СД.Ф.15 Молекулярная биология

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«Мурманский государственный педагогический университет»
(МГПУ)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
СД.Ф.15, СД.15 МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности
(специальностям)
050102 Биология
050102.00 Биология с дополнительной специальностью география
(код и наименование специальности/тей)
Утверждено на заседании кафедры
биологии и химии
естественно-географического факультета
(протокол № 13 от 02 апреля 2008 г.)
Зав. кафедрой
______________________М.Н. Харламова
1.1 Автор программы: ст. преподаватель каф. биологи и химии Н.В. Икко
1.2 Рецензенты: к.б.н., доцент каф. биологии и химии МГПУ М.Ю. Меньшакова
д.б.н., зав. лабораторией альгологии ММБИ КНЦ Воскобойников Г.М.
1.3 Пояснительная записка:
Молекулярная биология занимает особое место в развитии науки второй половины XX
– начала XXI века. Именно ее рождение и последующий бурный рост выдвинули биологию в
целом в ряды самых популярных и передовых наук, а XX век стали называть «веком
биологии». С учетом этого, курс «Молекулярная биология» является важной биологической
дисциплиной, необходимой для подготовки учителя биологии на современном уровне.
Целью данной дисциплины является ознакомление студентов с наукой, которая
рассматривает сущность жизни на молекулярном уровне. Программа курса включает данные
об особенностях строения и свойств молекул, обеспечивающих существование
биологической формы движения материи, о механизмах воспроизведения генетической
информации в поколениях клеток и организмов и механизмах реализации наследственной
информации через биосинтез белков. Большое внимание уделяется вопросам структурнофункциональной организации генетического аппарата клеток, рассматриваются
молекулярные механизмы рекомбинации генетического материала, межмолекулярные
взаимодействия и их роль в функционировании живых систем.
На освоение данной программы отводится 100 часов, из них на лекции — 40 часов, на
лабораторные занятия - 10 часов, а также 50 часов на самостоятельную работу.
Самостоятельная работа включает освоение таких разделов программы, как «Структура
рибосом» и «Генетический код», а также коллоквиум по теме «Методы молекулярной
биологии».
По окончании изучения данного курса студенты должны:
 свободно владеть основными понятиями и терминологией молекулярной биологии;
 знать основные методы исследований в этой области;
 иметь представление о структуре и свойствах белков и нуклеиновых кислот;
 иметь представление о молекулярных механизмах воспроизводства и передачи
наследственной информации;
 иметь представление о структурно-функциональной организации генетического
аппарата прокариотических и эукариотических организмов;
 уметь решать задачи.
Программа составлена в соответствии с Государственным стандартом высшего
профессионального
образования
и
на
основании
программы
дисциплины
"МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ", разработанной д.б.н., проф. Ю.Б. Филипповичем, д.б.н.,
проф. А.С. Коничевым, к.б.н., проф. Г.А. Севастьяновой (Московский государственный
педагогический университет).
1.4. Извлечение из ГОС ВПО специальности «Биология»
Молекулярная биология
Современные теоретические и практические задачи молекулярной биологии.
Важнейшие достижения. Методы молекулярной биологии. Основы генетической инженерии:
рестрикционный анализ, клонирование, гибридизация, определение нуклеотидных
последовательностей ДНК и РНК, химический синтез генов. Создание искусственных
генетических программ. Структура геномов про- и эукариот. Уникальные и повторяющиеся
гены. Гомеозисные гены. Неядерные геномы. ДНК митохондрий и хлоропластов.
Сателлитная ДНК. ДНК-содержащие вирусы и фаги. Банки нуклеотидных
последовательностей, программа “Геном человека”. Геномная дактилоскопия. Генетически
детерминируемые болезни. Подвижные генетические элементы и эволюция геномов.
Структура хроматина. Полиморфизм ДНК. Репликация различных ДНК и ее регуляция.
Теломерные последовательности ДНК. Повреждения и репарация ДНК. Структура
транскриптонов и регуляция транскрипции у про- и эукариот. Процессинг РНК. Сплайсинг и
его виды. Рибозимы. Обратная транскрипция. РНК-сордержащие вирусы. Молекулярные
основы канцерогенеза. Онкогены. Связь структуры и функции белков. Белковая инженерия.
Внеклеточный синтез белков. Межмолекулярные взаимодействия и их роль в
функционировании живых систем. Молекулярные основы эволюции, дифференцировки
развития и старения. Молекулярные механизмы регуляции клеточного цикла.
Программируемая клеточная гибель. 100 часов.
1.5 Объем дисциплины и виды учебной работы (для всех специальностей, на которых
читается данная дисциплина):
№
п/п
Шифр
и Курс Семестр
наименование
специальности
Виды учебной работы в часах
ТрудоВсего Л
ПР/ Л
емкость аудит. К
СМ Б
Сам.
работа
1.
2.
050102 Биология 5
050102.00
5
Биология
с
дополнительной
специальностью
география
050102 Биология 6
ЗФО
10
10
100
75
50
42
40
24
8
10
10
50
33
Вид
итогового
контроля
(форма
отчетности)
зачет
экзамен
-
100
14
10
-
4
86
зачет
3.
1.6 Содержание дисциплины.
1.6.1 Разделы дисциплины и виды занятий (в часах). Примерное распределение учебного
времени:
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Наименование раздела,
темы
Предмет молекулярной
биологии.
Основные
этапы
развития.
Основные открытия.
Методы молекулярной
биологии.
Доказательства
генетической
роли
нуклеиновых
кислот.
Структура нуклеиновых
кислот.
Разнообразие структур
и функций белков.
Транскрипция.
Процессинг первичных
транскриптов.
Синтез белков в клетке.
Репликация ДНК.
Репарация ДНК.
Молекулярные основы
генетической
рекомбинации.
Структура геномов.
Межмолекулярные
взаимодействия.
Количество часов
Вариант 1
Всего
ауд.
2
ЛК
6
4
4
Вариант 2
ПР/СМ
ЛБ
Сам.раб.
Всего
ауд.
2
ЛК
8
4
4
2
2
4
4
4
2
2
5
2
4
2
1
2
5
2
2
2
7
5
3
4
6
4
2
2
1
2
20
2
2
2
7
3
2
3
4
2
1
1
6
2
4
2
2
4
4
2
2
2
20
ПР/СМ
ЛБ
Сам.раб.
2
2
10
2
1
2
2
1
2
13
2
2
2
2
4
2
Итого:
50
40
10
50
42
24
8
10
33
Примечание:
Вариант 1 для специальности 050102 Биология
Вариант 2 для специальности 050102.00 Биология с дополнительной специальностью
география
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Наименование раздела,
темы
Предмет молекулярной
биологии.
Основные
этапы
развития.
Основные открытия.
Методы молекулярной
биологии.
Доказательства
генетической
роли
нуклеиновых
кислот.
Структура нуклеиновых
кислот.
Разнообразие структур
и функций белков.
Транскрипция.
Процессинг первичных
транскриптов.
Синтез белков в клетке.
Репликация ДНК.
Репарация ДНК.
Молекулярные основы
генетической
рекомбинации.
Структура геномов.
Межмолекулярные
взаимодействия.
Итого:
Количество часов
Вариант 3
Всего
ауд.
1
Вариант 4
ЛК
ПР/СМ
ЛБ
1
1
Сам.раб.
Всего
ауд.
ЛК
ПР/СМ
ЛБ
Сам.раб.
2
1
20
1
1
6
1
1
4
2
1
1
1
1
10
4
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
20
4
4
2
1
1
14
10
4
6
4
86
Примечание:
Вариант 3 для специальности 050102 Биология ЗФО
1.6.2 Содержание разделов дисциплины.
1.6.3 Темы для самостоятельного изучения.
№ Наименование раздела
п/п дисциплины.
Тема.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Методы
молекулярной
биологии.
Генетический код.
Структура рибосом
Репликация,
рекомбинация
Транскрипция, трансляция
Вирусы,
плазмиды,
транспозоны
Форма
самостоятельной
работы
Кол-во
часов
1
2
вопросы
для
самостоятельного
изучения контрольная
работа
контрольная работа
решение задач
решение задач
решение задач
20
10
Форма
контроля
выполнения
самостоятельной
работы
коллоквиум
10
8
4
4
4
6
5
4
4
4
проверка контр. работ
проверка контр. работ
проверка тетрадей
проверка тетрадей
проверка тетрадей
50
33
Итого:
Примечание:
Вариант 1 для специальности 050102 Биология
Вариант 2 для специальности 050102.00 Биология с дополнительной специальностью
география
1.7 Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
1.7.1 План последовательного проведения лабораторных занятий.
Лабораторная работа № 1. Идентификация патогенных бактерий с использованием
полимеразной цепной реакции (виртуальная лаборатория).
План работы:
1. Выделение тотальной бактериальной ДНК из образцов проб крови пациентов.
2. Амплификация фрагментов ДНК, кодирующих 16S рРНК.
3. Секвенирование фрагментов ДНК.
4. Анализ полученных последовательностей ДНК и идентификация бактерий.
Вопросы для коллективного обсуждения:
1. Как осуществляется полимеразная цепная реакция? Для чего ее используют?
2. Как отделить фрагменты ДНК, необходимые для данного анализа, от других фрагментов
ДНК?
3. Как работает ДНК-секвенсор?
Лабораторная работа № 2. Синтез РНК и белка.
План работы: решение задач по теме.
Вопросы для коллективного обсуждения:
1. Отличительные особенности транскрипции у прокариот и эукариот.
2. Регуляция транскрипции.
3. Свойства генетического кода.
4. Этапы синтеза белка в клетке.
5. Регуляция трансляции у прокариот и эукариот.
Лабораторная работа № 3. Репликация. Механизмы репарации.
План работы: решение задач по теме.
Вопросы для коллективного обсуждения:
1. Белки и ферменты, участвующие в репликации ДНК.
2. Принципы репликации.
3. Обратная транскрипция.
4. Типы репарации ДНК.
Лабораторная работа № 4. Механизмы генетической рекомбинации.
План работы: решение задач по теме.
Вопросы для коллективного обсуждения:
1. Типы генетической рекомбинации.
2. Молекулярный механизм гомологической рекомбинации.
3. Сайт-специфическая рекомбинация.
4. Конверсия генов.
Лабораторная работа № 5. Вирусы, плазмиды и транспозоны.
План работы: решение задач по теме.
Вопросы для коллективного обсуждения:
1. Типы генетического материала и механизм его репликации у разных вирусов.
2. Типы взаимодействия вируса с клеткой-хозяином.
