МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА БИОХИМИИ И ФИЗИОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ
Одобрено на заседании Ученого совета
Программа составлена в соответствии с
факультета
государственным образовательным
Декан биологического факультета
стандартом высшего профессиональ-
А.П.Савченко_________________
ного образования по специальности
«___»__________________2003 г.
«Биохимия».
УДК 575.113/118. 576.32/36 Автор-составитель Е.В. Маркова МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ Рабочая программа дисциплины Молекулярная биология: Рабочая программа дисциплины. Красноярск: РИО для специальности № 012300 «Биохимия»
КрасГУ, 2003. 11 с. (Экспресс-издание) Предназначена для специальности № 012300«Биохимия» очной формы обучения.
Красноярск 2003
КрасГУ, 2003
2
II. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА I. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ Тема 1. Метилирование и рестрикция Метилированные основания в ДНК прокариот и эукариот. SAM - донор
Цель курса вопросами
метильных групп. Метилазы dam и dcm E.coli. Значение метилирования в
молекулярных механизмов функционирования макромолекул в клетках, главным
Целью
курса
является
ознакомление
с
современными
процессах репликации, репарации, миграции мобильных генетических элементов, а
образом ДНК.
также регуляции экспрессии генов у эукариот. GC-islsnds в геноме эукариот. Значение метилирования в системах модификации-рестрикции у бактерий. Классы сайт-специфических эндонуклеаз рестрикции. Характеристика рестриктаз I касса
Задачи курса • теоретическое изучение организации нуклеиновых кислот и молекулярных
EcoK и EcoB: субъединичное строение и гены R (hsd R), S (hsd S), M (hsdM); сайты
механизмов репликации и генетической экспрессии на уровнях трансляции,
узнавания и рестрикции, механизм действия. Рестриктазы III типа EcoP1 и EcoP15:
транскрипции;
субъединичное строение, сайты узнавания и рестрикции. Рестриктазы II типа:
• знакомство студентов с актуальными современными вопросами молекулярной
номенклатура, количество известных и используемых рестриктаз, изомеры,
биологии, такими как молекулярные механизмы канцерогенеза, формирования
единица активности, подразделения на крупно- и мелкощепящие, палиндромные и
многообразия антител и др.
непалиндромные, образующие «тупые» и «липкие» концы. Использование
• знакомство с методами молекулярной биологии.
рестриктаз II класса: конструирование рекДНК, рестрикционный анализ, ПДРФ, использование
сайтов
рестрикции
в
качестве
генетических
маркеров,
Требования к уровню освоения содержания курса
рестрикционное картирование. Исследование неактивных генов эукариот с
Для освоения курса необходима подготовка по специальности «Биохимия»
использованием HpaII и Msp.
до уровня 4-го курса биологического профиля вуза и прохождение таких
Тема 2. Свойства ДНК: физико-химические свойства функциональных
биологических дисциплин как генетика, биохимия, ботаника, зоология, анатомия и
групп,
возможности
нековалентных
физиология.
макромолекулярная структура ДНК
взаимодействий
между
ними,
Тема 3. Молекулярные механизмы репликации Характеристика
ДНК-полимераз
E.coli.
ДНК-полимераза
I
(фермент
Корнберга) и ДНК-полимераза II: строение, активности, функции. Фрагмент Кленова. Ник-трпнсляция. ДНК-полимераза III: мультисубъединичное строение, функциональная активность, коровый фермент и holo-фермент. Инициация репликации: строение ori, значение сайтов dam-метилазы, Dna A, HU, гиразы, геликазы, SSB и др. Образование праймосомы и реплисомы. Механизм синтеза на лидирующей и отстающей цепях. Эукариотические ДНК-полимеразы: α, β, δ, γ. Механизмы действия и функции лигаз, топоизомераз I и II классов. Механизмы репликации 3
кольцевых
ДНК:
θ-механизм, 4
«катящегося
кольца»,
d-петли.
Репликация линейных ДНК аденовируса с участием белкового праймера.
Система полиаденилирования транскриптов РНК-полимеразы II: сайты
Инициация репликации с участием транскрипции и РНКазы H (плазмиды ColE1).
