Молекулярная биология - Российско

ГОУ ВПО РОССИЙСКО-АРМЯНСКИЙ (СЛАВЯНСКИЙ) УНИВЕРСИТЕТ
Составлен
в
соответствии
с
государственными требованиями к минимуму
содержания
и
уровню
подготовки
выпускников по указанным направлениям и
Положением «Об УМКД РАУ».
УТВЕРЖДАЮ:
Ректор А.Р. Дарбинян
“___”_____________ 20__ г.
Институт: Институт математики и высоких технологий
Кафедра: Медицинская биохимия и биотехнология
Автор(ы):
д.б.н., профессор Бояджян А.С.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
Дисциплина:
Специальность:
Молекулярная биология
060601.65 Медицинская биохимия
ЕРЕВАН
1. Аннотация
В курсе рассматриваются структурная организация ДНК, РНК, основные
закономерности их компактизации, синтеза, модификаций, сплайсинга и процессинга. Курс
рассчитан на формирование у студентов необходимых теоретических и практических
знаний, которые необходимы для их дальнейшего эффективного обучения.
2. Требования к исходным уровням знаний и умений студентов:
Օбщенаучные представления и терминология в рамках университетского и
академического курса, на основе остаточных знаний интерес к научно-популярной
литературе и научно-практическим знаниям в области биологии, физики и химии, владение
основными средствами устной, письменной, невербальной и технически опосредованной
коммуникации, склонность к аналитическим разборам, обсуждениям, поисковая
направленность и творческая инициатива в постановке и решении проблем.
3. Учебная программа
3.1 Цель и задачи дисциплины
• Цель дисциплины:
1. Формировние фундаментальных знаний о первичной, вторичной, третичной и
структурах высших порядков ДНК, РНК и белков, наследуемых и ненаследуемых
модификациях. Формирование фундаментальных знаний о принципах репликации
ДНК у прокариот и эукариот, транскрипции и трансляции, молекулярных механизмах
регуляции этих процессов, комплексного понимания и моделирования
взаимодействия фундаментальных клеточных процессов .
1. Задачи дисциплины:
1. изложить основные принципы структурной организации ДНК, РНК и белка,
стабилизации их структуры;
2. рассмотреть механизмы модификаций ДНК, РНК и белков в норме и в патологиях;
репликации и репарации ДНК у прокариот и эукариот, транскрипции и трансляции,
молекулярных механизмах регуляции этих процессов,
3. проводить лекционные, практические и демонстрационные занятия для студентов с целью
углубленного изучения .
3.2 Требования к уровню освоения содержания дисциплины
После прохождения дисциплины студент должен:
знать:
историю, общие концепции и методологические принципы молекулярной и клеточной
биологии;
концепцию структурной иерархии и принципы молекулярной организации клетки;
структурную организацию и молекулярную динамику клеточных мембран;
структуру ДНК, РНК, белков, хроматина, молекулярные механизмы репликации,
репарации и рекомбинации ДНК;
механизмы транскрипции и регуляции экспрессии генов;
свойства генетического кода и современные сведения о механизме трансляции;
организацию и молекулярные механизмы функционирования цитоскелета;
механизмы межклеточных коммуникаций, современные сведения об основных
сигнальных путях, обеспечивающих управление репродукцией и дифференцировкой клеток.
уметь:
применять теоретические знания при планировании и проведении собственных
научных исследований, а также при решении образовательно-педагогических и прикладных
задач;
2
применять при планировании и проведении собственных исследований базовые
методологические принципы молекулярной и клеточной биологии.
владеть:
навыками работы с учебными пособиями, монографиями и периодическими
научными изданиями;
методологическими приемами организации и планирования экспериментальной
деятельности с применением арсенала методов молекулярной и клеточной биологии.
3.3 Трудоемкость дисциплины и виды учебной работы (в академических часах и
кредитах)
Виды учебной работы
1
1. Общая трудоемкость изучения
дисциплины по семестрам , в т. ч.:
1.1. Аудиторные занятия, в т. ч.:
1.1.1.Лекции
1.1.2. Практические занятия
тренингового типа, в т. ч.
1.1.2.1. Обсуждение
прикладных проектов
(с защитой тезисов)
1.1.2.2. Кейсы (анализ
практич.ситуаций)
1.1.2.3. Деловые игры,
тренинги (а также
ролевые игры,
имитация ситуаций)
1.1.3.Семинары (а также
групповые обсуждения)
1.1.4.Лабораторные работы
(практическ.эксперименты,
демонстрац.опыты)
1.2. Самостоятельная работа
2. Консультации
3. Письменные домашние задания
4. Контрольные работы
5. Курсовые работы
6. Эссе и рефераты
7. Расчетно-графические работы
8. Другие методы и формы занятий **
9. Форма текущего контроля:
Устный опрос на семинаре и
тестирование умений
10.Форма промежуточного контроля: 2
письменных контрольных по темам
11.Форма итогового контроля: Зачет
по суммарным результатам (баллы)
Всего
часов
2
360
_9_
сем.
3
360
216
108
108
216
108
108
108
108
Конт.р- Конт.р
та
-та
экз
3
Количество часов по семестрам
___
___
___
___
___
сем
сем.
сем.
сем. сем.
4
5
6
7
8
___
сем.
9
___
сем.
10
3.4. Содержание дисциплины:
3.4.1. Разделы дисциплины с указанием видов занятий (лекции, семинарские и
практические занятий, лабораторные работы) и их трудоёмкость в академических
часах и кредитах:
Разделы и темы дисциплины
Всего
часов
Лекции,
часов
1
Введение. А- и В-формы нуклеиновых
кислот, Z-ДНК, H-ДНК. Строение
нуклеотидов Структура нуклеиновых
кислот.
Вторичная структура нуклеиновых кислот.