3. Бактериальные плазмиды и эписомы.
4. Подвижные генетические элементы бактерий и эукариот.
1.8 Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
1.8.1 Рекомендуемая литература:
Основная:
1. Коничев А. С. Молекулярная биология : учебник для студ. вузов, обуч. по спец. 032400
"Биология" / Коничев А. С., Севастьянова Г. А. - 2-е изд., испр. - М. : Академия, 2005. 400 с.
2. Плотникова С. В. Основные биоорганические соединения, рассматриваемые в курсе
биохимии и молекулярной биологии : учебно-метод.пособие : в 2 ч. / Плотникова С. В. ;
М-во образования РФ,МГПИ. - Мурманск, 2001. - 25 с.
3. Современное естествознание : энциклопедия : в 10 т. : Т.8 : Молекулярные основы
биологических процессов / Междунар.Соросовская Программа Образования в Области
Точных Наук ; гл. ред. энцикл. В. Н. Сойфер ; ред. тома Ю. А. Владимиров. - М. : Изд.Дом
"МАГИСТР-ПРЕСС", 2000. - 408 с.
Дополнительная:
1. Биотехнология / Отв. ред. А.А.Баев. — М.: Наука, 1984.
2. Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология. — М.: Мир, 1982. — Т. 1-3.
3. Коротяев И., Лищенко Н.Н. Молекулярная биология и медицина. — М.: Медицина, 1987.
4. Льюин Б. Гены. – М.: «Мир», 1987.
5. Молекулярная биология клетки / Б.Альбертс и др. — М.: Мир, 1994. — Т. 1-3.
6. Молекулярная биология: Структура и биосинтез нуклеиновых кислот / Под ред.
А.С.Спирина. — М.: Высшая школа, 1990.
7. 3. Молекулярная биология: Структура рибосом и биосинтез белка / Под ред.
А.С.Спирина. — М.: Высшая школа, 1986.
8. Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия. — М.: Просвещение, 1987.
9. Патрушев Л.И. Экспрессия генов. – М.: Наука, 2000.
10. Проблемы и перспективы молекулярной генетики. Том 1 / Отв. ред. Е.Д. Свердлов – М.:
Наука, 2003.
11. Программируемая клеточная гибель/ Под ред. В.С.Новикова. — СПб.: Наука, 1996.
12. Роллер Э. Открытие основных законов жизни. — М., 1978.
13. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х томах – М.: «Мир», 1998.
14. Степанов В.М. Молекулярная биология. Структура и функции белков. — М.: Высшая
школа, 1996.
15. Телитненко М.М., Остроумов С.А. Введение в проблемы биохимической экологии. —
М.: Наука, 1990.
16. Уотсон Дж., Туз Дж., Курц Д. Рекомбинантые ДНК. — М.: Мир, 1986.
Литература к практикуму:
1. Филиппович Ю.Б., Егорова Т.А., Севастьянова Г.А. Практикум по общей биохимии. —
М.: Просвещение, 1982.
2. Методы анализа белков и нуклеиновых кислот в тканях и органах насекомых:
Методические разработки / Под ред. Ю.Б.Филипповича, Г.А. Севастьяновой. - Ч. 1. - М.:
МГПИ им. В.И. Ленина, 1980.
3. Практикум по биохимии / Под ред. С.Е.Северина, Г.А.Соловьевой. — М.: Изд-во МГУ,
1989.
1.9 Материально-техническое обеспечение дисциплины
1.9.1 Перечень используемых технических средств: компьютер, графопроектор.
1.9.2 Перечень используемых пособий: презентации, прозрачные пленки со схемами и
рисунками.
1.9.3 Перечень видео- и аудиоматериалов программного обеспечения: CD “Holiday Lectures
on Science CD-ROM” (Virtual Bacterial ID Lab).
1.10 Примерные зачетные тестовые задания.
Вариант 1
1. Произошла мутация в кодирующей последовательности
5'- CAG ААТ АСС TGA TTG ATA GCA -3'Мутантная последовательность имеет вид:
5'- CAG AAT ACT GAT TGA TAG CA -3'
Определите характер мутации:
А) делеция
Б) нонсенс
В) сдвиг рамки считывания
2. Нормальная аллель гена содержит 2 сайта узнавания для рестриктазы R, расстояние между
которыми составляет 4 кб. Мутантная аллель возникла в результате замены пары оснований,
приведшей к появлению дополнительного сайта рестрикции.
Определите генотип пациента по приведенному результату рестрикционного анализа:
4 кб
2.5кб
1.5кб
А) нормальная гомозигота
Б) мутантная гомозигота
В) гетерозигота
3. Для работы ДНК-полимеразы необходимо наличие:
A) однонитевой матричной ДНК
Б) инициируещего кодона
B) двунитевого участка на 3' конце молекулы
Г) четырех типов дезокситрифосфатов
Д) транспортных РНК
4. Идентификация в геномной ДНК участков, комплементарных ДНК-зонду, может
осуществляться методом:
A) Нозерн блот-гибридизации
Б) Вестерн блот-гибридизации
B) блот-гибридизации по Саузерну
Г) гибридизации in situ на хромосомных препаратах
Д) гибридизации in situ на гистологических препаратах
1.11 Примерный перечень вопросов к зачету, экзамену.
1. Предмет и задачи молекулярной биологии. Предпосылки ее возникновения, основные
открытия. Перспективы развития молекулярной биологии.
2. Физические, биохимические и биологические методы исследования в молекулярной
биологии.
3. Первичная структура ДНК. Межнуклеотидная связь. Нуклеазы рестрикции. Физическое
картирование ДНК. Секвенирование ДНК.
4. Вторичная структура ДНК. Правила Э. Чаргаффа. Модель ДНК Дж. Уотсона и Ф. Крика.
Полиморфизм двойной спирали ДНК. Сверхспирализация ДНК.
5. Третичная структура ДНК вирусов и бактерий. Уровни организации хроматина в
эукариотических клетках.
6. Доказательства генетической роли ДНК. Полуконсервативный механизм репликации ДНК
(работы М. Мезельсона и Сталя).
7. Репликация ДНК. Ферменты репликации. Точность синтеза ДНК и коррекция. Основные
принципы репликации.
8. Особенности репликации у прокариот и эукариот. Топологические проблемы репликации.
Регуляция репликации.
9. Репарация ДНК и ее виды: прямая реактивация, темновая репарация, эксцизионная
репарация. SOS-репарация. Репарация неспаренных нуклеотидов.
10. Молекулярные механизмы гомологичной рекомбинации. Генная конверсия. Сайтспецифическая рекомбинация.
11. Транскрипция у прокариот. Структура РНК-полимеразы. Цикл транскрипции. Понятие об
опероне. Регуляция транскрипции у прокариот.
12. Особенности транскрипции у эукариот. Факторы транскрипции. Энхансеры и
сайленсеры. Механизмы активации белков-регуляторов транскрипции. Значение гормонов в
регуляции транскрипции.
13. Подвижные генетические элементы прокариот и эукариот, механизмы их перемещения и
роль в эволюции.
14. Денатурация и ренатурация ДНК. Метод реассоциации в изучении генома эукариот.
Сателлитная ДНК. Умеренные повторы и уникальные последовательности генома.
Мозаичность строения эукариотических генов.
15. Репликация и транскрипция вирусных геномов.
16. Процессинг первичных транскриптов у прокариот и эукариот. Регуляция экспрессии
генов путем альтернативного сплайсинга. Транс-сплайсинг.
16. Процессинг иРНК у прокариот и эукариот. Механизм сплайсинга и его виды. Регуляция
экспрессии генов путем альтернативного сплайсинга. Транс-сплайсинг. Редактирование РНК.
17. Процессинг рРНК и тРНК у прокариот и эукариот. Аутосплайсинг. Природные и
синтетические рибозимы (нуклеозимы, минизимы) и перспективы их использования.
17. Обратная транскрипция. Роль обратной транскрипции в эволюции и изменчивости
генома. Ретротранспозоны, их типы. Псевдогены.
18. Аминокислотный состав белков. Пептиды. Первичная структура белков. Структурные
особенности пептидной связи. Методы определения первичной структуры белка.
19. Вторичная структура белков. α-Спираль, β-структура, β-изгиб. Оптические методы
изучения вторичной структуры. Прионизация белков.
20. Третичная структура белков. Денатурация и ренатурация белка. Молекулярные
шапероны. Методы изучения третичной структуры белков.
21. Четвертичная структура белка и ее функциональное значение. Методы исследования
четвертичной структуры белков.
22. История открытия информационной РНК. Структура иРНК. Расшифровка генетического
кода. Основные свойства генетического кода.
23. История открытия транспортных РНК. Структура тРНК. Аминоацил-тРНК-синтетазы.
Аминоацилирование тРНК.
24. Рибосомы, их локализация в клетке. Рибосомные РНК и белки. Четвертичная структура
рибосом. Структурные превращения рибосом. Прокариотический и эукариотический типы
рибосом. Полирибосомы. Бесклеточные системы трансляции.
25. Инициация трансляции. Общие принципы, значение, основные этапы инициации.
Инициация трансляции у прокариот и эукариот. Белковые факторы инициации.
26. Элонгация трансляции. Поступление аминоацил-тРНК в рибосому. Транспептидация.
Транслокация. Факторы элонгации.
27. Терминация трансляции: терминирующие кодоны, белковые факторы терминации,
гидролиз пептидил-тРНК.
28. Регуляция трансляции. Трансмембранный перенос белков. Котрансляционные и
посттрансляционные модификации белков.
1.12 Комплект экзаменационных билетов (утвержденный зав. кафедрой до начала
сессии): хранится на кафедре.
1.13 Примерная тематика рефератов.
1. ДНК — материальный носитель наследственной информации.
2. Биосинтез белка в клетке.
3. Транскрипция и трансляция.
4. Генетический код и его свойства.
5. Регуляция белкового синтеза.
6. Строение и функции гена.
7. Химический и ферментативный синтез генов. Выделение генов.
8. Современное представление о гене.
9. Генетическая инженерия.
1.14 Примерная тематика курсовых работ – не предусмотрена.
1.15 Примерная тематика квалификационных (дипломных) работ – не предусмотрена.
1.16 Методика(и) исследования (если есть) – не предусмотрена.
1.17 Балльно-рейтинговая система, используемая преподавателем для оценивания
знаний студентов по данной дисциплине: не применяется.
РАЗДЕЛ 2. Методические указания по изучению дисциплины (или её разделов) и
контрольные задания для студентов заочной формы обучения.
