Программа дисциплины Клеточные и молекулярные основы

Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное учреждение
высшего профессионального образования
"Казанский (Приволжский) федеральный университет"
Институт фундаментальной медицины и биологии
УТВЕРЖДАЮ
Проректор
по образовательной деятельности КФУ
Проф. Минзарипов Р.Г.
__________________________
"___"______________20___ г.
Программа дисциплины
Клеточные и молекулярные основы роста М2.ДВ.1
Направление подготовки: 020400.68 - Биология
Профиль подготовки: Физиология растений
Квалификация выпускника: магистр
Форма обучения: очное
Язык обучения: русский
Автор(ы):
Якушенкова Т.П.
Рецензент(ы):
Тимофеева О.А.
СОГЛАСОВАНО:
Заведующий(ая) кафедрой:
Протокол заседания кафедры No ___ от "____" ___________ 201__г
Учебно-методическая комиссия Института фундаментальной медицины и биологии:
Протокол заседания УМК No ____ от "____" ___________ 201__г
Регистрационный No
Казань
2014
Регистрационный номер
Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
Содержание
1. Цели освоения дисциплины
2. Место дисциплины в структуре основной образовательной программы
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины /модуля
4. Структура и содержание дисциплины/ модуля
5. Образовательные технологии, включая интерактивные формы обучения
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по
итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов
7. Литература
8. Интернет-ресурсы
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины/модуля согласно утвержденному
учебному плану
Регистрационный номер
Страница 2 из 15.
Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
Программу дисциплины разработал(а)(и) старший лаборант Якушенкова Т.П. кафедра
физиологии и биохимии растений ИФМиБ отделение биологии и биотехнологии ,
Tatyana.Yakushenkova@kpfu.ru
1. Цели освоения дисциплины
Целью курса является углубленное изучение современных достижений в области
исследований механизмов роста растений. Курс построен на сочетании биохимического и
молекулярного уровней изложения материала с подходом к растительному организму как
целостной системе. Рассматриваются особенности роста растений. Характеризуются
различные виды роста, их механизмы и регуляция.
2. Место дисциплины в структуре основной образовательной программы высшего
профессионального образования
Данная учебная дисциплина включена в раздел " М2.ДВ.1 Профессиональный" основной
образовательной программы 020400.68 Биология и относится к дисциплинам по выбору.
Осваивается на 1 курсе, 2 семестр.
Изучение данной дисциплины магистрами возможно лишь после получения студентами
базовых знаний по таким общим курсам как биофика, физиология и биохимия растений,
фитогормоны, молекурная биология, компьютерные технологии
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
/модуля
В результате освоения дисциплины формируются следующие компетенции:
В результате освоения дисциплины студент:
1. должен знать:
- особенности роста растений, по сравнению с другими организмами;
- особенности строения и функционирования меристем растений;
2. должен уметь:
- ориентироваться в современной научной литературе по вопросам роста и развития растений
3. должен владеть:
- теоретическими знаниями о молекулярных механизмах инициации, осуществления и
торможения роста растительных клеток;
- современными методами исследования различных детерминант роста (геномика,
протеомика, трансгенные растения;
- способность и готовность использовать полученные знания для решения практических задач
растениеводства, фитобиотехнологий, агрофитобиотехнологии
4. Структура и содержание дисциплины/ модуля
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных(ые) единиц(ы) 108 часа(ов).
Форма промежуточного контроля дисциплины зачет во 2 семестре.
Регистрационный номер
Страница 3 из 15.
Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
Суммарно по дисциплине можно получить 100 баллов, из них текущая работа оценивается в 50
баллов, итоговая форма контроля - в 50 баллов. Минимальное количество для допуска к зачету
28 баллов.
86 баллов и более - "отлично" (отл.);
71-85 баллов - "хорошо" (хор.);
55-70 баллов - "удовлетворительно" (удов.);
54 балла и менее - "неудовлетворительно" (неуд.).
4.1 Структура и содержание аудиторной работы по дисциплине/ модулю
Тематический план дисциплины/модуля
N
Раздел
Дисциплины/
Модуля
Тема 1. Особенности
роста растений, по
сравнению с другими
организмами. Понятие
"рост". Функции роста.
Типы роста.
Первичный и
вторичный рост. Зоны
роста. Рост клеток как
основа роста
1.
организма. Отличия в
процессах роста
растений и животных.
Рост делением.
Меристемы, их типы.
Покоящийся центр.
Сходства и различия
стволовых клеток и
клеток покоящегося
центра.
Регистрационный номер
Страница 4 из 15.
