КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ "УТВЕРЖДАЮ" Проректор______ В.С.Бухмин

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
"УТВЕРЖДАЮ"
Проректор______ В.С.Бухмин
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Физические основы молекулярной и клеточной биологии
Цикл ДС
ГСЭ - общие гуманитарные и социально-экономические дисциплины; ЕН - общие
математические и естественнонаучные дисциплины; ОПД - общепрофессиональные
дисциплины; ДС - дисциплины специализации; ФТД - факультативы.
Специальность: 010701 – общая физика
Принята на заседании кафедры химической физики
(протокол №___ от "__"__________200__ г.)
Заведующий кафедрой
____________________ (К.М. Салихов)
Утверждена Учебно-методической комиссией физического факультета КГУ
(протокол №___ от "__"__________200__ г.)
Председатель комиссии
____________________ (Л.И. Машонкина)
Рабочая программа дисциплины
"Физические основы молекулярной и клеточной биологии"
Предназначена для студентов 3-го курса,
по специальности: 010701 – общая физика
АВТОР: Гайнутдинов Х.Л.
КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ: В курсе рассматриваются молекулярные
основы функционирования биологических систем. Прежде всего, это
относится к процессам хранения и воспроизведения генетической
информации. Основными носителями генетической информации являются
нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), в курсе достаточно подробно и в то
же время доступно для студентов и аспирантов-физиков излагаются
структура этих макромолекул и механизмы их функционирования. С
другой стороны, важнейшими молекулами, функционирование которых
лежит в основе жизнедеятельности, являются белки. Это  молекулами
жизни, т.к. основные функции живых существ осуществляются через них.
Предполагается рассмотрение структуры и роли этих биологических
макромолекул в разных аспектах жизни  от хранения генетической
информации в молекулах нуклеиновых кислот и роли биосинтеза белков
для жизни до молекулярных основ эволюции. Курс также охватывает
анализ методов определения физико-химических характеристик
макромолекул, основы биоэнергетики, основы функционирования
биологических мембран, принципы вне- и внутриклеточной сигнализации.
Две последние лекции посвящены свободным радикалам, их роли в
функционировании нервной и сердечно-сосудистой систем. Особо
внимание будет уделено оксиду азота и магнитно-резонансным методам
его количественного определения.
1.
Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение
дисциплины Физические основы молекулярной и клеточной биологии
Студенты, завершившие изучение данной дисциплины должны:
- понимать физические процессы, происходящие при
конформационных перестройках макромолекул, а также их
биологическую роль;
- обладать теоретическими знаниями о механизмах молекулярного
узнавания;
- ориентироваться в участии макромолекул в различных механизмах
функционирования биологических систем;
2
- приобрести навыки и знания о принципах строения и
функционирования макромолекул (нуклеиновых кислот и белков).
2.
Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах)
Форма обучения: очная
Количество семестров 1
Форма контроля:
2 семестр - зачет
№
п/п
Виды учебных занятий
1. Всего часов по дисциплине
2. Самостоятельная работа
Количество часов
1
2
семестр семестр
46
12
34
3. Аудиторных занятий
в том числе: лекций
семинарских (или
лабораторно-практических)
занятий
34
3
Содержание дисциплины
ТРЕБОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО
СТАНДАРТА К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ
ПРОГРАММЫ
Индекс
Наименование дисциплины и ее основные
разделы
Всего часов
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
Количество часов
№
п/п
Название темы и ее содержание
лекции
1. Молекулы жизни - нуклеиновые
кислоты. Нуклеиновый состав ДНК и
РНК: сахарно-фосфатный остов и
связывание азотистых оснований.
Правило Чаргаффа. Двойная спираль
Уотсона-Крика. Репликация - удвоение
молекул ДНК. Транскрипция.
Субъединичное строение РНКполимеразы. РНК - посредник между
генетическим материалом (ДНК) и
синтезом белка. Разные виды РНК.
8
2. Экспрессия
генов
и
передача
наследственных факторов.
Наследственность и изменчивость.
Законы Менделя (классической
генетики). Деление клетки - митоз.
Хромосомная теория
наследственности. Мейоз, его задачи и
последствия. Ген и признак.
8
4
семинарские
(лаб.-практ.)
занятия
Картирование генов. Взаимодействие
генов. Изменчивость как следствие
структурных перестроек нуклеиновых
кислот.
3. Функции белков. Аминокислоты.
Пептидная связь. Первичная,
вторичная, третичная и четвертичная
структуры белков. Физика белков.
Белки - линейные полимеры.
Физические методы исследования
белков. Генетический код. Трансляция
- синтез белка. Рибосомы- машины
синтеза белков. Роль тРНК.
Соответствие информационного
содержания ДНК и белков. Сасвязывающие белки.
Нервноспецифические белки. Белки
синаптических мембран.
8
4. Молекулярные основы
внутриклеточной и межклеточной
коммуникации и эволюции. Вторичные
внутриклеточные посредники. Роль
циклического АМФ и ГМФ в
деятельности клетки и регуляции
ионных каналов. Система G-белков.
Синапс - узел связи двух нейронов.