Студенту-заочнику в контрольной работе следует в сжатой форме изложить основные
положения темы, ответить на поставленные вопросы, решить задачи, сделать (при
необходимости) схематические зарисовки с соответствующими пояснениями.
Решение задач по молекулярной генетике предусматривает знание молекулярных
основ наследственности: кодирование генетической информации, процессов репликации
ДНК, принципов транскрипции и трансляции наследственной информации.
Курс насыщен большим количеством специальных терминов. Для их усвоения
необходимо выписать незнакомые термины и дать им объяснения. В рекомендуемых
учебниках приводится краткий словарь терминов, можно пользоваться также
биологическими энциклопедическими словарями.
РАЗДЕЛ 3. Содержательный компонент теоретического материала.
Лекция № 1. История возникновения и развития молекулярной биологии.
1. Молекулярная биология – наука о механизмах хранения, воспроизведения, передачи и
реализации генетической информации, о структуре и функции нуклеиновых кислот и
белков.
2. Роль биохимии, цитологии и генетики в становлении молекулярной биологии.
3. Качественный скачок в развитии молекулярной биологии, связанный с раскрытием
основных путей хранения, передачи и реализации генетической информации в 50—70-х
годах XX века.
4. Расцвет молекулярной биологии в 80-е годы XX века в связи с разработкой
генноинженерных методов.
5. Современные теоретические и практические задачи, перспективы развития молекулярной
биологии.
Вопросы для самопроверки:
1. Что изучает молекулярная биология?
2. назовите основные моменты в истории развития молекулярной биологии.
3. Каков вклад российских ученых в развитие молекулярной биологии?
Литература:
1. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
2. Проблемы и перспективы молекулярной генетики. Том 1 / Отв. ред. Е.Д. Свердлов – М.:
Наука, 2003.
3. Ратнер В.А. Хроника великого открытия: идеи и лица // Природа. 1998. № 4. С.
Лекция № 2. Методы молекулярной биологии.
1. Физические методы изучения структуры и свойств нуклеиновых кислот и белков:
рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, метод радиоактивных изотопов,
седиментационный анализ и др.
2. Биохимические методы: хроматография, электрофорез, изоэлектрофокусирование и
другие методы фракционирования биополимеров.
3. Биологические: культуры клеток, гибридные клетки, бесклеточные системы, клеточные
линии гибридов, получение моноклональных антител.
Вопросы для самопроверки:
1. Опишите принципы основных методов молекулярной биологии.
Литература:
1. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
2. Методы анализа белков и нуклеиновых кислот в тканях и органах насекомых:
Методические разработки / Под ред. Ю.Б.Филипповича, Г.А. Севастьяновой. - Ч. 1. - М.:
МГПИ им. В.И. Ленина, 1980.
3. Практикум по биохимии / Под ред. С.Е.Северина, Г.А.Соловьевой. — М.: Изд-во МГУ,
1989.
4. Филиппович Ю.Б., Егорова Т.А., Севастьянова Г.А. Практикум по общей биохимии. —
М.: Просвещение, 1982.
Лекция № 3. Основы генетической инженерии.
1. Понятие о рекомбинантных ДНК.
2. Рестрикция ДНК. Рестриктазы и их виды, свойства и особенности воздействия на ДНК.
3. Клонирование ДНК. Плазмиды, их свойства и функции. Векторы молекулярного
клонирования.
4. Гибридизация нуклеиновых кислот, ДНК-зонды. Блоттинг, его виды.
5. Определение нуклеотидных последовательностей ДНК (секвенирование): метод
Максама—Гилберта, метод Сангера-Коульсона и их модификации.
6. Способы получения генов. Химико-ферментативный синтез генов. Получение генов с
использованием обратной транскриптазы.
7. Полимеразная цепная реакция и другие методы амплификации нуклеиновых кислот.
8. Создание искусственных генетических систем.
Вопросы для самопроверки:
1. Что такое рекомбинантная ДНК, как ее создают и для чего применяют?
2. Какие векторы используются для молекулярного клонирования?
3. Опишите основные виды рестриктаз, их свойства и особенности воздействия на ДНК.
4. Какие разновидности блоттинга вы знаете? В каких случаях их применяют?
5. Опишите разные способы получения генов.
6. Что такое библиотека генов и какие виды библиотек бывают?
Литература:
1. Биотехнология / Отв. ред. А.А.Баев. — М.: Наука, 1984.
2. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
3. Уотсон Дж., Туз Дж., Курц Д. Рекомбинантые ДНК. — М.: Мир, 1986.
1.
2.
3.
4.
Лекция № 4. Нуклеиновые кислоты.
1. Доказательства генетической роли нуклеиновых кислот.
2. Первичная структура нуклеиновых кислот.
3. Макромолекулярная структура нуклеиновых кислот.
4. Неканонические формы ДНК.
Вопросы для самопроверки:
1. Какие эксперименты послужили доказательством генетической роли нуклеиновых
кислот?
2. Что такое нерегулярные биополимеры?
3. Опишите разницу между понятиями нуклеотид, нуклеозид и азотистое основание.
4. Чем отличается строение ДНК и РНК?
5. Какие формы ДНК вы знаете?
Литература:
Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
Льюин Б. Гены. – М.: «Мир», 1987.
Молекулярная биология: Структура и биосинтез нуклеиновых кислот / Под ред. А.С.Спирина.
— М.: Высшая школа, 1990.
Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х томах – М.: «Мир», 1998.
Лекция № 5. Нуклеиновые кислоты.
1. Сверхспирализация ДНК. Конформационные переходы в сверхспирализованной
молекуле. Топоизомеразы и топоизомеры ДНК.
2. Разновидности и функции РНК.
3. Строение иРНК, тРНК, рРНК.
4. Концепция «Мир РНК».
Вопросы для самопроверки:
1. Какие разновидности топоизомераз встречаются в клетках прокариот и эукариот?
2. Какие процессы в клетке происходят при участии топоизомераз?
3. Каков механизм действия топоизомераз?
4. Перечислите все виды РНК, встречающиеся в клетках живых организмов. Какие функции
они выполняют?
5. Почему считается, что РНК являются эволюционно наиболее древними молекулами?
Литература:
1. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
2. Молекулярная биология: Структура и биосинтез нуклеиновых кислот / Под ред.
А.С.Спирина. — М.: Высшая школа, 1990.
3. Спирин А.С. Рибонуклеиновые кислоты как центральное звено живой материи //Вестник
Российской академии наук. 2003. Т. 73. № 2. С. 117-127.
Лекция № 6. Репликация ДНК.
1. Основные принципы репликации.
2. Доказательство полуконсервативного механизма репликации.
3. Ферменты репликации.
4. Репликативная вилка, ее организация и функционирование.
5. Особенности репликации у прокариот. Репликация кольцевых и линейных ДНК
прокариот.
6. Особенности репликации у эукариот. Теломерные последовательности ДНК. Структура и
функции теломеразы человека. Теория старения в связи с динамикой структуры
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1.
2.
3.
4.
теломеры.
Вопросы для самопроверки:
1. Особенности ферментативного аппарата репликации ДНК у прокариот и эукариот.
2. Что такое репликон, унирепликонный и мультирепликонный механизмы репликации?
3. Как решается проблема репликации кольцевых молекул ДНК?
4. Как решается проблема репликации теломерных участков линейных молекул ДНК?
Литература:
Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
Льюин Б. Гены. – М.: «Мир», 1987.
Молекулярная биология клетки / Б.Альбертс и др. — М.: Мир, 1994. — Т. 1-3.
Молекулярная биология: Структура и биосинтез нуклеиновых кислот / Под ред. А.С.Спирина.
— М.: Высшая школа, 1990.
Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х томах – М.: «Мир», 1998.
Лекция № 7. Регуляция репликации ДНК.
Регуляция репликации у прокариот.
Регуляция репликации у эукариот.
Роль метилирования в регуляции репликации. Импринтинг и его биологические последствия.
Метилирование ДНК в онтогенезе и эволюции организмов.
Вопросы для самопроверки:
1. Как осуществялется регуляция репликации у прокариот и эукариот?
2. Что такое метилирование ДНК, когда оно осуществляется, какие ферменты в этом
участвуют?
3. Какова роль метилирования ДНК в процессах жизнедеятельности клетки, в онтогенезе и
эволюции организмов?
Литература:
1. Ванюшин Б.Ф. Материализация эпигенетики, или Небольшие изменения с большими
последствиями // Химия и жизнь. 2004. № 2. С. 32-37.
2. Гвоздев В.А. Регуляция активности генов, обусловленная химической модификацией
(метилированием) ДНК // Соросовский образовательный журнал. 1999. № 10. С. 11-17.
3. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
4. Молекулярная биология: Структура и биосинтез нуклеиновых кислот / Под ред.
А.С.Спирина. — М.: Высшая школа, 1990.
Лекция № 8. Репарация ДНК.
1. Прямая репарация
2. Эксцизионная репарация.
3. SOS-репарация.
4. Ферменты репарации.
5. Репарация и метилирование ДНК.
6. Молекулярные основы канцерогенеза. Онкогены.
Вопросы для самопроверки:
1. Какие виды повреждения ДНК бывают и каковы их причины?
2. Какие механизмы репарации ДНК вам известны? В каких случаях они используются
клеткой?
3. Как взаимосвязаны процессы репарации и метилирования ДНК?
4. Что такое онкогены и какую роль в процессах канцерогенеза они играют?
Литература:
1. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
2. Ланцов В.А. Репарация ДНК и канцерогенез: универсальные механизмы репарации у прои эукариот и последствия их повреждения у человека // Молекулярная биология. М. 1998.
Т. 32. Вып. 5. С. 757-772.
3. Программируемая клеточная гибель / Под ред. В.С.Новикова. — СПб.: Наука, 1996.
4. Самуилов В.Д., Олескин А.В., Лагунова Е.М. Программируемая клеточная смерть //
Биохимия. М. 2000. Т. 65. Вып. 8. С. 1029-1046.
5. Сойфер В.Н. Репарация генетических повреждений // Соросовский образовательный
журнал. М. 1997. Вып. 8. С. 4-13.
6. Телитненко М.М., Остроумов С.А. Введение в проблемы биохимической экологии. — М.:
Наука, 1990.
Лекция № 9. Рекомбинация.
1. Общая рекомбинация.
2. Сайтспецифическая рекомбинация.
3. Роль рекомбинации в пострепликативной репарации, в возникновении хромосомных
перестроек.
4. Генная конверсия.
Вопросы для самопроверки:
1. Опишите механизмы общей рекомбинации и сайтспецифической рекомбинации.