Виды и часы
аудиторной работы,
их трудоемкость
Неделя
Текущие формы
Семестр
(в часах)
семестра
контроля
Практические Лабораторные
Лекции
занятия
работы
2
1
0
0
0
Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
N
Раздел
Дисциплины/
Модуля
Тема 2. Рост
растяжением как
ключевая особенность
роста растений.
Классификации
разновидностей роста
растяжением. Рост
расширением и рост
удлинением.
Симпластический,
протрузивный и
интрузивный рост.
Концевой рост и рост
всей поверхностью.
Примеры
растительных клеток,
растущих различным
способом. Факторы,
необходимые для
2.
осуществления роста
растяжением
(тургорное давление,
растяжение клеточной
стенки, синтез
компонентов
клеточной стенки и
мембран). Тургорное
давление и его роль в
увеличении размеров
клетки. Механизмы,
обеспечивающие
тургорное давление в
ходе роста
растяжением.
Увеличение
поверхности
плазмалеммы и
тонопласта
Регистрационный номер
Страница 5 из 15.
Виды и часы
аудиторной работы,
их трудоемкость
Неделя
Текущие формы
Семестр
(в часах)
семестра
контроля
Практические Лабораторные
Лекции
занятия
работы
2
2
0
0
0
Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
N
Раздел
Дисциплины/
Модуля
Тема 3. Клеточная
стенка растительной
клетки, ее основные
компоненты.
Растительная
клеточная стенка как
ключевая структура
растительной клетки и
наиболее
распространенная
органическая
субстанция. Принципы
строения
полисахаридов, их
отличие от других
3.
биополимеров.
Целлюлоза, строение
ее микрофибрил.
Связующие гликаны,
принципы их строения;
основные
представители у
двудольных и
однодольных
растений. Пектиновые
вещества. Методы
изучения структуры
полисахаридов.
Структурные белки
клеточной стенки.
Регистрационный номер
Страница 6 из 15.
Виды и часы
аудиторной работы,
их трудоемкость
Неделя
Текущие формы
Семестр
(в часах)
семестра
контроля
Практические Лабораторные
Лекции
занятия
работы
2
3
0
0
0
Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
N
Раздел
Дисциплины/
Модуля
Виды и часы
аудиторной работы,
их трудоемкость
Неделя
Текущие формы
Семестр
(в часах)
семестра
контроля
Практические Лабораторные
Лекции
занятия
работы
Тема 4. Растяжение
клеточной стенки, его
механизмы. Ферменты
клеточной стенки.
Автолиз клеточной
стенки. Экспансины.
Семейство генов
экспансинов и его
экспрессия.
Ксилоглюкан-трансгликозилаза.
Синтез полисахаридов
клеточной стенки.
Методы изучения
химизма и
локализации
отдельных этапов.
Источники
пластических и
энергетических
субстратов.
Метаболические цепи
образования
полисахаридов
клеточной стенки.
УДФ-Глю как
ключевой интермедиат
синтеза. Локализация
синтеза. Ферменты
синтеза
4.
полисахаридов,
сложности их
выделения
Гликозилтрансферазы,
их классификации.
Типы связывания
гликозилтрансфераз с
мембраной. Проблемы
идентификации генов
гликозилтрансфераз.
Целлюлозосинтазный
комплекс, его
строение и
локализация.
Экспрессия генов
каталитической
субъединицы
целлюлозосинтазы.
Формирование и
ориентация
микрофибрилл
целлюлозы. Аппарат
Гольджи как место
синтеза
Регистрационный номер
Страница 7 из 15.
Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
полисахаридов матрикса клеточной стенки. Секреция полисахаридов.
2
Регистрационный номер
Страница 8 из 15.
4
0
0
0
Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
N
Раздел
Дисциплины/
Модуля
Тема 5.
Пространственная
организация
процессов роста
растительных клеток.
Основные этапы и
механизмы
формирования
надмолекулярной
структуры клеточной
стенки. Роль
модификаций
полисахаридов в их
взаимодействии.
Обеспечение связи
клеточной стенки с
остальной частью
клетки. Анизотропия
роста.
Неоднородность
различных участков
клеточной стенки.
Цитоскелет.
5.
Семейство генов
тубулина и его
экспрессия.
Координация роста
отличающихся по
форме и размерам
клеток различных
тканей. Механизмы
обеспечения
необратимости
растяжения
растительных клеток.
Фиксация формы и
размеров клеток.
Отсутствие
эндогенных
ферментов для
гидролиза
микрофибрилл
целлюлозы. Роль
пектиновых веществ в
поддержании формы
растительных клеток.
Регистрационный номер
Страница 9 из 15.
