Р О С И

Приложение 12.
РОССИЙСКО-АРМЯНСКИЙ (СЛАВЯНСКИЙ)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
(Формат титульного листа должен соответствовать требованиям, приведенным в приложении) (1)
С о с т а в ле н а
в
с о о т ве т с т вии
с
государственными требованиями к минимуму
содержания
и
у р о вн ю
подготовки
в ы п у с к н и к о в п о у к а з а н н ы м н а п р а в ле н и я м и
П о ло ж е н и е м Р А У « О п о р я д к е р а з р а б о т к и и
у т в е р ж д е н и я у ч е б н ы х п р о г р а м м» .
У Т В Е Р Ж Д АЮ :
Ректор А.Р. Дарбинян
“___”_____________ 200_ г.
Институт: Институт математики и высоких технологий
Кафедра:
______медицинская биохимия и биотехнология_____
Автор:д.б.н.,профессор. Вардапетян Г.Р.
У ЧЕ Б Н А Я П РО Г РА М М А
Дисциплина: Молекулярная биология
Специальность: 020501.65 Биоинженерия и
Биоинформатика
ЕРЕВАН
1. Аннотация
В одноименном курсе лекций молекулярная биология рассматривается не только как
самостоятельная наука, изучающая молекулярные основы жизнедеятельности клетки, но и
как первая область человеческих знаний, сформированная на нераздельном естествознании,
на триединстве физики, химии и биологии.
В первой части курса подробно рассматриваются принципы структурной организации
нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), их первичная и макромолекулярная (вторичная и
третичная) структуры; физико-химические свойства ДНК, явление суперспирализации ДНК,
свойства и механизм действия ферментов, участвующих в топологических превращениях
ДНК. Кратко рассматривается структурно-функциональная организация бактериальных и
эукариотических геномов. Далее описываются молекулярно-биологические подходы,
положившие начало молекулярной биологии гена (молекулярная гибридизация, блотгибридизация, энзиматическое введение метки в ДНК, рестрикционное картирование и
разные варианты секвенирования ДНК, молекулярное клонирование, амплификация ДНК in
vitro – ПЦР) и решаемые этими подходами задачи. Становление новых направлений
молекулярной биологии – биоинформатики, геномики и функциональной геномики
(протеомики, транскриптомики, РНомики, и т.д.), возникновение многомерной биологии и
медицины и связанных с ними новых технологий, используемых для исследования клетки, а
также диагностики и молекулярной терапии многих тяжелых заболеваний.
Во второй части курса рассматриваются молекулярные механизмы синтеза полинуклеотидов в клетке: репликации, репарации, транскрипции; особенности этих процессов в
клетках про- и эукариот. Большое внимание уделяется строению и функциональной роли
цис- и транс-регуляторных (их продуктов) элементов эукариот (промоторов, энхансеров,
сайленсеров, инсуляторов и различных транскрипционных активаторов и коактиваторов);
механизмам регуляции транскрипции эукариотических генов, роли структуры хроматина и
конформационных изменений ДНК в регуляции транскрипции, участию в этом процессе
ферментативных комплексов, модифицирующих гистоны, АТФ-зависимых хроматинремодулирующих комплексов и архитектурных факторов транскрипции. Излагаются
представления о механизмах посттранскрипционной модификации РНК, корректировке
генетической информации на посттранскрипционном уровне (сплайсингу, аутосплайсингу,
альтернативному сплайсингу, транс-сплайсингу, редактированию РНК); дается также
представление о рибозимах. Рассматривается характеристика явления «хозяйской модификации и рестрикции ДНК» и энзимологии этого процесса. Обсуждаются закономерности
белок-нуклеинового узнавания и способы его идентификации.
Особое место отводится механизмам обратной транскрипции и интеграции провирусной ДНК в геном хозяйской клетки. Дается краткая характеристика вирусных и клеточных онкогенов, рассматриваются особенности структуры, функции и механизма действия
некоторых онкобелков, а также некоторые гипотезы злокачественной трансформации клеток
и возможности возвращения их к нормальному фенотипу с помощью молекулярной терапии.