2. Приведите примеры биологических явлений, основой которых является гомологичная
рекомбинация.
3. Что такое генная конверсия? Как она возникает?
Литература:
1. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
2. Льюин Б. Гены. – М.: «Мир», 1987.
3. Молекулярная биология клетки / Б.Альбертс и др. — М.: Мир, 1994. — Т. 1-3.
4. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х томах – М.: «Мир», 1998.
Лекция № 10. Структура геномов.
1. Геномика – наука о геномах.
2. Структура геномов вирусов и фагов. Биосинтез вирусных нуклеиновых кислот.
3. Геном прокариот. Рестрикция и модификация ДНК. Плазмиды и мобильные генетические
элементы бактерий.
4. Геном эукариот. Уникальные и повторяющиеся последовательности ДНК. Сателлитная
ДНК. Мозаичность генов эукариот. Подвижные элементы генома эукариот.
5. Геномы митохондрий и хлоропластов.
6. Банки нуклеотидных последовательностей, программа “Геном человека”. Геномная
дактилоскопия.
Вопросы для самопроверки:
1. Особенности структуры генов прокариот и эукариот.
2. Особенности расположения генов в геномах прокариот, эукариот и вирусов.
3. Мобильные генетические элементы прокариот и эукариот и механизмы их перемещения
по геному.
4. Структура геномов митохондрий и пластид.
Литература:
1. Жимулев И.Ф. Современные представления о структуре гена у эукариот // Соросовский
образовательный журнал. 2000. Т. 6. № 7. С. 17-24.
2. Киселев Л.Л. Геном человека и биология XXI века // Вестник РАН. 2000. Т. 70. Вып. 5. С.
412-424.
3. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
4. Свердлов Е.Д. Микрокосм генома // Молекулярная биология. М. 1999. Т. 33. Вып. 6. С.
917-940.
5. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х томах – М.: «Мир», 1998.
Лекция № 11. Транскрипция.
1. Принципы транскрипции.
2. Структура РНК-полимеразы.
3. Этапы транскрипции (инициация, элонгация, терминация).
4. Строение мРНК. Транскриптон.
5. Особенности транскрипции у прокариот.
6. Особенности транскрипции у эукариот. Факторы транскрипции.
7. Обратная транскрипция. Роль обратной транскрипции в эволюции и изменчивости
генома. Ретротранспозоны, их типы.
Вопросы для самопроверки:
1. РНК-полимеразы прокариот и эукариот: строение, функции.
2. Строение промотора у прокариот и эукариот.
3. Инициация транскрипции у прокариот и эукариот.
4. Терминация транскрипции у прокариот и эукариот.
5. Особенности транскрипции у эукариот.
6. Понятия оперон, транскриптон.
Литература:
1. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
2. Молекулярная биология: Структура и биосинтез нуклеиновых кислот / Под ред.
А.С.Спирина. — М.: Высшая школа, 1990.
3. Патрушев Л.И. Экспрессия генов. – М.: Наука, 2000.
4. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х томах – М.: «Мир», 1998.
Лекция № 12. Регуляция транскрипции.
1. Позитивная и негативная регуляция транскрипции.
2. Регуляция транскрипции на этапе инициации, элонгации и терминации транскрипции.
3. Регуляция транскрипции у прокариот. Понятие об опероне. Роль аттенюаторов и рибосом
в регуляции транскрипции.
4. Регуляция транскрипции у эукариот. Энхансеры и сайленсеры. Механизмы активации
белков-регуляторов транскрипции. Значение гормонов в регуляции транскрипции.
Вопросы для самопроверки:
1. Примеры позитивной и негативной регуляции транскрипции у прокариот.
2. Аттенюация.
3. Основные механизмы регуляции транскрипции у эукариот.
Литература:
1. Гвоздев В.А. Механизмы регуляции активности генов в процессе транскрипции //
Соросовский образовательный журнал. 1996. № 1. С. 23-31.
2. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
3. Молекулярная биология: Структура и биосинтез нуклеиновых кислот / Под ред.
А.С.Спирина. — М.: Высшая школа, 1990.
4. Патрушев Л.И. Экспрессия генов. – М.: Наука, 2000.
5. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х томах – М.: «Мир», 1998.
Лекция № 13. Процессинг РНК.
1. Особенности процессинга тРНК и рРНК у бактерий.
2. Процессинг про-мРНК и созревание мРНК у эукариот (кэпирование, сплайсинг,
полиаденилирование).
3. Роль малых ядерных РНК и белковых факторов. Сплайсосома.
4. Особенности процессинга рРНК в ядрышке.
5. Аутосплайсинг. Природные и синтетические рибозимы и перспективы их использования.
6. Альтернативный сплайсинг, его биологические последствия.
7. Транс-сплайсинг.
Вопросы для самопроверки:
1. Особенности созревания РНК у прокариот.
2. Процессы, приводящие к созреванию рРНК и тРНК у эукариот.
3. Этапы созревания иРНК эукариот.
4. Понятия сплайсинг, аутосплайсинг, альтернативный сплайсинг, транс-сплайсинг.
Значение этих процессов.
Литература:
1. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
2. Молекулярная биология: Структура и биосинтез нуклеиновых кислот / Под ред.
А.С.Спирина. — М.: Высшая школа, 1990.
3. Патрушев Л.И. Экспрессия генов. – М.: Наука, 2000.
4. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х томах – М.: «Мир», 1998.
Лекция № 14. Разнообразие структур и функций белков.
1. Аминокислотный состав белков. Пептиды.
2. Первичная структура белков. Структурные особенности пептидной связи.
3. Роль водородных связей в формировании вторичной структуры белков. α-Спираль, βструктура, β-изгиб.
4. Прионизация белков и патологические последствия этого явления.
Вопросы для самопроверки:
1. Аминокислоты, пептиды. Пептидная связь.
2. Вторичная структура белка. Сверхвторичные структуры. Домены.
3. Прионизация белков и патологические последствия этого явления.
Литература:
1. Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология. — М.: Мир, 1982. — Т. 1-3.
2. Молекулярная биология клетки / Б.Альбертс и др. — М.: Мир, 1994. — Т. 1-3.
3. Степанов В.М. Молекулярная биология. Структура и функции белков. — М.: Высшая
школа, 1996.
Лекция № 15. Разнообразие структур и функций белков.
1. Сверхвторичные структуры белков; учение о белковых доменах.
2. Третичная структура белков. Денатурация и ренатурация белка.
3. Формирование пространственной структуры белка в живой клетке.
4. Конструирование каталитически активных антител — абзимов и перспективы их
применения.
5. Молекулярные шапероны и их роль в фолдинге полипептидных цепей.
6. Четвертичная структура белка и ее функциональное значение.
Вопросы для самопроверки:
1. Примеры связи структуры и функций белков у ферментов, иммуноглобулинов, белков,
обеспечивающих двигательную функцию, белков-рецепторов гормонов и др.
2. Роль различных групп белков (изоферментов, иммуноглобулинов, фосфо- и
гликопротеинов, металлотионеинов, белков теплового шока и др.) в развитии
резистентности и адаптации к веществам, загрязняющим экосистемы.
3. Роль каталитически активных белков в детоксикации ксенобиотиков.
4. Конструирование каталитически активных антител — абзимов и перспективы их
применения.
Литература:
1. Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология. — М.: Мир, 1982. — Т. 1-3.
2. Молекулярная биология клетки / Б.Альбертс и др. — М.: Мир, 1994. — Т. 1-3.
3. Степанов В.М. Молекулярная биология. Структура и функции белков. — М.: Высшая
школа, 1996.
Лекция № 16. Генетический код.
1. Расшифровка генетического кода.
2. Основные свойства генетического кода.
3. Таблица генетического кода.
Вопросы для самопроверки:
1. История открытия генетического кода.
2. Свойства генетического кода.
3. Особенности кодового словаря.
Литература:
1. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
2. Льюин Б. Гены. – М.: «Мир», 1987.
3. Молекулярная биология клетки / Б.Альбертс и др. — М.: Мир, 1994. — Т. 1-3.
4. Роллер Э. Открытие основных законов жизни. — М., 1978.
5. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х томах – М.: «Мир», 1998.
Лекция № 17. Рибосомы и их роль в биосинтезе белка.
1. Локализация рибосом в клетке.
2. Рибосомные РНК и рибосомные белки.
3. Четвертичная структура рибосом. Структурные превращения рибосом.
4. Прокариотический и эукариотический типы рибосом.
5. Полирибосомы.
Вопросы для самопроверки:
1. Современные представления о структуре рибосом.
2. Особенности структуры рибосом у эукариот и прокариот. Рибосомы митохондрий и
пластид.
3. Функциональные центры рибосом.
Литература:
1. Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология. — М.: Мир, 1982. — Т. 1-3.
2. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
3. Молекулярная биология: Структура рибосом и биосинтез белка / Под ред. А.С.Спирина.
— М.: Высшая школа, 1986.
Лекция № 18. Биосинтез белка.
1. Первичная, вторичная и третичная структура транспортной РНК. Аминоацилирование
тРНК.
2. Этапы синтеза белка на рибосомах (инициация, элонгация, терминация).
3. Инициация трансляции. Общие принципы, значение, основные этапы инициации.
Инициация трансляции у прокариот и эукариот. Белковые факторы инициации.
4. Элонгация трансляции. Поступление аминоацил-тРНК в рибосому. Транспептидация.
Транслокация. Факторы элонгации.
5. Терминация трансляции: терминирующие кодоны, белковые факторы терминации,
гидролиз пептидил-тРНК.
Вопросы для самопроверки:
1. Этапы биосинтеза белка.
2. Этапы инициации трансляции, ее особенности у прокариот и эукариот.
3. Этапы элонгации трансляции.
4. Особенности терминации трансляции.
Литература:
1. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
2. Молекулярная биология клетки / Б. Альбертс и др. — М.: Мир, 1994. — Т. 1-3.
3. Молекулярная биология: Структура рибосом и биосинтез белка / Под ред. А.С.Спирина.
— М.: Высшая школа, 1986.
Лекция № 19. Биосинтез белка.
6. Регуляция трансляции.
7. Трансмембранный перенос белков.
8. Котрансляционные и посттрансляционные модификации белков.
9. Бесклеточные системы трансляции. Понятие о белковой и ферментной инженерии.
Вопросы для самопроверки:
1. Позитивная и негативная регуляция трансляции.
2. Регуляция трансляции у бактериофагов.
3. Регуляция трансляции рибосомных белков.