Методы определения вторичной структуры
РНК. Топология ДНК.
Термодинамический подход.
2. Вилка репликации у про- и эукариот .
Разнообразие ДНК-зависимых-ДНКполимераз про- и эукариот и их функции. .
Инициация и контроль репликации
Общие понятия. Репликация хромосомы
E. coli. Репликация у эукариот.
Типы повреждений ДНК. Особенности
репарации неспаренных оснований
эукариот.
Теломераза, структура, функции роль в
сохранении стабильности хроматина.
Первый промежуточный контроль
Инициация и регуляция транскрипции у
прокариот. РНК-полимераза. Регуляция
транскрипции. Элонгация и терминация
транскрипции у прокариот. Элонгация
транскрипции.
Семейства белков-регуляторов
транскрипции у эукариот.
Пост-транскрипционные изменения у
эукариот. Сплайсинг мРНК Интроны,
экзоны. Мозаичная структура гена.
Альтернативный сплайсинг мРНК
Созревание транскрипта. тРНК
.Трансляция
ИТОГО
36
18
Практ.
занятия,
часов
Семинары,
часов
Лабор.,
часов
Другие
виды
занятий,
часов
18
2
6
4
2
4
6
2
6
4
2
4
6
2
6
4
2
2
2
2
2
2
2
36
24
3.4.2. Содержание разделов и тем дисциплины:
1.
Структура нуклеиновых кислот.
История открытия нуклеина, нуклеиновых кислот, азотистых оснований. Отличие РНК от
ДНК (химическая структура и конформация). Отличие РНК от ДНК (химическая структура и
конформация). Строение нуклеотидов. Конформации фуранозного кольца и гликозидной
связи. Фосфодиэфирная связь. Химические формулы оснований. Химические модификации
4
оснований (метилирование, гликозилирование, 5-оксиметилцитозин). Метилирование 2’гидроксила рибозы. Псевдоуридин. А- и В-формы нуклеиновых кислот, уотсонкриковские пары, параметры спиралей. Стэкинг-взаимодействия. Кооперативность
взаимодействия между цепочками ДНК. Большая и малая бороздки. Специфические
взаимодействия ДНК с белками. Z-ДНК, параметры спирали, особенности
последовательности. Роль Z-ДНК в процессе редактирования РНК. Образование Z-ДНК, как
следствие отрицательной сверхспирализации. Неканонические взаимодействия. Тройки
оснований и квадруплексы. H-ДНК.
Хугстиновские и обратные хугстиновские взаимодействия, тройные спирали ДНК.
Особенности последовательностей ДНК, образующих Н-форму. Топология участков ДНК с
Н-формой. Инициация рекомбинации на участках Н-ДНК. TFO в терапии. G-квадруплексы.
Топология внутримолекулярных и межмолекулярных квадруплексов. G-квадруплексы в
теломерах.
2.
Вторичная структура нуклеиновых кислот.
Элементы вторичной структуры: шпильки, симметричные и асимметричные
выпетливания, соединения трех и более спиралей. Третичные взаимодействия. Псевдоузлы.
Канонические (уотсон-криковские) и неканонические («воббл» и другие) нуклетидные пары.
Пары, соответствующие параллельной и антипараллельной ориентации цепей РНК.
Четырехнуклеотидные петли (tetraloop) и их рецепторы. Slipped strands, особенности
последовательностей. Механизм увеличения числа тандемных повторов, значение для
патологии.
Стабилизация струкуры ДНК: водородные связи, Ван-дер-Ваальсовы
(ориентационные, индукционные, дисперсионные) и стекинг взаимодействия
Методы определения вторичной структуры РНК. Термодинамический подход.
Химическая модификация. Ковариационный анализ. Третичная (пространственная)
структура РНК. Коаксиальный стекинг. Топология ДНК. Число витков, как топологический
инвариант. Отрицательная и положительная сверхспирализация. Роль отрицательной
сверхспирализации в плавлении ДНК и образовании неканонических структур.
Топологические проблемы репликации, катенаны. Роль топоизомераз в репликации.
Топоизомеразы первого и второго типа.
3.
Вилка репликации у про- и эукариот
Химия репликации. Проверка корректности пришиваемого нуклеотида.
Полуконсервативность репликации. Опыт, доказывающий полуконсервативный
механизм(15N, 14N). Вилка репликации. Лидирующая и отстающая цепь. Фрагменты
Оказаки. Ферменты: полимераза, праймаза, лигаза, хеликаза, топоизомераза. ssb-белки.
Разнообразие ДНК-зависимых-ДНК-полимераз про- и эукариот и их функции (кратко).
Полимеразы, принимающие участие в репликации (про-, эу-). Роль Pol I и Pol III в
репликации прокариот. 5'-3' и 3'-5' экзонуклеазные активности. Удаление затравки
(праймера) у про- и эукариот. Субъединичная структура Pol III прокариот, функции
отдельных субъединиц. Кор- и холофермент. Процессивность ДНК-полимераз. Состав
реплисомы. Зажим (sliding clamp) и грузчик (clamp loader). Координация синтеза ДНК:
модель "тромбона", реплисома. Инициация и контроль репликации. Общие понятия.
Однонаправленная и двунаправленная репликация. Ориджин репликации. Сайт терминации
репликации. Репликон. Репликация хромосомы E. coli. Особенности строения OriC: DnaAсайты, АT-повторы, GATC-последовательности, сайты связывания архитектурных белков.
Роль белка DnaA в инициации репликации: связывание с OriC, привлечение белков
репликативной вилки (DnaB, DnaC, DnaG). Трехсайтовая модель движения геликазы вдоль
ДНК. Роль хеликазы в клеточных процессах.
1.