Медиаторные вещества - малые
макромолекулы. Роль ионов кальция.
Гормоны и пептиды как средство
межклеточной коммуникации.
Эволюция структуры белков.
Постоянство накопления нейтральных
мутаций. Молекулярные часы.
6
5. Свободные радикалы и
функционирование клеток. Роль
оксида азота и других кислород
содержащих соединений в
осуществлении функций нервной
системы, в функционировании
сердечно-сосудистой системы.
Физические методы определения
4
5
количества оксида азота и
интенсивности его синтеза.
Электронный парамагнитный резонанс
и применение спиновых ловушек для
определения оксида азота.
Итого часов:
34
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Гайнутдинов Х.Л. Молекулярные основы функционирования
биологических систем, 2002, Изд. КГУ.
2. Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология. В 3-х томах, 1982,
Мир.
3. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х томах, 1998, Мир.
4. А.А. Спирин (ред.). Молекулярная биология, В 2-х томах, 1990 и 1986,
Высшая школа.
5. Николлс Д.Г., Мартин А.Р., Валлас Б.Д., Фукс П.А. От нейрона к мозгу.
М.УРСС. 2003.
6. Гайнутдинов Х.Л. Биофизика макромолекул, 1999. Изд. КГУ.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. 1988, М. Мир
2. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. В 2-х
томах. 1993, М. Мир
3. Рубин А.В. Биофизика, 1987, Высшая школа
4. В мире науки. Спецвыпуск: молекулы жизни. 1985, №12.
6
Приложение
к программе дисциплины
Физические основы молекулярной и клеточной биологии
ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ
1. Почему нуклеиновые кислоты и белки называют молекулами жизни?
2. Какое событие считается датой рождения молекулярной
биологии?
3. Каков нуклеиновый состав ДНК и РНК?
4. Какой физический смысл усмотрели основатели молекулярной
биологии в правиле Чаргаффа?
5. Что дает сахарно-фосфатный остов для структуры нуклеиновых
кислот?
6. Какую расшифровку рентгеноструктурного анализа молекул ДНК
дали для создания его модельной структуры: двойной спирали УотсонаКрика?
7. Какие взаимодействия служат для связывания азотистых
оснований в молекулах ДНК и РНК?
8. Каким образом удается сохранить генетическую информацию при
делении клетки?
9. Какое свойство молекул ДНК служит предпосылкой для
сохранения генетической информации при делении клетки?
10. Какие схемы репликации ДНК Вы знаете?
11. Как происходит инициация репликации ДНК?
12. В каком направлении идет репликация ДНК?
13. Для чего нужны регуляторные гены?
14. В чем смысл необходимости терминаторов в структуре гена?
15. Физический смысл существования РНК - посредника между
генетическим материалом (ДНК) и синтезом белка.
16. В чем сходство и различие в структуре ДНК и РНК?
17. Какие виды РНК Вы знаете, и в чем заключаются различия их
функций?
18. Что такое транскрипция?
19. Экспрессия генов; доминантность и рецессивность.
20. Достоинства подхода Грегора Менделя, которые позволили
вывести законы классической генетики, иначе законы Менделя.
21. В каких случаях выполняются законы Менделя?
22. Какие задачи выполняет митоз?
23. Стадии митоза.
24. Что такое хромосомы и что в них содержится?
7
25. Чем отличается мейоз от митоза?
26. Задачи мейоза и его последствия.
27. Факторы, влияющие на экспрессию генов.
28. Отличие кроссинговера от других видов реконструкции
хромосом.
29. Функции белков.
30. В чем сущность пептидной связи, определяющей структуру
белков.
31. Какие возможности в структуре и функциях белков появляются
вследствие построения белков из аминокислот?
32. В чем заключаются различия -спиральной формы и -формы
белков?
32. Какие взаимодействия определяют первичную, а какие
вторичную структуру белков?
33. Что такое третичная структура белка?
34. Что такое матричный принцип биосинтеза белка?
35. В чем состоит проблема генетического кода?
36. Является ли генетический код универсальным?
37. Какова структура рибосом?
38. Функциональное значение большой и малой субъединиц
рибосом.
39. Какие органеллы являются энергетической станцией клетки?
40. Какие органеллы необходимы для деления клетки?
41. Компоненты биологических мембран.
42. Современные представления о молекулярной организации
мембран.
43. Каковы принципы формирования мембранного потенциала
клетки?
44. Каковы механизмы распространения нервного импульса?
45. Роль мембранных белков в функционировании этой структуры.
46. В чем физический смысл существования большого количества
Са-связывающих белков?
47. Способы межклеточной коммуникации.
48. В чем заключается принцип синаптической передачи?
49. Что такое молекулярные часы?
50. Роль свободных радикалов в функционировании биологических
систем.
51. Роль оксида азота и других кислород содержащих соединений в
функциях нервной системы.
52. Роль оксида азота и других кислород содержащих соединений в
функционировании сердечно-сосудистой системы.
53. Почему оксид азота является ретроградным мессенджером?
8
54. Физические методы определения количества оксида азота и
интенсивности его синтеза.
55. Способы применения спиновых ловушек для определения оксида
азота.
9