Рассматриваются молекулярные механизмы трансляции и рибозимный катализ
транспептидазной реакции с участием рРНК; даются основные представления о функционировании рибосом, этапах трансляции и участии в них рибосомных и внерибосомных
факторов; особенностях трансляции и механизмах ее регуляции у про- и эукариот, в том
числе с участием микроРНК и малых интерферирующих РНК (РНК-интерференция и
посттранскрипционный сайленсинг генов – PTGS).
Последний раздел курса посвящен мобильным элементам в клетках про- и эукариот.
Рассматриваются возможные механизмы транспозиций у бактерий, а также «ретропозиций»
в геноме эукариот; функции мобильных элементов генома, их роль в эволюции.
2. Требования к исходным уровням знаний и умений студентов*
До изучения данного курса студент должен иметь базовые знания в области общей
биологии, необходимые для освоения общепрофессиональных дисциплин.
3. Цель и задачи дисциплины
Цель дисциплины - сообщить учащимся знания о содержании, теоретических и
практических задачах молекулярной биологии как науки, об особенностях строения и
свойств молекул, входящих в состав живой клетки, структурно-функциональной
организации генетического аппарата клеток и механизма реализации наследственной
информации.
Основные задачи дисциплины включают:
- прочное освоение теоретических знаний в области основных разделов молекулярной
биологии;
- обеспечение навыков работы с молекулярно-биологическими объектами, объяснения и
демонстрации полученных данных;
- иобретение учащимися умений самостоятельного поиска информации в области молекулярной биологии, ее анализа и использования в процессе научно-практической деятельности.
4. Требования к уровню освоения содержания дисциплины*
После прохождения дисциплины студент должен:
– знать принципы и способы взаимодействия и взаимной регуляции молекулярных
механизмов функционирования живой клетки в составе многоклеточного организма,
строения и работы биологических молекулярных машин и практического применения
молекулярно-биологических знаний в области биотехнологии; знать молекулярные
механизмы сохранения, воспроизведения и реализации генетической информации в клетке и
в природе в целом, иметь представления о генетически детерминируемых заболеваниях и
молекулярных методах их диагностики и лечения; о применении молекулярнобиологических методов для оценки и сохранения биоразнообразия.
– уметь применять полученные знания в области молекулярной биологии для
углубленного освоения смежных дисциплин (цитологии, генетики, физиологии,
эволюционного учения, биотехнологии), должен обладать навыками самостоятельной
работы с литературой, включая периодическую научную литературу по молекулярной
биологии, и навыками работы с электронными средствами информации; навыками
экспериментальной (лабораторной) работы, включая знание принципов современных
физико-химических методов исследования в биологии, обладать умением использовать
экспериментальные модели на молекулярном, клеточном и субклеточном уровне.
– овладеть методами выделения, очистки, разделения биоорганических соединений,
определения их биологической активности.
5. Трудоемкость дисциплины и виды учебной работы по учебному плану.
Виды учебной работы
1
1. Общая трудоемкость изучения
дисциплины по семестрам , в т. ч.:
1.1. Аудиторные занятия, в т. ч.:
1.1.1. Лекции
1.1.2. Практические занятия, в т. ч.
1.1.2.1. Обсуждение прикладных
проектов
1.1.2.2. Кейсы
1.1.2.3. Деловые игры, тренинги
1.1.2.4. Контрольные работы
1.1.3. Семинары
1.1.4. Лабораторные работы
1.1.5. Другие виды аудиторных занятий
1.2. Самостоятельная работа, в т. ч.:
1.2.1. Подготовка к экзаменам
1.2.2. Другие виды самостоятельной
работы, в т.ч. (можно указать)
1.2.2.1.
Письменные домашние
задания
1.2.2.2.
Курсовые работы
1.2.2.3.