Роль архитектурных белков (HNS, Fis, IHF) в инициации репликации. Контроль
частоты раундов репликации: роль метилирования ДНК, роль GATC-сайтов. Терминация
репликации: образование катенанов и кольцевых димеров. Роль топоизомераз класса II и
5
белкового комплекса XerCD. Репликация плазмид. Инициация репликации плазмиды
ColE1. Роль РНКII в инициации репликации. Альтернативные структуры РНКII, влияние
РНКI в выборе структуры РНКII. Различия в репликации плазмид и хромосом:
сопряженность репликации хромосом с клеточным циклом. Репликация у эукариот.
Особенности репликации ДНК у эукариот. Множественность ориджинов. Ориджины
Saccaromyces cerevisiae: понятие об ARS (autonomously replicating sequence) и ORC (originrecognition complex). ДНК-полимеразы эукариот. Структура и роль ДНК-полимеразы- α.
4. Репарация ДНК
Типы повреждений ДНК и вызываемые ими мутации. 3'-5' экзонуклеазная
(proofreading) активность полимераз. Прямая репарация: фотореактивация тиминовых
димеров, удаление метильной группы с O6mG. Однонитевые разрывы, лигаза. Репарация
неспаренных оснований (mismatch repair). Роль белков MutS, MutL и MutH, 3'-5' и 3'-5'
экзонуклеаз, хеликазы и Pol III в репарации неспаренных оснований в E.coli. Механизм
обнаружения поврежденной цепи у E.coli. Типы повреждений, репарируемые с помощью
BER. Роль гликозилазы, pol I (прокариоты)/pol beta (эукариоты), АП-эндонуклеазы и лигазы.
Эксцизионная репарация нуклеолидов (NER) и типы репарируемых повреждений.
Распознавание повреждения. Белки UrvA, UrvB и UrvC. Pol I и лигаза. Понятие о репарации,
сопряженной с транскрипцией (transcription-coupled repair) и связь с NER. Репарация
двунитевых разрывов. Особенности репарации неспаренных оснований эукариот.
Эксцизионная репарация оснований (BER). Типы повреждений, репарируемые с помощью
BER. Разнообразные гликозилазы. Образование АП-сайта. Роль гликозилазы, pol I
(прокариоты)/pol beta (эукариоты), АП-эндонуклеазы и лигазы. Эксцизионная репарация
нуклеолидов (NER) и типы репарируемых повреждений. Распознавание повреждения. Белки
UrvA, UrvB и UrvC. Pol I и лигаза. Понятие о репарации, сопряженной с транскрипцией
(transcription-coupled repair) и связь с NER. Репарация двунитевых разрывов. Негомологичное
соединение концов (NHEJ). Пострепликативная репарация путем рекомбинации. Сравнение
NHEJ с репарацией путем рекомбинации.
Теломеры на концах эукариотических хромосом. Проблема недорепликации теломер,
теломерные повторы. Удлинение теломер. Теломераза, структура, функции роль в
сохранении стабильности хроматина. Как фермент теломераза достраивает теломеры. Ситез
G и С –цепей ДНК. Лимит Хейфлика. Теломеры и старение. Связь с альтернативным
сплайсингом ламинов. Общие принципы регуляции клеточного цикла в нормальной клетке.
Вход в цикл и продвижение. Клеточный цикл нормальных и трансформированных клеток.
Основные
различия.
«Иммортальность
пролиферации»,
самодостаточность
в
пролиферативных сигналах и контактное торможение раковых клеток. Основные отличия
нормальных и раковых клеток. Клеточный цикл нормальных и трансформированных клеток.
Основные различия.Теломераза, структура, функции роль в сохранении стабильности
хроматина .Апоптоз
Нуклеосомы, гистоны и их модификации. Гистоны и структура нуклеосомного
кора.Роль гистона Н1. Принципы формирования нуклеосом. Аминокислотный
состав и роль центральных и хвостовых участков гистонов. Гистоновый код.
Минимальная", или "кор-нуклеосома". HI -"линкерный" гистон, полная нуклеосома. Три основных
типа гистоновых мотивов октамера. Эу- и гетерохроматин. Домены хроматина, участки
прикрепления к матриксу. Какая модификация ДНК передается в клеточных
поколениях. Сборка нуклеосомы на ДНК, роль гистонового шаперона, эволюция.
Гистоновые хвосты их модификации: ацетилирование, фосфорилирование и метилирование.
Гистоновый код.
6
Инициация и регуляция транскрипции у прокариот. РНК-полимераза.
Основные принципы транскрипции. Понятие об опероне. Генетическая система
координат. Нарисуйте схему его строения и отметьте функциональные участки. Каковы
функции последовательностей Прибноу, Хогнесса и Шайна-Долгарно? Этапы
транскрипции у прокариот. Rho-независимая и Rho-зависимая терминация транскрипции.
Образование «шпильки» и polyU-участка в терминаторном участке иРНК.
РНК-полимераза – основной компонент транскрипции. Структура РНК-полимеразы:
главный компонент и сигма-фактор. Главный компонент: бета, бета-штрих, альфа – и ωсубъединицы. Сигма-фактор: доменная структура, функции. Связывание сигма-фактора с
промотором, элементы последовательности промотора: -10 и –35 боксы, UP-элемент.
Расширенный промотор. Основной и альтернативный сигма-факторы. Регуляция
транскрипции. Понятие о факторах транскрипции. Факторы транскрипции: активаторы
и репрессоры. Механизмы действия активаторов: взаимодействие с альфа-субъединицей,
взаимодействие с сигма-фактором, изменение конформации промотора. Механизмы
репрессии: стерическое препятствие посадке сигма-фактора, запетливание ДНК.
Примеры положительной и отрицательной обратной связи. Роль кооперативного
связывания факторов транскрипции: смысл палиндромов и повторов.
