анализа продуктов амплификации, микрочипы.
2. Молекулярная диагностика. Технологии, основанные на индикации белков и других биомолекул. Иммуноферментый анализ.
3. Внутриклеточная сигнализация. Пути передачи информации в эукариотических клетках. Рецепторы на поверхности эукариотических клеток.
4. Внутриклеточная сигнализация. Краткая характеристика различных типов рецепторов. G-белки. Вторичные мессенджеры. Система протеинкиназ.
5. Регуляция экспрессии генов. Иерархия регуляции.
6. Регуляция экспрессии генов. Факторы транскрипции.
7. Регуляция экспрессии генов. Протоонкогены (мембранные, ядерные и цитоплазматические). Роль протоонкогенов в развитии.
8. Факторы роста, краткая характеристика. Молекулярная биология и функции фактора роста нервов в качестве примера. Регуляторные пептиды в качестве регуляторов функций эукариотических клеток.
9. Медицинская и этническая геномика. Геном человека, основные черты организации.
10. Медицинская и этническая геномика. Принципы картирования генов наследственных болезней.
11. Генная и клеточная терапии. Динамические мутации, экспансии триплетных повторов.
12. Биогенные элементы (азот, кислород, водород, углерод, сера, фосфор), их изотопы. Наиболее распространенные изотопы для получения меченых биологически важных соединений, их основные характеристики.
13. Основные методы синтеза изотопно-меченых соединений и используемое для этого исходное изотопное сырье.
14. Радиоактивные изотопы и основные характеристики меченого соединения.
15. Соединения, меченные углеродом-14 и тритием. Соединения, меченные тритием и основные способы их синтеза.
16. Структура генома дрожжей с точки зрения эукариотической организации наследственного аппарата и процессирования белков.
17. Генная инженерия дрожжей: типы рекомбинантных векторов для клонирования и переноса генетический информации (эписомные, интегративные, репликативные).
18. Искусственные хромосомы дрожжей.
19. Общие понятия о трансгенах и трансгенных организмах.
20. Трансгенные животные в биотехнологии. Методы получения трансгенных животных.
21. Трансгенные животные в биотехнологии. Структура трансгенов. Механизмы трансгеноза.
22. Трансгеноз и клонирование животных. Трансгенные животные как биореакторы. Сельскохозяйственные трансгенные животные.
23. Трансгенные растения в биотехнологии. Плазмиды агробактерий и перенос Т-ДНК растений (неоплазия у растений, структуры Ti-плазмид).
24. Трансгенные растения в биотехнологии. Ri -плазмиды A. rhizogenes (характеритика опухолей, образование дифференцированной ткани).
25. Векторы генетической инженерии растений: векторы на основе Ti-плазмид, векторы на основе хлоропластной и митохондриальной ДНК, транспозируемых элементов растений, вирусов растений, вирионной РНК.
26. Экспрессия генов в растениях. Процессинг мРНК, проблемы гетерологичной экспрессии.
27. Биоинформатика в молекулярной генетике и биотехнологии. Кодирование наследственной информации.
28. Информационный анализ последовательностей нуклеиновых кислот и белков.
Экзаминационный билет
Экзаменационный билет состоит из трех теоретических вопросов. Ответы на каждый из вопросов оцениваются до 10 баллов. Кроме того, экзаменатор оценивает ответы на дополнительные вопросы (до 10 баллов). Всего на экзамене можно получить до 40 баллов.
Перечень вопросов экзаменационных билетов.
1. Предмет, задачи и методы молекулярной генетики.
2. Экспериментальные доказательства генетической функции ДНК.
3. Химическое строение молекулы ДНК. Структура ДНК.
4. Конформации ДНК (А, В и Z-формы). Нуклеотидный состав ДНК и конформации ДНК.
5. Пространственное строение ДНК. Большая и малые бороздки ДНК. Узнавание ДНК белками в малой и большой бороздке.
6. Подвижность структуры ДНК. Свехспирализация. Неканонические структуры ДНК. Изгибы в ДНК (упаковка ДНК и регуляция транскрипции). Топоизомеры. Топоизомеразы.
7. Полуконсервативная репликация ДНК. Механизм репликации.
8. Вилка репликации ДНК. Регуляция репликации ДНК у бактерий. Понятие о репликоне и репликаторе.
9. Репликация у эукариот. Полирепликонное строение хромосомы.
10. Клеточный цикл эукариотической клетки. Теломераза и репликация ДНК у эукариот.
11. Методы конструирования гибридных молекул ДНК in vitro.
12. Векторные молекулы ДНК.
13. Векторы для генетического клонирования – особенности их молекулярной организации.
14. Типы генетических библиотек. Анализ генетических библиотек.
15. Векторы для экспрессии генов – особенности их молекулярной организации. Экспрессия и повышенная продукция рекомбинантных белков в микробных клетках.
16. Микроорганизмы, используемые в генетической инженерии. Взаимосвязи вектор-хозяин.
17. Методы определения нуклеотидной последовательности ДНК.
18. Методы сайт-направленного мутагенеза.
19. Уровни структурной организации белковых молекул.
20. Первичная структура белка. Аминокислоты, как элементы пептидной цепи.
21. Структура и особенности пептидной связи, cis и trans изомеры, изомеры с участием пролина.
22. Конформационная подвижность пептидной цепи. Карта Рамачандрана.
23. Регулярные вторичные структуры. Особенности их организации.
24. Третичная структура белковой молекулы. Роль вторичных структур в формировании доменов и глобулы.