Эссе и рефераты
1.3. Консультации
1.4. Другие методы и формы занятий **
Итоговый контроль (Экзамен,Зачет, диф.
зачет/указать)
Всего,
в акад.
часах
3
108
68
68
3
сем
Распределение по семестрам
_4__
___
___
___
сем
сем
сем.
сем
4
5
36
32
4
4
Зачет
Экзамен
6
7
10
____
сем.
11
6. Распределение весов по формам контроля
Вид учебной
работы/контроля
Контрольная работа
Тест
Курсовая работа
Лабораторные работы
Письменные домашние
задания
Эссе
Другие формы (семинар)
Другие формы (добавить)
Другие формы (добавить)
Вес результирующей
оценки текущего контроля
в итоговых оценках
промежуточных
контролей
Вес итоговой оценки 1-го
промежуточного контроля
в результирующей оценке
промежуточных
контролей
Вес итоговой оценки 2-го
промежуточного контроля
в результирующей оценке
промежуточных
контролей
Вес итоговой оценки 3-го
промежуточного контроля
в результирующей оценке
промежуточных
контролей т.д.
Вес результирующей
оценки промежуточных
контролей в
результирующей оценке
итогового контроля
Экзамен/зачет
(оценка итогового
контроля)
1
Учебный Модуль
Вес формы
текущего контроля
в результирующей
оценке текущего
контроля
Вес формы
промежуточного
контроля и
результирующей
оценки текущего
контроля в итоговой
оценке
промежуточного
контроля
М1 1
М1
М2
М3
0
0.5
0.5
0
0.5
0.5
М2
1
М3
Вес итоговых
оценок
промежуточных
контролей в
результирующей
оценке
промежуточного
контроля
Вес оценки
результирующей
оценки
промежуточных
контролей и
оценки итогового
контроля в
результирующей
оценке итогового
контроля
1
0
0.5
0.5
∑=1
∑=1
∑=1
∑=1
∑=1
∑=1
∑=1
1;
0.4 (экз.)
0;
0.6 экз.
∑=1
7. Содержание дисциплины
7.1. Тематический план и трудоемкость аудиторных занятий (Модули, разделы
дисциплины и виды занятий) по учебному плану
Разделы и темы дисциплины
Всего ак.
часов
Лекции,
ак.
часов
Практ.
занятия,
ак. часов
Семинары, ак.
часов
Лабор,
ак.
часов
Другие виды
занятий, ак.
часов
1
3=4+5+6
+7+8
4
5
6
7
8
Модуль 2. (Нуклеиновые кислоты:
строение и функции)
Введение
Раздел 1. (ДНК: генетическая роль,
структура и репликация)
Тема
1.1.
(Строение,
свойства,
биологическая роль нуклеиновых кислот)
Тема 1.2. (Принципы репликации ДНК и
ее регуляция)
Модуль 3
Раздел 2. (РНК: виды и их роль в
клетке. Регуляция транскрипции)
Тема 2.1. (Виды РНК, их роль в клетке)
Тема 2.2. (Принципы и регуляция
транскрипции)
Раздел 3. (Экспрессия генов, Регуляция
выражения гена в фенотипе)
Тема
3.1.
(Экспрессия
генов
у
прокариот: Lac- ; Trp- ; Аrа - опероны)
Тема 3.2. (Экспрессия генов и ее
регуляция у эукариот)
Модуль 2
Раздел 4. (Синтез белка. Трансляция)
Раздел 5. (Методы молекулярной
биологии)
Модуль 3
Раздел 6. (Генетический код и его
характеристика)
Раздел 7. (Повреждения и репарация
структуры ДНК)
ИТОГО
36
36
6
6
12
12
6
6
6
6
20
12
20
6
6
6
6
8
4
4
32
8
8
8
8
68
12
8
4
4
32
8
8
8
8
68
7.2. Содержание разделов и тем дисциплины:
Модуль 2
Введение
Определение предмета "молекулярная биология". Основные этапы развития. Наиболее принципиальные
открытия. Теоретические и практические задачи современной молекулярной биологии. Молекулярная биология
клетки и клеточная биология. Понятия, определения, предмет и задачи молекулярной биологии клетки.