Понятие о факторах транскрипции. Этапы транскрипции: инициация, элонгация,
терминация. Этапы начала элонгации: отделение сигма-фактора, первая транслокация
фермента вдоль матрицы, стабилизация транскрипционного комплекса. Состав
транскпипционного комплекса: главный компонент РНК-полимеразы, ДНК, растущая
цепь РНК. Движение РНК-полимеразы по матрице. Структура оперона для транскрипции
одной полигенной мРНК; независимые кодоны для каждого цистрона и общие для всех
цистронов.
События в ходе элонгации: пауза, арест элонгации, элонгации в случае присутствия
тиминовых димеров. Терминация транскрипции. Rho-независимая терминация, роль
вторичной структуры (шпильки) и polyU-участка. Rho-зависимая терминация.
Аттенюация: терминация как регуляторный механизм.
Механизмы активации факторов транскрипции: взаимодействие с лигандом, ковалентная
модификация (фосфорилирование). Регуляция транскрипции у прокариот: позитивная,
негативная, индуктор, корепрессор–.Модель лактозного оперона у E.coli. Молекулярный
механизм работы белка- Lac – репрессора.
Индукция синтеза β-галактозидазы
лактозой.Транскрипция lac-оперона в присутствии лактозы и глюкозы. Транскрипция lacоперона в присутствии глюкозы.Позитивный контроль lac-оперона, CAP, цАМФ,
кодирующие гены,регуляторная область, катаболитный репрессор. Структурные
элементы РНК-полимеразы прокариот. Кор- и холофермент Роль каждой субъединицы в
транскрипции. Почему для связывания РНК-полимеразы с последовательностью Lac промотора необходимо наличие комплекса белка-активатора САР с сАМР. С чем и как
взаимодействует САР –АМР в слабых промоторах и сколько таких промоторов
существует. Модели активации промоторов класса I , класса II и класса III
Схема регуляции триптофанового оперона у E.coli. Уровни регуляции триптофанового
оперона при средних и высоких концентрациях триптофана. Структура репрессора
триптофанового оперона. Аттенюация: терминация как регуляторный механизм.
Механизм аттенюации на примере аттенюатора триптофанового оперона, роль
альтернативных вторичных структур. Что такое лидер и лидерный пептид
.
Этапы начала элонгации: отделение сигма-фактора, первая транслокация фермента вдоль
матрицы, стабилизация транскрипционного комплекса. Состав транскпипционного
комплекса: главный компонент РНК-полимеразы, ДНК, растущая цепь РНК.. Rhoнезависимая терминация, роль вторичной структуры (шпильки) и polyU-участка. Rhoзависимая терминация. Аттенюация: терминация как регуляторный механизм.
Отличие транскрипции у прокариот и эукариот. Особенности транскрипции у
эукариот.Моноцистронность и полицис-тронность мРНК.
7
Особенности эукариотической мРНК: пространственное разделение транскрипции и
трансляции, моноцистронность, функциональная стабильность, нуклеопротеидная форма
существования (мРНК), множественность и мультимерность белковых факторов
инициации, пространственная разделенность рибосомсвязывающего участка и
инициаторного кодона и др. Универсальные последовательности промоторов класса II.
Участки связывания с базальными транс-факторами или активаторами.
Транскрипционный комплекс, позиционирующий РНК-полимеразу эукариот, состоит из
4-х типов белков, перечислите их, и опишите роль. Регуляторные последовательности
ДНК. Базальные или «Общие» факторы транскрипции в инициации транскрипции. Этапы
транскрипции: инициация, элонгация, терминация Пошаговая сборка преинициационного
комплекса в районе старта транскрипции РНК-полимеразой II. TFIID –
позиционирующий фактор. TFIIA, TFIIВ и TFIIF. TFIIН. Структура РНК-полимеразы II.
Активация транскрипции при наличии и отсутствии ТАТА-бокса. Роль активатора Sp1.
Роль TAFII-ов при транскрипции в качестве ко-активаторов. Фосфорилирование CTD
РНК-полимеразы II в регуляции (остановке) всех этапов транскрипции. Какими
базальными факторами это осуществляется.
События при элонгации транскрипции, роль TFIIF. События при элонгации
транскрипции, роль TFIIН. События при элонгации транскрипции, пауза и арест
элонгации .
Сканирование РНК-полимеразой II ДНК при элонгации транскрипции, роль факторов
элонгации TFIIS, стимуляция РНказной активности полимеразы II для удаления
неправильно присоединенныхнуклеотидов и их замены
Транскрипционный цикл и терминация транскрипции. События в ходе элонгации: пауза,
арест элонгации, элонгации в случае присутствия тиминовых димеров. Что такое
аттенюатор? Какова его функция? Что такое инсулятор ? Какова его функция? Принципы
синтеза РНК на ДНК-матрице:
Семейства белков-регуляторов транскрипции у эукариот.
Базальные факторы транскрипции и дополнительные белки-регуляторы. Активаторы,
репрессоры, коактиваторы, корепрессоры. Основные семейства белков регуляторов (по
типу ДНК-связывающего домена) эукариот. Способы активации транскрипционных
факторов. Цинковые пальцы. Взаимодействие иона Zn++ c остатками гистидина и
цистеина. Варианты цинковых пальцев: C2H2, C4 и С6. Взаимодействие цинковых пальцев
с ДНК. Специфичное распознавания гуанина остатками аргинина. Ядерные рецепторы
гормонов: определение, общие структурные особенности. Глюкокортикоидные и
эстрагеновые рецепторы, образование гомодимеров. Тиреоидные и ретиноидные
рецепторы, гетеродимеры. Роль расстояния между сайтами при взаимодействии
гетеродимеров с ДНК. Транскрипционный фактор GAL4: структура, роль длины
линкерного участка в распознавании сайтов посадки. Гомо- и гетородимеры, как
иллюстрация комбинаторного принципа регуляции транскрипции у эукариот. Мотив
спираль-поворот-спираль (helix-turn-helix) и гомеодомены. Мотив спираль-петля-спираль
(helix-loop-helix). Димеризация и взаимодействие с ДНК. Пример регуляции с участием
HLH белков. Лейциновая молния и её роль в димеризации. Понятие о передаче сигналов
с рецепторов на поверхности клеток к транскрипционным факторам.