4. Структура и механизм воздействия бактериальных токсинов на биосинтез белка.
5. Бесклеточные системы трансляции и перспективы их использования для внеклеточного
синтеза белков.
Литература:
1. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
2. Молекулярная биология клетки / Б. Альбертс и др. — М.: Мир, 1994. — Т. 1-3.
3. Молекулярная биология: Структура рибосом и биосинтез белка / Под ред. А.С.Спирина.
— М.: Высшая школа, 1986.
Лекция № 20. Межмолекулярные взаимодействия.
1. Белок-белковые взаимодействия и их значение для самосборки белков-мультимеров и
надмолекулярных белковых структур.
2. Белково-нуклеиновые взаимодействия в процессе регуляции активности генома, при
самосборке субклеточных структур, вирусов и фагов.
3. Белково-липидные
взаимодействия и формирование биологических мембран.
Липопротеины, их классификация и функции.
4. Межклеточная химическая сигнализация и ее типы. Рецепторы пептидных гормонов и
нейротрансмиттеров.
5. Молекулярные аспекты взаимодействия различных видов животных, растений и
микроорганизмов в экосистемах.
6. Молекулярная биология развития.
Вопросы для самопроверки:
1. Понятие о ключевых регуляторных белках у животных и человека (белки теплового шока
и пр.).
2. Белковые факторы транскрипции эукариот: особенности их структуры и взаимодействия
с ДНК.
3. Рецепторы гормонов, их типы и особенности узнавания ДНК.
Литература:
1. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. – М.: ACADEMA, 2003.
2. Корочкин Л.И. Как гены контролируют развитие клеток // Соросовский образовательный
журнал. 1996. № 1. С. 17-22.
3. Кувичкин В.В. ДНК-липидные взаимодействия in vitro и in vivo // Успехи современной
биологии. М. 2000. Т. 120. Вып. 5. С. 466-476.
4. Спирин А.С. Регуляция трансляции мРНК связывающими факторами у высших эукариот
// Успехи биологической химии. М. 1996. Т. 36. С. 3-48.
РАЗДЕЛ 4. Словарь терминов (Глоссарий).
Лекция № 1. История возникновения и развития молекулярной биологии.
Бактериофаги – вирусы бактерий.
Биоинформатика — наука, использующая средства информатики для решения различных
биологических задач (статистический анализ нуклеотидных последовательностей ДНК,
моделирование свёртывания белка, анализ его аминокислотной последовательности;
предсказание функций по первичной структуре биополимеров; моделирование
пространственной структуры биополимеров).
Геномика – наука, изучающая структуру геномов живых организмов.
Протеомика – наука, исследующая полные наборы белков, функционирующих на разных
этапах развития организма.
Рентгеноструктурный анализ – анализ трехмерного расположения атомов в молекулах,
основанный на дифракции рентгеновских лучей.
Лекция № 2. Методы молекулярной биологии.
Бесклеточные системы - многокомпонентные системы in vitro, используемые в биохимии
для воспроизведения в пробирке всех этапов синтеза биополимеров.
Метод радиоавтографии - метод регистрации веществ, меченых изотопами.
Изоэлектрофокусирование – метод разделения белков в зависимости от их заряда в
градиенте рН, создаваемом с помощью специальных реагентов (амфолинов).
Клеточная линия - культура однородных клеток, происходящих чаще всего от одной
родительской пары клеток, и обладающих определенными и относительно постоянными
свойствами и характеристиками.
Культура ткани, культура клеток - метод, позволяющий сохранять жизнеспособность
клетки и выращивать клетки, ткани, небольшие органы (или их части) животного, включая
человека, или растения вне организма на/в питательной среде.
Моноклональные антитела — антитела, вырабатываемые иммунными клетками,
принадлежащими к одному клеточному клону, то есть произошедшими из одной
плазматической клетки-предшественницы.
Ультрацентрифугирование - метод разделения и исследования высокомолекулярных
соединений, вирусов и субклеточных частиц под действием центробежных сил.
Хроматография - физико-химический метод разделения и анализа смесей, основанный на
распределении их компонентов между двумя фазами - неподвижной и подвижной (элюент),
протекающей через неподвижную.
Электрофорез — разделение электрически заряженных полимеров в электрическом поле.
Обычно ведется в гелях (гель-электрофорез), чтобы зоны разделяемых молекул не
размывались тепловым движением.
Лекция № 3. Основы генетической инженерии.
Амплификация — искусственный специфический синтез большого числа копий небольшого
фрагмента ДНК на базе ПЦР.
Библиотека генов — набор клонированных фрагментов ДНК, полностью перекрывающих
исходную молекулу ДНК, выделенную из какого-либо специфического источника.
Блот-гибридизация по Саузерну — метод идентификации участков ДНК, содержащих
комплементарные ДНК-зонду последовательности, среди электрофоретически разделенных
фрагментов ДНК, фиксированных на твердом матриксе (нитроцеллюлозных или нейлоновых
фильтрах).
Вектор (ДНК) — модифицированные плазмидные, фаговые, вирусные, дрожжевые или
бактериальные ДНК, обеспечивающие проникновение экзогенной ДНК в клетки хозяина.
Вестерн-блот гибридизация (иммуноблот) — метод идентификации с помощью меченых
антител электрофоретически разделенных антигенов, фиксированных на твердом матриксе
(нитроцеллюлоз-ных или нейлоновых фильтрах).
Геномная ДНК — тотальная ДНК, выделенная из любого биологического источника.
ДНК-зонд—любая однонитевая ДНК ограниченного размера, используемая для поиска
комплементарных последовательностей в молекуле большего размера или среди пула
разнообразных молекул ДНК.
ДНК-экспрессионные системы — клеточные культуры (бактериальные, дрожжевые или
эукариотические), синтезирующие чужеродные белки.
Клонирование — встраивание чужеродной ДНК в векторную молекулу ДНК или РНК и
введение этой конструкции в фаговые, бактериальные или эукариотические клетки хозяина.
Комплементарная ДНК (кДНК) — однонитевая ДНК, образующаяся при обратной
транскрипции мРНК.
Липкие концы — комплементарные однонитевые участки ДНК, расположенные на концах
молекул ДНК.
Нозерн-блот гибридизация — метод идентификации молекул РНК, содержащих комплементарные ДНКзонду последовательности, среди электрофоретически разделенных РНК, фиксированных на твердом матриксе
(нитроцеллюлозных или нейлоновых фильтрах).
Нуклеазы — общее название ферментов, расщепляющих молекулы нуклеиновых кислот.
Плазмиды — небольшие кольцевые двухцепочечные молекулы ДНК, способные к автономной
репликации, которые могут присутствовать в различном числе копий в бактериальных клетках; часто
используются в качестве векторных молекул.
Полимеразная цепная реакция (ПЦР), или специфическая амплификация ДНК —
избирательный синтез in vitro большого числа копий (порядка миллиона) небольшого фрагмента ДНК
размером обычно от 50 до нескольких тысяч нуклеотидов по матричной молекуле ДНК.
Рекомбинантная ДНК - химерные молекулы ДНК, составленные из фрагментов разного
происхождения.
Рестриктаза (эндонуклеаза) — фермент бактериального происхождения, разрезающий на
фрагменты двунитевую молекулу ДНК в местах, соответствующих специфической
последовательности из 4-12 нуклеотидов.
Рестрикты — фрагменты ДНК, образовавшиеся после её гидролиза рестриктазой.
Рестрикционная карта — схема молекулы ДНК, на которой указаны места разрезания её
различными рестриктазами.
Рестрикционный анализ — метод молекулярной диагностики мутаций, случайным образом
затрагивающих сайты рестрикции.
Сайт — определенное место в молекуле ДНК.
Сайт рестрикции — специфическая последовательность из 4-12 нуклеотидов, узнаваемая
эндонуклеазой; место взаимодействия рестриктазы с ДНК.
Секвенирование — определение нуклеотидной последовательности молекулы ДНК.
Лекция № 4, 5. Нуклеиновые кислоты.
Азотистое основание – гетероциклическая азотсодержащая молекула, входящая в состав ДНК и
РНК. Наибольшее распространение имеют 5 оснований: пуриновые - аденин (A), гуанин (G) и
пиримидиновые – цитозин (C), тимин (T) и урацил (U). Тимин специфичен для ДНК, а урацил –
для РНК.
Гибридизация — отжиг денатурированных нуклеиновых кислот различного происхождения с
образованием ДНК/РНК- или ДНК/ДНК-гибридов.
Дезоксирибонукпеиновая кислота (ДНК) — вещество наследственности; единственный тип
молекул, способных к самовоспроизводству и кодированию генетической информации; нитевидная
молекула, в которой остов из чередующихся остатков дезоксирибозы и фосфорной кислоты
ковалентно соединен с 4 азотистыми основаниями, расположенными в варьирующем порядке:
аденином, тимином, гуанином и цитозином; может существовать как в однонитевой, так и в
двунитевой форме за счет образования водородных связей между комплементарными парами
оснований по правилу А-Т, Г-Ц.
Денатурация ДНК (плавление ДНК) – переход ДНК из двухнитевой формы в однонитевую при
разрыве водородных связей между комплементарными парами оснований под воздействием высоких
температур.
Килобаза (кб) — единица измерения длины молекулы ДНК, равная тысяче пар оснований.
Комплементарность оснований – свойство оснований специфически спариваться друг с
другом: гуанин с цитозином и аденин с тимином (в РНК или гибридных ДНК/РНК-дуплексах
– аденин с урацилом).
Нуклеозиды - гликозиды, в состав которых входят пуриновое или пиримидиновое
основание и углевод рибоза или дезоксирибоза.
Нуклеотиды - фосфорные эфиры нуклеозидов. Нуклеотиды состоят из азотистого основания
(пуринового или пиримидинового), углевода (рибозы или дезоксирибозы) и одного или
нескольких остатков фосфорной кислоты. Нуклеотиды входят составной частью в
нуклеиновые кислоты, коферменты и др.
Отжиг – процесс восстановления (ренатурация) двухцепочечной молекулы ДНК из одиночных
полинуклеотидных цепей одного происхождения путем постепенного охлаждения.
Палиндром - последовательности в двунитчатой ДНК, в которой одинаковые основания
расположены в противоположных направлениях.
Ренатурация – восстановление (после денатурации) нативной (биологически активной)
пространственной структуры биополимера (белка или нуклеиновой кислоты). В частности,
ренатурация ДНК (после денатурации нагреванием) может происходить при медленном охлаждении,
что используется для получения гибридных гетеродуплексов.