полиаденилирования и компонены, осуществляющие полиаденилирование ( PAP,
Репликация ретровирусов: геном ретровируса (гены gag, pol, env и строение LTR),
CPSF, CstF, CFs и др.). Размеры и значение polyA-«хвоста».
инициация репликации с участием tRNA и ход репликации. Механизмы репликации линейных эукариотических ДНК. Теломеры и теломераза.
Структура энхансеров эукариот. Компоненты А и В блоков энхансеров (P-, Sph-элементы, октамер, GT и TC элементы). Их значение в тканеспецефичной экспрессии генов и связывающиеся с ними белковые факторы.
Тема 4. Молекулярные механизмы транскрипции у прокариот Строение прокариотического промотор. Сильные и слабые промоторы. Субъединичное строение РНК-полимеразы прокариот. Коровый и и holo-фермент. 70
32
24
Типы и функциональное значение σ-субъединиц, известные для E.coli: σ , σ σ и др. Стадии транскрипции: образование закрытого и открытого промоторного комплекса; элонгация («модель улитки») и терминация. Структура терминаторов.
Гормон-акцепторные элементы и строение белков-рецепторов гормонов: общие и различающиеся домены; Zn-пальцы. Тема 7. Молекулярные механизмы транскрипции у эукариотических генов I и III классов Строение транскрипционной единицы rRNA-генов и кластеров rRNA-генов у различных
ρ-зависимая и ρ-независимая терминация. Антитерминаторы. Тема 5. Характеристика классов эукариотических генов и генных
полимеразы
организмов. I.
транскрипционные
семейств. Общая характеристика генов классов I, II и III. Уникальные, повторяющиеся гены, генные семейства. Способы оценки родственности и дивергенции генов.
Строение
Промоторные факторы
и
транскрипционная
последовательности,
(UBF,
SL1
и др.),
активность
РНК-
видоспецифичность особенности
и
терминации
транскрипции полимеразой I (Sal-боксы). Характеристика РНК-полимеразы. Особенности регуляции: внутренние
отличающихся
промоторы. Блоки внутренних промоторов генов 5SRNA, tRNA, 7SLRNA,
функционально; отдаленно родственные. Семейство актиновых генов у дрожжей,
U6RNA.Транскрипционные факторы и терминаторные последовательности РНК-
человека, других организмов. Суперсемейство глобиновых генов. Структура α-
полимеразы III.
Семейства
явно
родственных
генов;
родственных,
но
глобинового и β-глобинового кластеров в хромосомах человека. Изменение схемы
Тема 8. Механизмы процессинга
экспрессии генов в глобиновых кластерах в эмбриогенезе. Эволюция глобиновых
Процессинг у прокариот: разрезание и транскриптов rRNA и tRNA генов. Строение транскритов rRNA и tRNA E.coli. Расщепление с участием РНКазы III,
генов. Семейство генов гормона роста. Тема 6. Молекулярные механизмы транскрипции у эукариотических
Процессинг транскриптов полимеразы I и III: последовательное разщепление
генов II класса Структура
РНКазы P, РНКазы D.
типичного
эукариотического
промотора:
базовая
и
нуклеазами и модификация акцепторной ветви.
дополнительная части. Стартовая точка транскрипции. Субъединичное строение
Процессинг транскриптов полимеразы II: кэпирование
РНК-полимеразы II. Значение карбокситерминального
Механизмы сплайсинга: автосплайсинг, сплайсинг ядерной про-мРНК.
домена. Механизмы
инициации и элонгации с участием транскрипционных факторов (TBP, TAFs, TFIIA, ... , TFIIX). Факторы, присоединяющиеся в области дополнительной части
Характеристика элементов сплайсингосом. Механизмы сплайсинга: сплайсинг т-РНК, транссплайсинг, альтернативный сплайсинг.
промотора.
Тема 9. Механизмы трансляции Молекулярная характеристика т-РНК; аминоацил-т-РНК-снтетаз (классы). 5
6
Рибосомы: строение субъединиц у прокариот и эукариот; расположение функциональных
центров
на
рибосоме;
организация
рибосомы
как
Молекулярное строение, синтез с разных промоторов и механизм действия белка cI. Функции attP и attB в лизогении.
нуклеопротеида; характеристика молекулярной структуры рибосомальных белков
Тема 12. Механизмы формирования молекулярной структуры антител
и РНК. Методы исследования структуры рибосом.