Особенности эукариотической мРНК: пространственное разделение транскрипции и
трансляции, множественность и мультимерность белковых факторов инициации, пространственная разделенность рибосомсвязывающего участка и инициаторного кодона и др.
Модели взаимодействия регуляторных элементов с участием инсуляторов. Структура
транскрипционного комплекса у человека, включающая коровый промотор и дальние
взаимодействия с энхансерами, сайленсерами с транскрипционным комплексом,
позиционирующим РНК-полимеразу, состоящим из 4-х типов белков.
Стадии созревания пре-мРНК. Кепирование. Полиаденилирование. Взаимодействие
процессов созревания и транскрипции пре-мРНК. Сплайсинг и малые ядерные РНК.
8
Особенности строения мяРНП. Стадии сплайсинга. Неканонические AT-AC интроны,
цис-транс-сплайсинг. Виды альтернативного сплайсинга. Аутосплайсинг мРНК.
Деградация мРНК. Деаденилирование, декепирование. Перечислите комплексы мяРНК
при сплайсинге мРНК. Структура и функции U. Перечислите сплайсосомные комплексы
(Н и др) при сплайсинге мРНК. Какие участки мРНК «метятся» при сплайсинге мРНК.
Примеры физиологического и патологического альтернативного сплайсинга мРНК
РНК.
Виды РНК, краткая характеристика. миРНК, происхождение. Уровни действия миРНК.
Как миРНК действует на трансляцию, от чего это зависит. Редактирование миРНК.
Расплетение «лариата», образование миртронов. при-миРНК, процессинг в ядре. Выход
из ядра. Чем отличаются миРНК от siРНК. миРНК, процессинг в цитоплазме – RISC,
структура, функции, механизм работы. Когда миРНК становится интеркалирующей, от
чего это зависит миРНК. Редактирование миРНК (Adar). Расплетение «лариата»,
образование миртронов. К какой части мРНК присоединяется комплекс миРНК- RISC и
как миРНК, процессинг в цитоплазме – Dicer, составные части. Какая цепь миРНК входит
в состав RISC(Ago). миРНК и миртроны.
Компоненты, необходимые для синтеза белка. Три фазы рибосомного цикла.
Структура тРНК. Wobble hypothesis: Proposed by Francis Crick in 1966. 3’ конец кодона/5’
конец антикодона.Результат H-связей пар оснований в 3 позиции. Вырождение кода.
Вторичная и третичная структура тРНК. Акцепторный участок, антикодон. Активация
аминокислот при трансляции. Ацилирование тРНК. Фермент, осуществляющий
ацилирование.
Трансляция. Компоненты, необходимые для синтеза белка. Три фазы рибосомного
цикла. Структура тРНК. Структура рибосом прокариот. Структура рибосом
эукариот.Структура и функции малой субъединицы рибосом. Структура и функции
большой субъединицы рибосом. Основные участники синтеза белка на рибосомах.
Ацилирование тРНК. Генетический код, основные свойства. Принцип декодирования
(Как и где). Различия в трансляции у прокариот и эукариот
Основные участники синтеза белка на рибосомах. Структура рибосом прокариот и
эукариот. Структура и функции малой и большой субъединиц рибосом. Роль моно и
поливалентных катионов. Вобблинг (3’ конец кодона/5’ конец антикодона). Результат Hсвязей пар оснований в 3 позиции. Акцепторный участок, антикодон. Активация
аминокислот при трансляции.
Основные факторы трансляции у прокариот. Инициация трансляции у прокариот, факторы
инициации, роль каждого. Участок связывания рибосом на мРНК, инициаторный кодон.
Образование преинициационного комплекса трансляции. Переход в комплекс
инициации.Факторы элонгации трансляции у прокариот, роль каждого. Цикл элонгации.
Роль E, P and A сайтов рибосом. Механизм декодирования. Как работают G-белки.
Пептидилтрансферазная реакция. Транслокация. Фактор транслокации EF-G.
Терминация трансляции. Стоп-кодоны. Факторы терминации. Сходство и различие в
узнавании стоп-кодонов и кодонов, кодирующих аминокислоты. Разборка
посттерминационного комплекса.Скорость выхода с рибосом мРНК, полипептида у
прокариот, эукариот. Кодирование неканонических аминокислот. Узнавание стопкодонов
Различия в трансляции у прокариот и эукариот. Последовательности Козак. Различия
факторов инициации у прокариот и эукариот. Роль каждого из них во взаимодействии с
разными участками мРНК. Пошаговая сборка инициациаионного комплекса трансля ции у
эукариот. Сканирующая модель инициации
Нерибосомный синтез пептидов. Модулярная и доменная структура нерибосомных синтетаз.
Функции доменов.
9
3.4.3. Краткое содержание семинарских/практических занятий и лабораторного
практикума**
Семинары:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
Структура нуклеиновых кислот.
А- и В-формы нуклеиновых кислот,
Z-ДНК, H-ДНК, G-квадруплексы.
Вторичная структура нуклеиновых кислот.
Методы определения вторичной структуры РНК.
Топология ДНК.
Вилка репликации у про- и эукариот
Инициация и контроль репликации
Однонаправленная и двунаправленная репликация. Ориджин репликации.
Репликация хромосомы E. coli.
Репликация плазмид.
Репликация у эукариот.