Структурная и функциональная молекулярная биология. Понятие о молекулярных механизмах клеточных
функций. Молекулярные машины как структурная основа функционирования клетки. Строение клетки с точки
зрения молекулярной биологии. Основные принципы структурной и функциональной организации клетки на
молекулярном уровне.
Раздел 1. (ДНК: генетическая роль, структура и репликация)
Тема 1.1. Строение, свойства, биологическая роль нуклеиновых кислот. Доказательства генетической роли
нуклеиновых кислот. Хронология открытий, подготовивших создание Уотсоном и Криком модели двойной
спирали ДНК. Нуклеозид, нуклеотид, полинуклеотид. Принципы строения двойной спирали ДНК. Параметры
В-, А- и Z-форм ДНК. Доказательство полуконсервативного характера репликации. Ферментативная система
синтеза ДНК in vitro. Активирование ДНК. Праймаза и праймосома. Репликация митохондриальной ДНК
позвоночных животных.
Тема 1.2. Принципы репликации ДНК и ее регуляция. Понятие о матрице и затравке при репликации ДНК.
Строение и функции ДНК-полимеразы I из E.coli. Схема непрерывной антипараллельной репликации
Корнберга. Схема непрерывной параллельной репликации Кэрнса. Схема прерывистой антипараллельной
репликации Оказаки. Сравнительная характеристика ДНК-полимераз I, II и III из E.coli. ДНК-полимераза III,
holo-фермент. Схема размножения фага М13 и доказательство наличия РНК-затравки при репликации ДНК.
Проблема денатурации матрицы при репликации. SSB. Геликазы. Принципы работы и биологические функции
топоизомераз. Современная схема репликации ДНК E.coli (модель "тромбона"). Особенности репликации ДНК
эукариот.
Модуль 3
Раздел 2. (РНК: виды и их роль в клетке. Регуляция транскрипции)
Тема 2.1. Виды РНК, их роль в клетке: РНК-протеидные комплексы. Малые РНК, их функции. Структура tРНК. Рекогниция. Аминоацилирование t-РНК. Структура рибосом про- и эукариот. Центры рибосом E.coli.
Субъединичный состав РНК-полимеразы E.coli, ее основные функции.
Тема 2.2. Принципы и регуляция транскрипции: Принципы и этапы транскрипции (инициация, элонгация,
терминация), его особенности у про- и эукариот. Составляющие элементы процесса транскрипции (ДНК как
матрица, РНК-полимераза, АТФ, мРНК), их структура и функция. Особенности транскрипции у эукариот.
Множественность и специфичность РНК-полимераз эукариот. Cis-элементы и trans-факторы транскрипции.
Образование инициаторных комплексов с участием РНК-полимеразы II. Процессинг m-РНК эукариот:
кепирование, полиаденилирование, сплайсинг, редактирование. Различные механизмы сплайсинга. Transсплайсинг. Альтернативный сплайсинг. Ретровирусы. Обратная транскрипция.
Раздел 3. (Экспрессия генов, Регуляция выражения гена в фенотипе)
Тема 3.1. (Экспрессия генов у прокариот: Lac- ; Trp- ; Аrа - опероны) Регуляция экспрессии генов на уровне
транскрипции (индукция, репрессия, катаболитная репрессия, аттенюация). Понятие об опероне, опероная
организация генов. Структурные и регуляторные гены. Регуляция транскрипции у бактерий. Негативная и
позитивная индукции; негативная и позитивная репрессии. Регуляция транскрипции путем индукции на
примере Lac-оперона. Катаболитная репрессия. Механизм репрессии на примере Trp-оперона. Аттенуация в
регуляции экспрессии триптофанового оперона E.coli. Ретроингибирование.