Рибонуклеиновая кислота (РНК) — нитевидная молекула, в которой остов из чередующихся
остатков рибозы и фосфорной кислоты ковалентно соединен с 4 азотистыми основаниями,
расположенными в варьирующем порядке: аденином, урацилом, гуанином и цитозином.
Шпилька - двухцепочечный участок одноцепочечной молекулы ДНК или РНК,
образованный в результате комплементарных взаимодействий между соседними
инвертированными последовательностями нуклеотидов.
Лекция № 6, 7. Репликация ДНК.
ДНК-геликаза; белок, раскручивающий двойную спираль – фермент, катализирующий
локальное раскручивание двойной спирали ДНК вверх и/или вниз от места ее связывания с
молекулой ДНК за счет двух молекул АТФ на каждую пару нуклеотидов. ДНК-геликаза
участвует в разделении нитей в репликационной вилке в процессе репликации ДНК.
ДНК-лигаза - фермент, катализирующий образование фосфодиэфирных связей между
соседними нуклеотидами в молекуле ДНК.
ДНК-полимераза—фермент комплементарного синтеза ДНК.
ДНК-праймаза - фермент, осуществляющий синтез РНК-праймера во время репликации ДНК.
У E. coli ДНК-праймаза является отдельным ферментом и кодируется геном dna C. У эукариот
ДНК-праймаза - это субъединица αДНК-полимеразы. ДНК-праймаза отличается от обычных
РНК-полимераз тем, что способна использовать в качестве субстрата как рибо-, так и
дезоксирибонуклеотиды.
ДНК-топоизомераза I - фермент, который катализирует раскручивание негативно (но не
позитивно) суперспирализованной ДНК в кольцевую, ковалентно замкнутую двунитчатую
ДНК, за счет временной насечки (разрыва) одной нити ДНК.
ДНК-топоизомераза II - фермент, образующий временные двунитчатые разрывы в
релаксированной или суперскрученной кольцевой ДНК.
Затравка, праймер - короткий олигонуклеотид ДНК или РНК, комплементарный участку
более длинной молекулы ДНК или РНК. К его 3’-OH-концу ДНК-полимераза может добавлять
нуклеотиды в растущую цепь ДНК в 5’→3’-направлении.
Отстающая цепь, запаздывающая цепь - цепь дочерней ДНК, на которой синтез
комплементарной цепи во время репликации осуществляется посредством соединения
фрагментов Оказаки.
Праймосома - комплекс белков (ферментов), требующийся для инициации синтеза
запаздывающей цепи в репликативной вилке посредством образования фрагментов Оказаки.
Редупликация ДНК – самоудвоение молекулы ДНК.
Репликатор — участок ДНК, ответственный за инициацию репликации.
Репликон — молекула ДНК или её участок, репликация которого протекает под контролем
одного репликатора.
Теломер - концевой участок хромосомы, иногда богатый гетерохроматином, играющим роль
в сохранении целостности хромосомы за счет предотвращения слипания теломеров.
Теломераза - фермент группы трансфераз, контролирующий размер, количество и
нуклеотидный состав теломеров хромосом. Теломераза представляет собой сложный
рибонуклеопротеиновый комплекс (РНК, содержащая 159 нуклеотидов, является матрицей
для синтеза мотива TTGGG, до 100 повторов которого содержится в каждом теломере) с
молекулярной массой около 500 кД.
Точка начала репликации, ориджин репликации – нуклеотидная последовательность (oriсайт), с которой начинается синтез ДНК. Кольцевые бактериальные хромосомы содержат 1
ori-сайт, тогда как в каждой эукариотической хромосоме их много.
Фрагменты Оказаки - фрагменты ДНК размером в несколько тысяч (бактерии) или
несколько сотен (эукариоты) нуклеотидов, вновь синтезирующиеся в период ДНКрепликации с запаздывающей нити.
Экзонуклеаза — фермент, гидролизующий фосфодиэфирные связи с концов ДНК.
Эндонуклеаза — фермент, гидролизующий фосфодиэфирные связи внутри нити ДНК.
Лекция № 8. Репарация ДНК.
Ник — однонитевой разрыв в дуплексе ДНК с образованием З‘ОН- и 5‘Р-концов;
ликвидируется ДНК-лигазой.
Пострепликативная репарация, рекомбинационная репарация - обнаружение и замена
неправильно спарившихся оснований во вновь синтезированной ДНК. В основе лежит
механизм гомологичной рекомбинации. Например, у E. coli система репарации ошибок
спаривания оснований выявляет ошибочные спаривания во вновь синтезированной нити
ДНК, в результате происходит вырезание этих оснований и коротких расположенных рядом
последовательностей и восстановление их ДНК-полимеразой. Пострепликативная репарация
имеет место в тех случаях, когда для полного исправления повреждения недостаточно
процесса эксцизионной репарации.
Репарация - ферментативная коррекция ошибок в нуклеотидной последовательности
молекулы ДНК (т.е. исправление повреждений, спонтанно возникающих в процессе
репликации и рекомбинации или вызванных действием внешних факторов). Различают
фотореактивацию, эксцизионную и пострепликативную репарацию. Репарацию
осуществляют специфические репаративные ферменты.
Фотореактивация, световая репарация - явление восстановления молекул ДНК,
поврежденных УФ излучением, в результате последующего воздействия видимого света.
Этот процесс катализируется ДНК-фотолиазой, которая связывается с пиримидиновыми
димерами в темноте, но использует световую энергию (365-405, 435-445 нм) для разрыва
связей, образовавшихся между соседними тимидинами в результате воздействия УФ
излучения.
Эксцизионная репарация – явление восстановления молекул ДНК, основанном на удалении
поврежденного участка и последующем его восстановлении ДНК-полимеразой,
использующей в качестве матрицы комплементарную цепь.
SOS-репарация; репарация, склонная к ошибкам - репарация поврежденной ДНК у E. coli,
катализируемая ферментами, которые индуцируются сложным, но скоординированным
механизмом. SOS-репарация - это клеточная реакция на сильные повреждения ДНК (напр.,
радиацией) и мутации нуклеотидов, которые ингибируют репликацию. Поскольку
повреждения часто полностью разрушают матрицу, то SOS-репарация может приводить к
мутациям.
Лекция № 9. Рекомбинация.
Гомологичная рекомбинация, общая рекомбинация – обмен последовательностями между
гомологичными молекулами ДНК.
Интеграза — фермент, осуществляющий внедрение какого-либо генетического элемента в
геном через специфический сайт.
Кроссинговер - взаимный обмен генетическим материалом между гомологичными
хромосомами, приводящий к новой комбинации аллелей.
Незаконная рекомбинация – сборная группа процессов, где рекомбинация происходит без
гомологии между молекулами ДНК, и при этом без участия механизмов сайт-специфической
рекомбинации или транспозиций. В качестве примеров можно привести захват ретровирусом
некоторых клеточных генов при его эксцизии из хромосомы хозяйской клетки, а также
интеграцию фрагментов ДНК, вводимых в клетки позвоночных с помощью микроинъекций.
Механизмы незаконной рекомбинации малоизучены. Общим для них является соединение
концов негомологичных молекул ДНК.
Рекомбинация - перераспределение генетического материала родителей, приводящее к
наследственной комбинативной изменчивости. В общем смысле под рекомбинацией
понимают создание новой комбинации генов при соединении гамет родителей, более узко
рекомбинация – обмен участками хроматид и хромосом в процессе клеточного деления. У
прокариот рекомбинация осуществляется в процессе конъюгации, трансформации либо
трансдукции, у вирусов – при смешанной инфекции. У эукариот, как правило, рекомбинация
характерна для мейоза (мейотическая рекомбинация), но иногда имеет место и в митозе
(соматическая рекомбинация).
Сайт-специфическая
рекомбинация
–
рекомбинация,
происходящая
между
специфическими последовательностями ДНК в пределах очень коротких участков
гомологии, обычно 15-30 п.н. Широко распространена у прокариот и низших эукариот.
Характерным примером такой рекомбинации служит встраивание кольцевой ДНК фага λ в
хромосому Е. coli и ее обратное выщепление.
Транспозиция – процесс перемещения небольшой последовательности нуклеотидов в новый
генетический локус.
Лекция № 10. Структура геномов.
Ген — основная физическая и функциональная единица наследственности, несущая
информацию от одного поколения к другому. Ген представляет собой специфическую
последовательность нуклеотидов в ДНК, а у некоторых вирусов - в РНК, детерминирующих
или нуклеотидную последовательность транспортных РНК (тДНК), или рибосомных РНК
(рДНК), или последовательность аминокислот в белках (структурные гены).
Геном — полная генетическая система клетки, определяющая характер онтогенетического развития
организма и наследственную передачу в ряду поколений всех структурных и функциональных
признаков.
Интрон — не кодирующая область гена, вырезаемая в процессе сплайсинга при образовании
мРНК из первичного РНК-транскрипта.
Кластер генов - 1. Группа генов, входящих в семью мультигенов. 2. Повторы одного и того же
или родственных генов, расположенных на хромосоме рядом.
Лидерная последовательность, лидер - транскрибируемая часть эукариотического гена,
следующая за кэп-сайтом и предшествующая стартовому кодону.
Мобильные элементы генома - последовательности ДНК, способные перемещаться внутри
генома живых организмов.
Мультигенное семейство, семейство генов – набор структурно и функционально тесно
взаимосвязанных генов, происходящих от одного предкового гена путем дупликаций или
мутационного процесса. Могут быть кластеризованы на одной и той же хромосоме
(например, гены, кодирующие рибосомную РНК) или разбросаны по всему геному (гены
белков теплового шока).
Оперон — у прокариот совокупность совместно транскрибируемых генов, обычно
контролирующих родственные биохимические функции, экспрессия которых находится под
контролем общего регуляторного элемента.
Плазмиды — небольшие кольцевые двухцепочечные молекулы ДНК, способные к
автономной репликации, которые могут присутствовать в различном числе копий в
бактериальных клетках; часто используются в качестве векторных молекул.
Перекрывающиеся гены - гены с перекрывающимися последовательностями нуклеотидов
(напр., у фага fХ174 ген Е перекрывается с геном D). Перекрывающиеся гены продуцируют
два различных полипептида, потому что соответствующие иРНК транслируются в двух
различных рамках считывания.
Псевдоген — мутационно измененная последовательность ДНК, имеющая высокую степень
гомологии с функциональным геном, но не способная транскрибироваться или продуцирующая
неактивный генный продукт.