Репарация ДНК
Теломераза, структура, функции роль в сохранении стабильности хроматина
Клеточный цикл нормальных и трансформированных клеток. Основные различия.
Апоптоз: внутренний и внешний
Инициация и регуляция транскрипции у прокариот.
РНК-полимераза. Структура РНК-полимеразы: главный компонент и сигма-фактор.
Регуляция транскрипции.
Факторы транскрипции: активаторы и репрессоры.
Семейства белков-регуляторов транскрипции у эукариот.
Элонгация и терминация транскрипции у прокариот.
Элонгация транскрипции. Этапы начала элонгации
Терминация транскрипции.
Сплайсинг РНК. Альтернативный сплайсинг.
Трансляция. Компоненты, необходимые для синтеза белка.
Особенности эукариотической мРНК.
Фолдирование белка. Теория Анфинсена, парадокс Левинталя.
Энтропия и информация. Модель «энергетической» воронки.
Противоречия с теориейАнфинсена.
3.5. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Слайдоскоп.
Компьютер.
Компьютерный проектор.
3.6. Модульная структура дисциплины с распределением весов по формам контролей
Вес формы
текущего контроля
в результирующей
оценке текущего
контроля
Вес формы
промежуточного
контроля в итоговой
оценке
промежуточного
контроля
10
Вес итоговых
оценок
промежуточных
контролей в
результирующей
оценке
промежуточного
контроля
Вес оценки
посещаемост
и,
результирую
щей оценки
промежут.
контролей и
оценки итог.
контроля в
результирую
щей оценке
Вид учебной
работы/контроля
Контрольная работа
Тест
Курсовая работа
Лабораторные работы
Письменные домашние
задания
Эссе (реферативного типа)
Устный опрос (семинарс.)
Реферат
Вес результирующей
оценки текущего контроля
в итоговых оценках
промежут. контролей
Вес итоговой оценки 1-го
промежуточного контроля
в результирующей оценке
промежут. контролей
Вес итоговой оценки 2-го
промежуточного контроля
в результирующей оценке
промежут. контролей
Вес итоговой оценки 3-го
промежуточного контроля
в результирующей оценке
промежут. контролей т.д.
Вес результирующей
оценки промежуточных
контролей в результир.
оценке итогов. контроля
Экзамен/зачет (оценка
итогового контроля)
М1 1
М2
0,5
М3
М1
М2
М3
0.5
0.5
0,5
0,5
итогового
контроля
0,5
0,5
0.5
1.0
0
∑=
1
∑=1 ∑=1
∑=1
∑=1
∑=1
∑=1
∑=1
3.7. Формы и содержание текущего, промежуточного и итогового контролей
4. Теоретический блок
1. Б Альбертс, Д. Брей, Дж. Льюис, М. Рэфф, К. Робертс, Дж. Уотсон. Молекулярная биология
клетки .Издательство Мир. 1994. В трех томах.
2. Lodish HF/ Mol.Cell Biol/ 2005
3. Калинин В.Л.Репликация генома Учебное пособие: Репликация генома (Калинин В.П.) 2014
4. VIVOS VOCO: В.Л.Карпов, "От чего зависит судьба гена" Природа 3, 2005
5. Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter Molecular biology of the cell, fifth edition, (© Garland
Science 2008)
6. Патрушев Л.И. Экспрессия генов 2000
7. Л.И. Патрушев 3.3.2. Сплайсинг РНК в регуляции экспрессии генов.2007 ......
8. И. М. Спивак Репликация ДНК: учебное пособие –2012
9. Chapter 12 of Molecular Biology of the Gene 6th Edition (2008) by Watson, JD, Baker, TA, Bell, SP,
Gann, A, Levine, M, Losick, R. 377-414.
10. Transcription Complex,Enhancers & silencers – YouTube-2013
1
Учебный Модуль
11
11. И.В. Стручкова,А.А.Брилкина А.П.Веселов Регуляция биосинтеза белка
Учебно-методическое пособие Нижний Новгород 2011
12. Д. М. Грайфер, Н. А. Моор БИОСИНТЕЗ БЕЛКА Учебное пособие
Новосибирск 2011
13. А. С. КОНИЧЕВ, Г. А. СЕВАСТЬЯНОВА МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ 2008
М. Э. ЗВЕРЕВА, Д. М. ЩЕРБАКОВА,О. А. ДОНЦОВА Теломераза: структура, функции и пути
регуляции активности Успехи биологической химии, т. 50, 2010, с. 155–202
14. ТЕЛОМЕРЫ И ТЕЛОМЕРАЗА РОЛЬ В СТАРЕНИИ_
15. Дымшиц Г.М Проблема репликации концов линейных молекул ДНК и теломераза . , БИОЛОГИЯ
2000,
16. Florea, L. Brief Bioinform 2006 7:55-69;
17. Nature Biotechnology 21, 1441 - 1446 (2003)
18. Ambros, V. (2001). "microRNAs: tiny regulators with great potential." Cell 107(7): 823-6.
19. Bartel, B. (2005). "MicroRNAs directing siRNA biogenesis." Nat Struct Mol Biol 12(7): 569-20. Cullen,
B. R. (2004). "Transcription and processing of human microRNA precursors." Mol Cell 16(6): 861-5.
21. Griffiths-Jones, S. (2004). "The microRNA Registry." Nucleic Acids Res 32(Database issue): D109-11.
22. Kim, V. N. (2005). "Small RNAs: classification, biogenesis, and function." Mol Cells 19(1): 1-15.
23. Sontheimer, E. J. and R. W. Carthew (2005). "Silence from within: endogenous siRNAs and miRNAs."
Cell 122(1): 9-12.