Образование специфических антител в организме в соответствии с теорией
Организация мРНК в клетке. Белок p50.
клональной селекции. Соотношение между количеством генов в организме и
Стадии трансляции у прокариот: инициация (значение последовательности
возможных вариантов структуры антител. Строение молекул антител: L-цепи (α, γ,
Шайна-Дальгарно, IF1, IF2, IF3); элонгация (динамическая модель работы
µ, ε, δ) и H-цепи (κ, λ); Fab- Fc-фрагменты, C и V области, антиген-связывающие
рибосомы; значение и строение факторов Tu, G, Ts; транспептидация и
области, доменное строение, IgG-fold. Организация генных сегментов, количество
транслокация); терминация. Значение tmRNA и gRNA.
в хромосомах млекопитающих и их рекомбинации при образовании L цепей: Vλ, Jλ
Особенности механизмов трансляции у эукариот. IRES - механизм инициации
и
кэп
-
зависимый
механизм
инициации.
- Cλ; Vκ, Jκ - Cκ; H - цепей: : VH, DH , JH; CH. Экзон-интронная структура генных
Эукариотические
сегментов и фланкирующих последовательностей. Дополнительные источники
трансляционные факторы: инициации (eIF3, eIF2, eIF4a, eIF4b, eIF4c, eIF4f, eIF5,
генетической изменчивости: неточное соединение сегментов, соматическое
eIF6), элонгации (eEF1a, eEF1b, eEF2), терминации
гипермутирование. Аллельное исключение. Переключение с мембраносвязанной на
Котрансляционный транспорт. Проблемы фолдинга белка. Шапероны: классы, молекулярное строение
GroEL и GroES. Эволюионное значение
шаперонов.
секреторную форму. Переключение класса. Тема 13. Пути передачи пролиферативного сигнала и регуляция клеточного цикла
Тема 10. Саттелитная ДНК
Сигналы
-
митогены.
Протеин-киназные
тецепторы
и
рецепторы,
Типы повторов в геноме позвоночных. Механизмы амплификации повторов.
ассоциированные с G-белком. Механизмы активации и механизмы действия.
Выявление саттелитной ДНК. Центромерная и теломерная саттелитная ДНК. Типы
Компоненты Ras/MAPK-пути: Grb2, SOS, Ras, MAPK, транскрипционные факторы.
саттелитов:
Характеристика структуры Ras и мутации, приводящие к его гиперактивности.
минисаттелиты,
микросаттелиты,
SINE
и
LINE
элементы.
Использование минисаттелитов в технике «геномной дактилоскопии». Ретрогены SINE элементов; характеристика Alu-семейства. Значение SINE элементов в
Молекулярные механизмы регуляции клеточного цикла. Циклин/cdc комплексы в клетках дрожжей и животных на разных стадиях клеточного цикла.
образовании мутаций. Распределение Alu-последовательностей в регуляторных
Тема 14. Молекулярные механизмы канцерогенеза
областях генов и интронах некоторых генов человека, наиболее часто мутирующих
Динамика изменения клеточной дифференцировки в раковых клетках.
при наследственной моногенной патологии. Тема 11. Стратегия организации и регуляции генома вирусов на примере бактериофага λ
Клеточные и вирусные онкогены. Механизмы активации протоонкогенов: избыточная амплификация и ее механизмы; точечные мутации, хромосомные абберации
Жизненного цикл бактериофага λ: литический и лизогенный пути. Геном вируса: cos-сайты, ранние гены, задержанно-ранние гены, поздние гены. Экспрессия ранних генов: N и cro. Действие антитерминаторов. Экспрессия ранних
(филадельфийская
хромосома
др.).
Механизмы
действия
канцерогенов: мутагены и опухолевые промоторы. Молекулярные механизмы мультилекарственной резистентности. Гены - опухолевые супрессоры (RB). Активация протоонкогенов.
генов. Функции регуляторных белков cII и cIII. Экспрессия поздних генов.
7
и
8
Тема 14. Методы молекулярной биологии
2. Кисилев Ф.Л., Павлиш О.А., Татосян А.Г. Молекулярные основы канцерогенеза
Методы молекулярной биологии: методы рентгеноструктурного анализа,
у человека.- М.: Медицина, 1990.- 320с.