Сателлитные повторы — короткие, не превышающие 200 пар оснований
высокоповторяющиеся последовательности ДНК, расположенные тандемными блоками и
занимающие около 10% генома.
—микро— сателлитные ДНК с длиной повторяющегося элемента в диапазоне от 1 до 4
нуклеотидов.
—мини— сателлитные ДНК с длиной повторяющегося элемента в диапазоне от 5 до 100
нуклеотидов.
Трейлер, трейлерная последовательность – 3’-некодирующая область гена, т. е.
последовательности на 3’-конце эукариотических генов, которые не кодируют белок, но
также транскрибируются.
Экзон — кодирующий участок гена.
Лекция № 11, 12. Транскрипция.
Активатор - молекула белка или РНК, которая активирует ген после связывания с
регуляторными последовательностями, расположенными вверх от точки начала транскрипции.
Апорепрессор - белок, регулирующий действие белка-репрессора.
Аттенюатор - у бактерий последовательность нуклеотидов, расположенная перед опероном и
регулирующая его экспрессию.
Геномный импринтинг — различное фенотипическое проявление мутации в зависимости от ее
прохождения через отцовский или материнский гаметогенез.
Избыточная ДНК - ДНК, не несущая кодирующих функций.
Индуктор, эвокатор - низкомолекулярное вещество, которое связывается с репрессором и
переводит его в негативную форму, не способную связываться с оператором , в результате
чего происходит дерепрессия генов.
Кодирующая нить, смысловая нить – нить двухцепочечной молекулы ДНК, нуклеотидная
последовательность которой идентична РНК, транскрибированной с соответствующей
антисмысловой нити, за исключением того, что она содержит тимин (Т) вместо урацила (U).
Иногда обе нити могут транскрибироваться, но в противоположных направлениях.
Корепрессор – в репрессирующей генетической системе эффекторная молекула (обычно конечный
продукт в метаболических путях), которая при связывании с регуляторным белком апорепрессором
ингибирует транскрипцию генов в оперонах.
Моноцистронная иРНК - иРНК, кодирующая только одну полипептидную цепь.
Негативный генетический контроль, негативная регуляция - прекращение экспрессии гена путем
связывания специфического репрессорного белка с оператором, расположенным вверх от
кодирующей области у многих генов, что одновременно предотвращает связывание РНКполимеразы.
Обратная транскриптаза — фермент, катализирующий реакцию синтеза ДНК на матрице РНК.
Оператор — регуляторный участок гена (оперона), с которым специфически связывается репрессор,
предотвращая тем самым начало транскрипции.
Полицистронная иРНК – гигантская молекула информационной РНК, определяющая
последовательность аминокислот двух или более белков, образуемых соседними цистронами одного
и того же оперона .
Промотор — основной регулятор работы гена; расположен в 5'-нетранслируемой области; место
взаимодействия ДНК с РНК-полимеразой.
Регулон — система генов, разбросанных по всему геному, но подчиняющихся общему
регуляторному белку.
Репрессор – белок, кодируемый регуляторным геном, который связывается с высокой
точностью с соответствующим оператором. Связанный репрессор блокирует движение РНКполимеразного комплекса вдоль промотора и предотвращает инициацию синтеза РНК.
РНК-полимераза — фермент, осуществляющий транскрипцию ДНК.
Сайленсер, глушитель транскрипции - последовательность ДНК в промоторах
эукариотических генов размером 20–200 п. о., снижающая или отменяющая (заглушающая)
экспрессию генов. Действует только в цис-положении.
Спейсер – нетранскрибируемая последовательность ДНК, отделяющая тандемно
расположенные копии экспрессирующегося гена.
Терминатор транскрипции – последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, вызывающая
прекращение транскрипции РНК-полимеразой синтеза иРНК у конца оперона или отдельного
гена.
Транскриптон, единица транскрипции - последовательность ДНК от места инициации
транскрипции (кэп-сайт) до сайта ее терминации, узнаваемая ДНК-зависимой РНК-полимеразой
, которая может включать один ген и более.
Транскрипция — синтез молекул первичного РНК-транскрипта, комплементарных
определенным участкам молекулы ДНК (генам).
Транскрипционный фактор — фермент активации и/или репрессии генной активности,
способный взаимодействовать с молекулами ДНК.
Цистрон - любая последовательность ДНК, которая детерминирует нуклеотидную
последовательность зрелой тРНК, иРНК или рРНК. Цистрон включает лидерную, трейлерную и
интронную последовательности. Термин введен С. Бензером в 1957 г.
Экспрессия гена — процесс реализации информации, закодированной в гене. Состоит из двух
основных стадий — транскрипции и трансляции.
Энхансер — регуляторный участок ДНК, усиливающий транскрипцию с ближайшего к нему
промотора.
Энхансер, усилитель транскрипции - специфическая цис-действующая последовательность
нуклеотидов, многократно усиливающая транскрипцию генов РНК-полимеразой II.
Например, энхансер вируса SV40 (размер – 72 пары нуклеотидов) может усиливать
транскрипцию бета-глобинового гена в 200 раз, даже находясь на значительном удалении от
него и в любой ориентации по отношению к промотору. Способность ряда энхансеров
взаимодействовать со специфическими белками в дифференцированных клетках
обеспечивает тканеспецифичный характер экспрессии соответствующих генов. Считается,
что энхансер является одной из форм мобильных генетических элементов.
Цис-положение - означает "на этой стороне". В молекулярной биологии используется для
обозначения последовательности ДНК (гена), локализованной на той же самой хромосоме,
что и рассматриваемая (обсуждаемая) последовательность (напр., энхансерная
последовательность), находящаяся вверх от точки инициации гена, позитивно влияющая на
его экспрессию и являющаяся цис-действующей последовательностью. То же самое для
белков: напр., цис-активирующий фактор, цис-активирующий белок или дезактивирующий
фактор, белок.
Инсулятор – цис-регуляторный элемент, который блокирует взаимодействие между
энхансером и промотором, если расположен между ними.
Лекция № 13. Процессинг РНК.
Альтернативный сплайсинг - форма сплайсинга, обеспечивающая кодирование одним
геном структурно и обычно функционально различающихся полипептидов. Альтернативный
сплайсинг сопровождается соединением экзонов гена в разных комбинациях с образованием
различных зрелых молекул мРНК. Альтернативный сплайсинг характерен, в частности, для
генов кальцитонина и соматостатина.
Аутосплайсинг - сплайсинг предшественников мРНК, происходящий без участия какихлибо др. макромолекул (ферментов), т.е. мРНК сама является катализатором этого процесса
(рибозимом). Явление аутосплайсинга открыто Т.Цехом с соавт. в 1981 при анализе
процессинга рибосомной 26S-рРНК у инфузории Tetrahymena thermophila.
Кэпирование – присоединение к 5’-концу большинства молекул иРНК эукариот 7-метилгуанозинового остатка. Кэп присоединяется к иРНК сразу после транскрипции с помощью
гуанилил трансферазы. Кэп выполняет несколько функций: а) способствует правильному
сплайсингу первичного транскрипта; б) защищает иРНК от разрушения экзонуклеазами ; в)
7-метил-гуанозин является ключевым сигналом для инициации трансляции иРНК.
Матричные РНК (мРНК) — молекулы РНК, состоящие из последовательностей,
комплементарных экзонам генов; образуются в результате сплайсинга и концевых модификаций
из молекул первичного РНК-транскрипта.
Полиаденилирование – ферментативное посттранскрипционное добавление поли(А)хвостов размером в 200 адениновых остатков к 3’-концу гетерогенной ядерной РНК и
матричной (информационной) РНК у эукариот во время ее процессинга перед выходом в
цитоплазму. иРНК гистонов не претерпевают полиаденилирования.
Процессинг - комплекс процессов образования зрелых молекул РНК и белков в клетке;
включает ряд последовательных расщеплений молекулы-предшественника эндонуклеазой
или протеазами с образованием конечных, функционально активных продуктов и деградации
«избыточных» участков. У эукариот процессинг мРНК включает этап вырезания интронов и
образования зрелой молекулы в результате сплайсинга. Также к системе процессинга относят
различные модификации – например, метилирование отдельных оснований и др.
Редактирование РНК – посттранскрипционная модификация первичной структуры РНК.
Включает модификацию азотистых оснований в молекуле РНК (дезаминирование,
метилирование, восстановление и др.), а также вставку нуклеотидов внутрь
транскрибированных цепей РНК.
Рибозимы - молекулы РНК, обладающие ферментативной активностью (как правило,
свойством автокатализа). Впервые рибозимы были охарактеризованы при исследовании
процессов аутосплайсинга предшественника 26S-рРНК у инфузории Tetrahymena thermophila.
РНКтранскрипт (первичный) — молекулы РНК, образующиеся в процессе транскрипции.
Сплайсинг—процесс вырезания последовательностей, комплементарных интронам, из
молекулы первичного РНК-транскрипта.
Сплайсосома, сплайсеосома, сплайсинговый комплекс - многокомпонентный комплекс
факторов сплайсинга (SF) и малых ядерных РНК (мяРНК), катализирующих сплайсинг ядерных
предшественников РНК (про-РНК), в результате чего образуется зрелая иРНК у эукариот.
Транс-сплайсинг – явление, при котором происходит образование ковалентных связей между
фрагментами РНК, синтезированными на разных генах.
Лекция № 14, 15. Разнообразие структур и функций белков.
Абзимы - моноклональные антитела, обладающие каталитической активностью. Абзимы
связываются и стабилизируют молекулы промежуточных реакций в процессе образования
конечного продукта.
Аминокислоты - органические кислоты, содержащие одну или несколько аминогрупп.
Белки – природные полипептиды с молекулярной массой более 6 кДа.
Белки теплового шока - специфические белки, известные у большинства организмов,
вырабатываются в ответ на тепловой шок, когда биосинтез многих других белков подавлен.
Индукция синтеза белков теплового шока может происходить и под действием некоторых
химических агентов (этиловый спирт, экдистерон, хлорид кадмия и др.), в связи с чем их
иногда называют стрессовыми белками. Они высоконсервативны у различных организмов –
наиболее распространены белки теплового шока размером около 70 кД (семейство hsp-70).
Вторичная структура белка - укладка полипептидной цепи в альфа-спиральные участки и
бета-структурные образования (слои); в образовании вторичной структуры белка участвуют
водородные связи.
Домен - участок полипептидной цепи белка, выполняющий какую-либо его функцию
(например, цитоплазматический домен, трансмембранный домен и т.п.). По мнению
некоторых генетиков, каждый домен кодируется участком гена, расположенным между
соседними интронами (т.е. одним экзоном), что обусловливает эволюционный консерватизм
положения интронов (например, в генах альфа- и бета-гемоглобина млекопитающих).