Виды и часы
аудиторной работы,
их трудоемкость
Неделя
Текущие формы
Семестр
(в часах)
семестра
контроля
Практические Лабораторные
Лекции
занятия
работы
2
5
0
0
0
Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
N
Раздел
Дисциплины/
Модуля
Тема 6. Стимулы,
вызывающие рост.
Факторы внешней
среды, гормоны,
олигосахарины,
механизм
трансформации их
сигналов. Тропизмы.
Теория "кислого
роста": история
6. возникновения,
экспериментальные
данные, современное
состояние.
Олигосахарины ?
физиологически
активные фрагменты
полисахаридов
клеточной стенки, их
роль в регуляции
раятяжения.
Регистрационный номер
Страница 10 из 15.
Виды и часы
аудиторной работы,
их трудоемкость
Неделя
Текущие формы
Семестр
(в часах)
семестра
контроля
Практические Лабораторные
Лекции
занятия
работы
2
6
0
0
0
Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
N
Раздел
Дисциплины/
Модуля
Виды и часы
аудиторной работы,
их трудоемкость
Неделя
Текущие формы
Семестр
(в часах)
семестра
контроля
Практические Лабораторные
Лекции
занятия
работы
Тема 7. Торможение
роста растяжением.
Обратимые и
необратимые
механизмы. Роль
кальциевых мостиков
между молекулами
пектиновых веществ.
Образование сшивок
между полимерами и
способы их удаления.
Утолщение клеточных
стенок. Особенности
состава и строения
вторичных клеточных
стенок. Фенольные
7.
2
соединения клеточных
стенок (лигнин и
оксикоричные
кислоты). Строение,
методы анализа.
Синтеза и транспорт
мономеров лигнина.
Полимеризация
лигнина, ее
особенности как
неферментативной
реакции.
Взаимодействие
лигнина с другими
компонентами
клеточной стенки
Тема 8. Задачи и
возможности
молекуляро-биологических
подходов к изучению
роста. Технология
получения
трансгенных растений
и примеры их
8.
2
использование для
изучения механизмов
роста. Геномика,
протеомика, их
принципы и
достижения в
изучении роста
растительных клеток.
Тема . Итоговая
.
2
форма контроля
Итого
Регистрационный номер
Страница 11 из 15.
7
0
0
0
8
0
0
0
0
0
0
зачет
0
0
0
Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
4.2 Содержание дисциплины
Тема 1. Особенности роста растений, по сравнению с другими организмами. Понятие
"рост". Функции роста. Типы роста. Первичный и вторичный рост. Зоны роста. Рост
клеток как основа роста организма. Отличия в процессах роста растений и животных.
Рост делением. Меристемы, их типы. Покоящийся центр. Сходства и различия
стволовых клеток и клеток покоящегося центра.
Тема 2. Рост растяжением как ключевая особенность роста растений. Классификации
разновидностей роста растяжением. Рост расширением и рост удлинением.
Симпластический, протрузивный и интрузивный рост. Концевой рост и рост всей
поверхностью. Примеры растительных клеток, растущих различным способом. Факторы,
необходимые для осуществления роста растяжением (тургорное давление, растяжение
клеточной стенки, синтез компонентов клеточной стенки и мембран). Тургорное
давление и его роль в увеличении размеров клетки. Механизмы, обеспечивающие
тургорное давление в ходе роста растяжением. Увеличение поверхности плазмалеммы и
тонопласта
Тема 3. Клеточная стенка растительной клетки, ее основные компоненты. Растительная
клеточная стенка как ключевая структура растительной клетки и наиболее
распространенная органическая субстанция. Принципы строения полисахаридов, их
отличие от других биополимеров. Целлюлоза, строение ее микрофибрил. Связующие
гликаны, принципы их строения; основные представители у двудольных и однодольных
растений. Пектиновые вещества. Методы изучения структуры полисахаридов.
Структурные белки клеточной стенки.
Тема 4. Растяжение клеточной стенки, его механизмы. Ферменты клеточной стенки.
Автолиз клеточной стенки. Экспансины. Семейство генов экспансинов и его экспрессия.
Ксилоглюкан-трансгликозилаза. Синтез полисахаридов клеточной стенки. Методы
изучения химизма и локализации отдельных этапов. Источники пластических и
энергетических субстратов. Метаболические цепи образования полисахаридов
клеточной стенки. УДФ-Глю как ключевой интермедиат синтеза. Локализация синтеза.