25. Мотивы в белковых структурах. Классификация пространственных структур белков. Формирование белками пространственной структуры.
26. Кинетические и термодинамические аспекты фолдинга. Интермедиаты фолдинга и энергетические барьеры. Шаперон-зависимый и про-зависимый фолдинг.
27. Методы выделения, очистки и анализа биологических макромолекул. Осаждение, диализ, ультрафильтрация.
28. Методы выделения, очистки и анализа биологических макромолекул. Ультрацентрифугирование.
29. Методы выделения, очистки и анализа биологических макромолекул. Хроматографические методы разделения веществ. Общие закономерности. Хроматографические материалы.
30. Хроматографические методы разделения веществ. Адсорбционная, распределительная хроматография.
31. Хроматографические методы разделения веществ. Обращенно-фазовая, гель-проникающая, ионообменная и биоспецифическая хроматография.
32. Электромиграционные методы разделения веществ. Зональный электрофорез.
33. Электромиграционные методы разделения веществ. Стационарный электрофорез.
34. Электромиграционные методы разделения веществ. Капиллярный электрофорез.
35. Электромиграционные методы разделения веществ. Электрофорез белков и нуклеиновых кислот.
36. Методы установления и анализа структуры белковых молекул. Методы установления первичной структуры белков.
37. Методы установления и анализа структуры белковых молекул. Методы установления пространственной структуры: спектроскопия ЯМР и рентгеноструктурный анализ.
38. Методы установления и анализа структуры белковых молекул. Методы анализа первичных структур.
39. Методы установления и анализа структуры белковых молекул. Методы анализа пространственных структур. Молекулярное моделирование.
40. Молекулярная диагностика. Полимеразная цепная реакция: методы амплификации нуклеиновых кислот, компоненты и условия проведения полимеразой цепной реакции, методы анализа продуктов амплификации, микрочипы.
41. Молекулярная диагностика. Технологии, основанные на индикации белков и других биомолекул. Иммуноферментый анализ.
42. Внутриклеточная сигнализация. Пути передачи информации в эукариотических клетках. Рецепторы на поверхности эукариотических клеток.
43. Внутриклеточная сигнализация. Краткая характеристика различных типов рецепторов. G-белки. Вторичные мессенджеры. Система протеинкиназ.
44. Регуляция экспрессии генов. Иерархия регуляции.
45. Регуляция экспрессии генов. Факторы транскрипции.
46. Регуляция экспрессии генов. Протоонкогены (мембранные, ядерные и цитоплазматические). Роль протоонкогенов в развитии. Антионкогены.
47. Факторы роста, краткая характеристика. Молекулярная биология и функции фактора роста нервов в качестве примера. Регуляторные пептиды в качестве регуляторов функций эукариотических клеток.
48. Медицинская и этническая геномика. Геном человека, основные черты организации.
49. Медицинская и этническая геномика. Принципы картирования генов наследственных болезней.
50. Генная и клеточная терапии. Динамические мутации, экспансии триплетных повторов.
51. Биогенные элементы (азот, кислород, водород, углерод, сера, фосфор), их изотопы. Наиболее распространенные изотопы для получения меченых биологически важных соединений, их основные характеристики.
52. Основные методы синтеза изотопно-меченых соединений и используемое для этого исходное изотопное сырье.
53. Радиоактивные изотопы и основные характеристики меченого соединения.
54. Соединения, меченные углеродом-14 и тритием. Соединения, меченные тритием и основные способы их синтеза.
55. Структура генома дрожжей с точки зрения эукариотической организации наследственного аппарата и процессирования белков.
56. Генная инженерия дрожжей: типы рекомбинантных векторов для клонирования и переноса генетический информации (эписомные, интегративные, репликативные).
57. Искусственные хромосомы дрожжей.
58. Общие понятия о трансгенах и трансгенных организмах.
59. Трансгенные животные в биотехнологии. Методы получения трансгенных животных. Генный таргетинг и эмбриональные стволовые клетки.
60. Трансгенные животные в биотехнологии. Структура трансгенов. Механизмы трансгеноза.
61. Трансгеноз и клонирование животных. Трансгенные животные как биореакторы. Сельскохозяйственные трансгенные животные.
62. Трансгенные растения в биотехнологии. Плазмиды агробактерий и перенос Т-ДНК растений (неоплазия у растений, структуры Ti-плазмид).
63. Трансгенные растения в биотехнологии. Ri -плазмиды A. rhizogenes (характеритика опухолей, образование дифференцированной ткани).
64. Векторы генетической инженерии растений: векторы на основе Ti-плазмид, векторы на основе хлоропластной и митохондриальной ДНК, транспозируемых элементов растений, вирусов растений, вирионной РНК.
65. Экспрессия генов в растениях. Процессинг мРНК, проблемы гетерологичной экспрессии.
66. Биоинформатика в молекулярной генетике и биотехнологии. Кодирование наследственной информации.
67. Информационный анализ последовательностей нуклеиновых кислот и белков.
Методические рекомендации преподавателям.
Организация самостоятельной работы студентов должна быть направлена на максимальное развитие у них навыков использования специальной литературы, в том числе и электронных баз данных российских и зарубежных библиотек, а также патентной документации и ведущих научных журналов молекулярно-биологической направленности.
Экзаменационные билеты и вопросы контрольных работ раздаются студентам в случайном порядке без предварительного ознакомления с содержанием конкретного билета. При выставлении баллов за контрольные работы и экзамен должны учитываться соответствие ответа вопросу, правильность ответа, его конкретность, точность, краткость.