Пептиды - природные или синтетические соединения, молекулы которыхрых построены из
остатков α-аминокислот, соединенных между собой пептидными (амидными) связями
C(O)NH. По числу аминокислотных остатков, входящих в молекулы пептидов, различают
дипептиды, трипептиды, тетрапептиды и т.д. Пептиды, содержащие до 10 аминокислотных
остатков, называются олигопептидами, содержащие более 10 аминокислотных остатков –
полипептидами.
Первичная структура белка – порядок чередования аминокислотных остатков в
полипептидной цепи белка.
Прио́ны — особый класс инфекционных агентов, чисто белковых, не содержащих
нуклеиновых кислот, вызывающих тяжёлые заболевания центральной нервной системы у
человека и ряда высших животных (т. н. «медленные инфекции»).
Прионизация – процесс превращения нормального клеточного белка в прионный,
сопровождаемый многократным увеличением доли β-структур.
Третичная структура белка - высшая пространственная структура, образующаяся в
результате фолдинга отдельной полипептидной цепи.
Радикалы – боковые цепи аминокислот, не участвующие в образовании пептидных связей.
Фолдинг - процесс сворачивания полипептидной цепи в правильную пространственную
структуру. В результате на внешней поверхности белковой глобулы формируются полости
активных центров, а также места контактов субъединиц мультимерных белков друг с другом
и с биологическими мембранами.
Четвертичная структура белка - свойственная только полимерным белкам форма
пространственной
организации,
обусловленная
различными
вариантами
взаиморасположения и взаимодействия отдельных полипептидных цепей.
Шапероны – специфические белки, обеспечивающие формирование третичной структуры
полипептидных цепей других белков.
Лекция № 16. Генетический код.
Антикодон - группа из трех оснований, занимающая фиксированное положение в
транспортной РНК, которая комплементарна кодону в информационной (матричной) РНК.
Генетический код - система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых
кислот , основанная на определении чередований последовательностей нуклеотидов в ДНК
или РНК, образующих кодоны соответствующих аминокислот белков. Каждый кодон
кодирует одну молекулу аминокислоты.
Кодон — последовательность из трех нуклеотидов в молекуле мРНК, соответствующая
аминокислоте или сигналу терминации трансляции.
Стартовый кодон, сайт инициации трансляции - тринуклеотид (у прокариот - AUG, GUG; у
эукариот - AUG) в информационной РНК, инициирующий синтез полипептидов. Стартовый
кодон кодирует N-формилметионин у бактерий и метионин у эукариот.
Стоп-кодон, нонсенс-кодон, терминатор - тринуклеотид в информационной РНК,
сигнализирующий об окончании синтеза полипептида и освобождении полной
полипептидной цепи от рибосомы. Существует три различных типа стоп-кодонов: UAG
(амбер), UGA (опал) и UAA (охра). Ни один из них не соответствует антикодону тРНК.
Лекция № 17. Рибосомы и их роль в биосинтезе белка.
Аминоацильный центр рибосомы – участок 50S субчастицы рибосомы, к которому
присоединяется несущая аминокислоту (аминоацил-тРНК) тРНК, если антикодон этой тРНК
соответствует кодону иРНК, находящемуся в данный момент в аминоацильном центре.
Пептидильный центр рибосомы – участок рибосомы, к которому присоединяется
пептидил-тРНК в процессе транялсции.
Пептидилтрансферазный центр рибосомы – участок 50S субчастицы рибосомы, в котором
идет синтез пептидной связи.
Полирибосома, полисома - молекула РНК с несколькими расположенными на ней
активными рибосомами, на каждой из которых синтезируется молекула белка.
Рибосома - органелла клетки, рибонуклеопротеидная частица, с участием которой
осуществляется биосинтез белка (трансляция). Рибосома состоит из двух (большой и малой)
субчастиц, для взаимодействия которых необходимы ионы магния.
Лекция № 18, 19. Биосинтез белка.
Аминоацилирование тРНК – присоединение аминокислоты к 3’-концу тРНК,
катализируемое АРСазой. Происходит за счет энергии АТФ.
Аминоацил-тРНК-синтетазы, АРСазы - специфические ферменты, катализирующие
активирование аминокислот и связывание последних с определенными тРНК.
Изоакцепторные тРНК - различные виды тРНК, специфичные к одной и той же
аминокислоте, которые в ряде случаев узнают различные кодоны.
Рамка считывания — нуклеотидная последовательность, выраженная в кодирующих
триплетах, начинающаяся со стартового кодона и заканчивающаяся нонсенс-кодоном.
Реакция транспептидирования – синтез пептидной связи с участием аминоацил-тРНК.
Трансляция — синтез полипептидной цепи по молекуле мРНК.
Шайн-Далгарно последовательность — участок прокариотической мРНК, необходимый для
посадки на неё рибосом и её правильной трансляции. Содержит последовательность
нуклеотидов, комплементарную 3’-концу 16S рибосомной РНК.
Лекция № 20. Межмолекулярные взаимодействия.
Онкогены — гены, чьи продукты обладают способностью трансформировать
эукариотические клетки так, что они приобретают свойства опухолевых клеток.
Протоонкогены — нормальные хромосомные гены, мутации которых могут привести к
злокачественному перерождению клетки.
РАЗДЕЛ 5. Практикум по решению задач (практических ситуаций) по
темам лекций (одна из составляющих частей итоговой государственной
аттестации).
 Примеры решения задач (практических ситуаций) по темам, на которые предложены
аналогичные задания в экзаменационных (зачетных) билетах.
Характер решения задач по молекулярной генетике можно рассмотреть на следующем
примере.
Задача 1. Приведите графическую модель гена, если белковая молекула имеет следующий
состав и последовательность аминокислот: глицин-лизин-пролин-серин.
Запишем возможную последовательность нуклеотидов соответствующего участка и-РНК
в соответствии с генетическим кодом, приведенным в таблице 1. Белок: глицин—лизин—
пролин—серин (для серина использовали только 4 триплета)
ГГ
ААА
ЦЦУ
УЦУ
У
ГГ
и-РНК
ААГ
ЦЦЦ
УЦЦ
Ц
ГГА
ЦЦА
УЦА
ГГГ
ЦЦГ
УЦГ
=12
4
×
2
×
4
×
4
8
Как видно, участок белка с этой последовательностью аминокислот мог образоваться в
процессе трансляции у 128 вариантов и-РНК.
И-РНК переписывает информацию о структуре белка в процессе транскрипции с гена.
Определенное разнообразие возможных и-РНК (128) могло образоваться на основе такого
же разнообразия генов.
Следовательно, графически можно изобразить 128 вариантов гена, содержащих
информацию о данной молекуле белка.
Один из вариантов следующий (по первой строке триплетов):
___________________________
Ген ДНК
ЦЦА
ТТТ
ГТА АГА
и-РНК
ГГУ
ААА
ЦЦУ УЦУ
Таблица 1 Последовательность нуклеотидов в кодонах и-РНК для разных аминокислот
Кодоны
Аминокислоты
1
2
3
4
5
6
Фенилаланин (фен)
УУУ
УУЦ
Лейцин (лей)
УУА
УУГ
ЦУУ
ЦУЦ
ЦУА
ЦУГ
Изолейцин (илей)
АУУ
АУЦ
АУА
Метионин (мет) старт
АУГ
Валин (вал)
ГУУ
ГУЦ
ГУА
ГУГ
Серин (сер)
УЦУ
УЦЦ
УЦА
УЦГ
АГУ
АГЦ
Пролин (про)
ЦЦУ
ЦЦЦ
ЦЦА
ЦЦГ
Треонин (тре)
АЦУ
АЦЦ
АЦА
АЦГ
Алании (ала)
Тирозин (тир)
Гистидин (гис)
Глутамин (глн)
Аспарагин (асн)
Аспарагиновая кислота (асп)
Лизин (лиз)
Глутаминовая кислота (глу)
Цистеин (цис)
Триптофан (трип)
Аргинин (арг)
Глицин (гли)
«Охра» (терм)
«Амбер» (терм)
«Опал» (терм)
ГЦУ
УАУ
ЦАУ
ЦАА
ААУ
ГАУ
ААА
ГАА
УГУ
УГГ
ЦГУ
ГГУ
УАА
УАГ
УГА
ГЦЦ
УАЦ
ЦАЦ
ЦАГ
ААЦ
ГАЦ
ААГ
ГАГ
УГЦ
ГЦА
ГЦГ
ЦГЦ
ГГЦ
ЦГА
ГГА
ЦГГ
ГГГ
АГА
АГГ
 Тексты задач (практических ситуаций) для самостоятельного решения при подготовке к
итоговой аттестации (не более 2-х).
1. Напишите последовательность расположения аминокислот на одном из участков
молекулы белка, если известно, что он кодируется такой последовательностью
нуклеотидов ДНК: … АТГ ТЦГ ЦГТ ААА ЦАТ … Как изменится ответ, если химическим
путем из молекулы ДНК будет удален десятый нуклеотид?
2. Определите количество аминокислот в белковой молекуле при условии, что
молекулярный вес гена, контролирующего образование данного белка, равен 214 200
дальтон, а средний молекулярный вес одного нуклеотида составляет 340 дальтон.
РАЗДЕЛ 6. Изменения в рабочей программе, которые произошли после
утверждения программы.
Характер
Номер
и
дата
изменений в протокола
программе
заседания
кафедры,
на
котором
было
принято
данное
решение
Подпись
заведующего
кафедрой,
утверждающего
внесенное изменение
Подпись
декана
факультета (проректора
по учебной работе),
утверждающего данное
изменение
РАЗДЕЛ 7. Учебные занятия по дисциплине ведут:
Ф.И.О., ученое звание и
степень преподавателя
Икко Наталья Викторовна
Икко Наталья Викторовна
Икко Наталья Викторовна
Икко Наталья Викторовна,
к.б.н.
Икко Наталья Викторовна,
к.б.н.
Учебный
год
2005/2006
2006/2007
2007/2008
2009/2010
Факультет
Специальность
ЕГФ
ЕГФ
ЕГФ
ЕГФ
Биология
Биология
Биология
Биология-География
2010/2011
ЕФКиБЖД
Биология
Икко
к.б.н.
Икко
к.б.н.
Наталья
Викторовна, 2011/2012
ЕФКиБЖД
Биология-География
Наталья
Викторовна, 2012/2013
ЕФКиБЖД
Биология