Ферменты синтеза полисахаридов, сложности их выделения Гликозилтрансферазы, их
классификации. Типы связывания гликозилтрансфераз с мембраной. Проблемы
идентификации генов гликозилтрансфераз. Целлюлозосинтазный комплекс, его
строение и локализация. Экспрессия генов каталитической субъединицы
целлюлозосинтазы. Формирование и ориентация микрофибрилл целлюлозы. Аппарат
Гольджи как место синтеза полисахаридов матрикса клеточной стенки. Секреция
полисахаридов.
Тема 5. Пространственная организация процессов роста растительных клеток.
Основные этапы и механизмы формирования надмолекулярной структуры клеточной
стенки. Роль модификаций полисахаридов в их взаимодействии. Обеспечение связи
клеточной стенки с остальной частью клетки. Анизотропия роста. Неоднородность
различных участков клеточной стенки. Цитоскелет. Семейство генов тубулина и его
экспрессия. Координация роста отличающихся по форме и размерам клеток различных
тканей. Механизмы обеспечения необратимости растяжения растительных клеток.
Фиксация формы и размеров клеток. Отсутствие эндогенных ферментов для гидролиза
микрофибрилл целлюлозы. Роль пектиновых веществ в поддержании формы
растительных клеток.
Тема 6. Стимулы, вызывающие рост. Факторы внешней среды, гормоны, олигосахарины,
механизм трансформации их сигналов. Тропизмы. Теория "кислого роста": история
возникновения, экспериментальные данные, современное состояние. Олигосахарины ?
физиологически активные фрагменты полисахаридов клеточной стенки, их роль в
регуляции раятяжения.
Регистрационный номер
Страница 12 из 15.
Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
Тема 7. Торможение роста растяжением. Обратимые и необратимые механизмы. Роль
кальциевых мостиков между молекулами пектиновых веществ. Образование сшивок
между полимерами и способы их удаления. Утолщение клеточных стенок. Особенности
состава и строения вторичных клеточных стенок. Фенольные соединения клеточных
стенок (лигнин и оксикоричные кислоты). Строение, методы анализа. Синтеза и
транспорт мономеров лигнина. Полимеризация лигнина, ее особенности как
неферментативной реакции. Взаимодействие лигнина с другими компонентами
клеточной стенки
Тема 8. Задачи и возможности молекуляро-биологических подходов к изучению роста.
Технология получения трансгенных растений и примеры их использование для
изучения механизмов роста. Геномика, протеомика, их принципы и достижения в
изучении роста растительных клеток.
5. Образовательные технологии, включая интерактивные формы обучения
Написание двух контрольных и проверочных работ по темам и разделам курса, с
использованием балльно-рейтинговой системы
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
7.1. Основная литература:
Обручева Н.В. Растяжение клеток как неотъемлемая составляющая роста наземных растений.
Физиология растений, 2008, Т.39, с.15-27.
Иванов В.Б. Меристема как самоорганизующаяся система: поддержание и ограничение
пролиферации клеток. Физиология растений, 2004, 51, 926-941.
Горшкова Т.А. Растительная клеточная стенка как динамичная система. М.: Наука, 2007. 426
с.
Алехина Н.Д., Балнокин Ю.В., Гавриленко В.Ф. и др. Физиология растений. - М.: Академия,
2005.
Медведев С.С. Физиология растений. - С.-Петербург: Изд-во С.-Петербургского университета,
2004.
Кузнецов В.В., Дмитриева Г.А. Физиология растений. - М.: Высшая школа, 2006.
7.2. Дополнительная литература:
Cosgrove D.J. Growth of the plant cell wall // Nature Rev Mol Cell Biol. 2005. V. 6. P. 850-861.
Шарова Е.И. Клеточная стенка растений. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2004. 152 с.
Полевой В.В., Саламатова Т.С. Физиология роста и развития растений. Ленинград. ЛГУ. 1991.
240 с.
Иванов В.Б. Клеточные основы роста растений. М.: Наука, 1974. 222 с.
7.3. Интернет-ресурсы:
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины/модуля согласно утвержденному
учебному плану
Освоение дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста" предполагает использование
следующего материально-технического обеспечения:
Регистрационный номер
Страница 13 из 15.
Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и учебным планом по
направлению 020400.68 "Биология" и магистерской программе Физиология растений .
Регистрационный номер
Страница 14 из 15.
Программа дисциплины "Клеточные и молекулярные основы роста"; 020400.68 Биология; старший лаборант Якушенкова Т.П.
Автор(ы):
Якушенкова Т.П. ____________________
"__" _________ 201 __ г.
Рецензент(ы):
Тимофеева О.А. ____________________
"__" _________ 201 __ г.
Регистрационный номер
Страница 15 из 15.