рассеяния нейтронов, ЯМР, электронная микроскопия, генно-инженерные методы.
3. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генетической инженерии.
Молекулярное
Молекулярное клонирование: Пер. с англ.- М.: Мир, 1984.- 480с.
клонирование.
Клонирование
в
бактериальных
клетках:
плазмидные, фаговые векторы, гибридные векторы (космиды и др.), фаговые
4. Математические методы анализа ДНК. Пер. с англ./ Под ред. М.С. Уотермена.-
дисплеи; дрожжевых клетках (YAC); раститетьных (Ti-плазмиды) и животных
М.: Мир, 1999.- 349с.
клетках. Молекулярные методы картирования.
5. Молекулярная клиническая диагностика. Методы: Пер. с англ./ Под ред. С.Херрингтона, Дж.Макги.- М.:Мир, 1999. 6. Свердлов Е.Д. Очерки современной молекулярной генетики по курсу лекций
IV ФОРМЫ КОНТРОЛЯ
для студентов биологического факультета МГУ.- Молекулярная генетика, Рубежная контрольная работа.
микробиология и вирусология.- 1995.- №2, №3; №4; 1996.- №4; 1997.- №2; 1998.-
По окончанию курса - экзамен
№1.- 1999.- № 7. Эволюция генома: Пер. с англ./ Под ред. Г. Доувера, Р.Флейвелла.- М.: Мир,
V. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
1986. – 368с. 8. Elliott W.H., Elliot D.C. Biochemistry and Molecular Biology.- UK: Oxford University Press, 2001.- 250p.
Список основной литературы 1. Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж. Молекулярная биология клетки: В 3-х т.- М.:
9. Lesk M.A. Introduction to Bioinformatics.- UK: Oxford University Press, 2002.283p.
Мир, 1994. 2. Льюин Б. Гены.- М., Мир, 1987.
10. Lesk M.A. Introduction to Protein Architecture.- UK: Oxford University Press, 2002.-
3. Пташне М. Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг λ: Пер. с
347p. 11. Nei M., Kumar S. Molecular Evolution and Phylogenetics- UK: Oxford University
англ.- М.: Мир, 1989.- 160с. 4. Сингер М., Берг П. Гены и геномы: В 2-х т.- М.: Мир, 1999.
Press, 2002.- 333p.
5. Спирин А.С. Молекулярная биология: Структура рибосомы и биосинтез белка.-
12. Wagner R. Transcription Regulation in Prokaryotes.- UK: Oxford University Press, 2002.- 380p.
М.: Высшая школа, 1986. 6. Стент Г., Кэлиндар Р. Молекулярная генетика.- М.: Мир, 1981.- 646с.
13. The Human Genome Project, 2000 / Multimedia CD Rom
7. Рыбчин В.Н. Основы генетической инженерии: Учебник для вузов.- СПб: Изд-во
14. Lodich et al Molecular Cell Biology / Multimedia CD Rom • Практическая молекулярная биология http://molbiol.edu.ru/
СПбГТУ, 1999.- 522с. 8. Lewin B. Genes VII.- UK: Oxford University Press, 2000.
• European Molecular Biology Laboratory (EMBL) http://www.embl.heidelberg.de • Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG).- http://www.genome.ad.jp
Список дополнительной литературы и интернет-ресурсы
• National Center for Biotechnology Information (NCBI) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
1. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ.- М.: Мир, 2002.- 589с. 9
10
Молекулярная биология Составитель: Елена Викторовна Маркова, канд. биол. наук, доцент кафедры биохимии и физиологии человека и животных КрасГУ
Редактор: О.Ф.Александрова Корректура автора
Подписано в печать 21.02.2003 Тиражируется на электронных носителях Заказ 259 Дата выхода 25.02.2003 Адрес в Internet: www.lan.krasu.ru/studies/editions.asp Отдел информационных ресурсов управления информатизации КрасГУ 660041 г. Красноярск, пр. Свободный, 79, ауд. 22-05, e-mail:
[email protected]
Издательский центр Красноярского государственного университета 660041 г. Красноярск, пр. Свободный, 79, e-mail:
[email protected]
11