24. Carthew and Sontheimer, Cell (2009)
25. Fabian et al., Annu Rev Biochem 2010Fabian 2010
26. Peters L, Meister G. Mol Cell. 2007
www.darmacon.com
www.idtdna.com
http://www.nature.com/focus/rnai/animations/index.html
4.1.3.
Электронные материалы (электронные учебники, учебные пособия, курсы и краткие
конспекты лекций, презентации PPT и т.п.)2
Электронная библиотека (комплект научных, учебных и методических материалов на
компьютерных носителях, набор автоматизированных тестов,
развивающих игр,
виртуальных тренажеров).
Видеотека (комплект видеозаписей на кассетах и дисках: игровые и рисованные фильмы и
смонтированные фрагменты из них, научно-популярные и учебные программы).
5.
Практический блок
5.1.
Планы практических и семинарских занятий**
Блок ОДС и КИМ
5.2.
Тематика курсовых, рефератов, эссе и других форм самостоятельных работ**
Теломеры и старение.
Альтернативный сплайсинг РНК и формирование пола.
Микро РНК и эволюция
5.3.
Образцы вариантов контрольных работ, тестов и/или других форм текущих и
промежуточных контролей**
Варианты текущих и промежуточных контролей;
Билет 1
1. Отличие РНК от ДНК (химическая структура и конформация).
2. Принципы формирования нуклеосом. Аминокислотный состав и роль центральных и хвостовых
участков гистонов.
3. Особенности репликации ДНК у эукариот. ARS и ORC. Сравнение с прокариотами.
2
Должен быть хотя бы один вид электронных материалов, указанных в п. 4.1.5.
12
4. Основные принципы транскрипции. Генетическая система координат. Оперон, схема его
строения, функциональные участки. Этапы транскрипции у прокариот. Какой белок закодирован в
гене регуляторе? Каким образом молекула белка-репрессора «узнаёт» операторный участок в
опероне?
5. Вторичная и третичная структура тРНК. Вобблинг (3’ конец кодона/5’ конец антикодона).
Результат H-связей пар оснований в 3 позиции. Акцепторный участок, антикодон. Активация
аминокислот при трансляции.
Билет 2
1. Химические формулы и модификации оснований. Конформации фуранозного кольца и
гликозидной связи. Фосфодиэфирная связь.
2. Гистоны и структура нуклеосомного кора. Минимальная", или "кор-нуклеосома".
3. Субъединичная структура РНК-полимеразы прокариот, их функции. Связывание σ-факторa
(доменная структура, функции) с промотором. Кор- и холофермент.Инициация транскрипции. Rhoнезависимая/зависимая терминация транскрипции.
4. Перечислите комплексы мяРНК при сплайсинге мРНК. Структура и функции U. Перечислите
сплайсосомные комплексы (Н и др) при сплайсинге мРНК. Какие участки мРНК «метятся» при
сплайсинге мРНК.
5. Основные участники синтеза белка на рибосомах. Структура рибосом прокариот и эукариот.
Структура и функции малой и большой субъединиц рибосом. Роль моно и поливалентных катионов
Билет 3
1. Кооперативность взаимодействия между цепочками ДНК. Большая и малая бороздки. Z-ДНК,
параметры спирали, особенности последовательности
2. Нуклеосомы, гистоны и их модификации. Гистоновый код.
3. Понятие о матрице и затравке при репликации ДНК. Строение и функции ДНК-полимеразы I из
E.coli. Значение 3'→5' экзонуклеазная (proofreading) и 5'→3' гидролитических активностей
полимераз.
4. Особенности транскрипции у эукариот.Транскрипционный комплекс, позиционирующий РНКполимеразу эукариот (4-типa белков). Универсальные последовательности промоторов класса II и
связывание с базальными транс-факторами. Нарисуйте модели взаимодействия регуляторных
элементов с участием инсуляторов.
Структура транскрипционного комплекса у человека, включающая коровый промотор и дальние
взаимодействия с энхансерами, сайленсерами.
5. Компоненты, необходимые для синтеза белка, фазы рибосомного цикла. Ацилирование тРНК.
Генетический код, основные свойства. Принцип декодирования (Как и где). Различия в трансляции у
прокариот и эукариот
Билет 4
1. А- и В-формы нуклеиновых кислот, уотсон-криковские пары, параметры спиралей. В каких
процессах участвует А- форма
2. Роль гистона Н1, полная нуклеосома.
3. Топологические проблемы репликации, катенаны. Роль топоизомераз (первого и второго типа) в
репликации. Терминация репликации. Репликон. роль метилирования ДНК, роль GATC-сайтов.
4. Структура РНК-полимеразы II. Активация транскрипции при наличии и отсутствии ТАТА-бокса.
Роль активатора Sp1. Роль TAFII-ов при транскрипции в качестве ко-активаторов. Фосфорилирование
CTD РНК-полимеразы II в регуляции (остановке) всех этапов транскрипции. Какими базальными
факторами это осуществляется
5. Основные факторы трансляции у прокариот. Инициация трансляции у прокариот, факторы
инициации, роль каждого. Участок связывания рибосом на мРНК, инициаторный кодон. Образование
преинициационного комплекса трансляции. Переход в комплекс инициации.
Билет 5
1. Конформации фуранозного кольца и гликозидной связи. Фосфодиэфирная связь.
Син- и анти- конформации нуклеозидов, эндо, экзо.
13
2. Однонаправленная и двунаправленная репликация. Особенности строения OriC: DnaA-сайты, АTповторы, GATC-последовательности. Роль белка DnaA в инициации репликации связывание с OriC,
привлечение белков репликативной вилки (DnaB, DnaC, DnaG), роль метилирования ДНК.
3. Примеры физиологического и патологического альтернативного сплайсинга мРНК
4. Регуляция транскрипции у прокариот: позитивная, негативная. Факторы транскрипции.
Механизмы действия активаторов: взаимодействие с α-субъединицей, взаимодействие с σ-фактором,
изменение конформации промотора.Модель лактозного оперона у E.coli. Молекулярный механизм
работы белка- Lac - репрессора
5. Факторы элонгации трансляции у прокариот, роль каждого. Цикл элонгации. Роль E, P and A
сайтов рибосом. Механизм декодирования. Как работают G-белки. Пептидилтрансферазная реакция.
Транслокация. Фактор транслокации EF-G.
Билет 6
1. Стабилизация вторичной структуры ДНК (водородные связи, Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия,
cтэкинг-взаимодействия). Кооперативность взаимодействия между цепочками ДНК. Большая и малая
бороздки.
2. Принципы репликации. Глазок и вилка репликации. Синтез лидирующей и отстающей цепи (
Фрагменты Оказаки). осуществляет ДНК-полимераза III. Координация скорости.синтеза двух цепей
ДНК: модель "тромбона", реплисома.
3. Позитивный контроль lac-оперона, CAP, цАМФ, кодирующие гены,регуляторная область,
катаболитный репрессор. С чем и как взаимодействует САР –АМР в слабых промоторах класса I , II
и III и сколько таких промоторов существует
4. Стадии созревания пре-мРНК. Кепирование. Полиаденилирование. Гя РНК. Сплайсинг и мя РНК.
Особенности строения мяРНП. Стадии сплайсинга.
5. Терминация трансляции. Стоп-кодоны. Факторы терминации. Сходство и различие в узнавании
стоп-кодонов и кодонов, кодирующих аминокислоты. Разборка посттерминационного комплекса.
Билет 7
1. А- и В- Z- формы нуклеиновых кислот, уотсон-криковские пары, параметры спиралей,
особенности последовательности..
2. Структура коровых гистонов, Три основных типа гистоновых мотивов гистонового октамера.
взаимодействие гистонов друг с другом
3. Роль белков, участвующих в репликации ДНК: праймаза, лигаза, хеликаза, топоизомераза, ssb.
4. Индукция синтеза β-галактозидазы лактозой.Транскрипция lac-оперона в присутствии лактозы
и/или глюкозы. Структура оперона для транскрипции одной полигенной мРНК; независимые кодоны
для каждого цистрона и общие для всех цистронов.
5. Скорость выхода с рибосом мРНК, полипептида у прокариот, эукариот. Кодирование
неканонических аминокислот. Узнавание стоп-кодонов
Билет 8
1. Канонические (уотсон-криковские) и неканонические («воббл» и другие) нуклетидные пары и
взаимодействия, роль в структурировании макромолекул.
2. Минимальная", или "кор-нуклеосома". Гистоновый код.
3. Проблема недорепликации теломер, теломерные повторы. Лимит Хейфлика. Теломеры и старение.
Связь с альтернативным сплайсингом ламинов.
4. Схема регуляции триптофанового оперона у E.coli. Уровни регуляции триптофанового оперона
при средних и высоких концентрациях триптофона. Структура репрессора триптофанового оперона.
Лидер и лидерный пептид, . Аттенюация: терминация как регуляторный механизм.
5. Различия в трансляции у прокариот и эукариот. Последовательности Козак. Различия факторов
инициации у прокариот и эукариот. Роль каждого из них во взаимодействии с разными участками
мРНК.
БИЛЕТ 9
1. Теломеры. Теломераза, структура, функции, роль в сохранении стабильности хроматина,
достраивание теломеры. Ситез G и С –цепей ДНК.
2. Сборка нуклеосомы на ДНК, эволюция
14
3. Субъединичная структура ДНК Pol III прокариот, функции отдельных субъединиц.
Процессивность ДНК-полимераз. Зажим и грузчик .
4. Отличие транскрипции у прокариот и эукариот. Особенности эукариотической мРНК Пошаговая
сборка преинициационного комплекса в районе старта транскрипции РНК-полимеразой II. TFIID –
позиционирующий фактор.
5. Пошаговая сборка инициациаионного комплекса трансля ции у эукариот. Сканирующая модель
инициации
БИЛЕТ 10
1. Структура хеликазы и механизм продвижения вдоль ДНК. Роль хеликазы в клеточных
процессах.
2. TFIIA, TFIIВ и TFIIF. TFIIН. Переход от преинициационного к инициационному комплексу.
События при элонгации транскрипции, роль TFIIF, TFIIН, пауза (для чего) и арест элонгации(когда).
Сканирование РНК-полимеразой II ДНК при элонгации транскрипции, роль факторов элонгации
TFIIS, стимуляция РНказной активности полимеразы II
3. Пост-транскрипционные изменения у эукариот. Мозаичная структура гена. Сплайсинг мРНК.
Альтернативный сплайсинг мРНК, механизмы.
4. Проверка корректности пришиваемого нуклеотида. Вилка репликации. Лидирующая и
отстающая цепь. Фрагменты Оказаки. Разнообразие ДНК-зависимых-ДНК-полимераз про- и эукариот
и их функции (кратко). Удаление затравки (праймера) у про- и эукариот.
5. Виды РНК, краткая характеристика
6. Методический блок
6.1. Методика преподавания
6.2. Методические рекомендации для студентов
7.2.1.
Методические указания по организации самостоятельной работы студентов при изучении
конкретной дисциплины
7.2.2.
Методические указания по подготовке к семинарским, практическим или лабораторным
занятиям**
Самостоятельная и семинарская
работа студентов организуется во внеурочное время в
компьютерных аудиториях и домашних условиях.
При этом необходимо пользоваться предложенной литературой, материалами интернета, лекциями.
В основу самостоятельных занятий необходимо брать учебник Lodish HF/ Mol.Cell Biol/ 2005, Б.А.
Альбертса и соавторов «Молекулярная биология клетки», а также современные обзоры.
.
15