Тема 3.2. (Экспрессия генов и ее регуляция у эукариот)Регуляция экспрессии генов у эукариот. Понятие об
энхансерах и сайленсерах. Активация транскрипции регуляторными белками как основной механизм регуляции
экспрессии генов у эукариот. Участие малых молекул РНК в регуляции экспрессии генов.
Модуль 2
Раздел 4. (Синтез белка. Трансляция)
Процесс трансляции и его особенности у про- и эукариот. Составляющие элементы процесса трансляции
(мРНК, рибосомы, тРНК, белковые факторы, АТФ, ГТФ), их структура и функции. Значимые для
осуществления трансляции области на мРНК. Этапы трансляции (инициация, элонгация и терминация).
Биологическое значение процесса трансляции.
Раздел 5. (Методы молекулярной биологии)
Физические методы изучения структуры и свойств нуклеиновых кислот и белков - рентгеноструктурный
анализ, электронная микроскопия, седиментационный анализ и др. Химические методы: "метод хирургии
молекул", методы определения первичной структуры биополимеров, метод адресованных реагентов.
Модификация биологических макромолекул in vivo и in vitro и изучение их функциональных свойств.
Биологические и биохимические методы: культуры клеток, гибридные клетки, бесклеточные системы,
клеточные линии гибридом, получение моноклональных антител, гель-фильтрация, изоэлектрофокусирование,
гель-электрофорез и другие методы фракционирования биополимеров; western, northern and southern blotting,
PCR, MS анализ и др.
Модуль 3
Раздел 6. (Генетический код и его характеристика)
Свойства генетического кода (триплетность, универсальность, неперекрываемость, отсутствие
разделительных знаков, линейность, колинеарность, вырожденность, наличие инициирующих и
терминирующих кодонов). Доказательство триплетности кода Ф. Криком (1961). Работы М. Ниренберга, Дж.
Маттеи (1961) и С. Очоа (1962) по изучению генетического кода. Окончательная расшифровка генетического
кода М. Ниренбергом и П. Ледером (1965). Биологическое значение генетического кода.
Раздел 7. (Повреждения и репарация структуры ДНК)
Виды повреждений ДНК и факторы окружающей среды их вызывающие. Естественный, химический и
радиационный мутагенез. Типы повреждений ДНК, удаляемые репарационными системами.Мутагены и
раковое перерождение клеток. Репарация как механизм поддержания стабильности генетической информации.
Эффективность репарационных систем. Классификация репарационных систем, виды: прямая и эксцизионная
репарации. Прямая реактивация. Фотореактивация и ее этапы. Эксцизионная репарация, ее этапы, ферментное
обеспечение и генетический контроль. Пострепликативная репарация, ее механизм и связь с рекомбинационной
системой. SOS-репарация. Ферменты репарации. Репарация и метилирование ДНК. Репарация однонитевых и
двухнитевых разрывов ДНК. Дефекты системы репарации и наследственные заболевания человека.
7.3. Экзаменационные (и или зачетные) вопросы и тесты*
(Указать примерный список экзаменационных/зачетных вопросов и/или тестов)
8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
8.1. Рекомендуемая литература:
a) Базовый учебник
1. Агол В.И. и др. Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот. од
ред. А.С.Спирина. М., Высшая школа, 1990г.
2. Спирин А.С. Молекулярная биология. Структура рибосомы и биосинтез белка. М.,
Высшая школа, 1986 г..
3. Альберте Б. и др. Молекулярная биология клетки. М.,Мир, 1994 .
б) Основная литература
4. Льюин Б. Гены. М., Мир, 1987 г.
5. УотсонД. Молекулярная биология гена. М., Мир, 1978 г.
6. Хесин Р.Б. Непостоянство генома. М., "Наука", 1984 г.
в) Дополнительная литература
1. Льюин Б. Гены. М., Мир, 1987 г.
2. Белясова Н. Биохимия и молекулярная биология. М., Книжный дом, 2004.
3. Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. М., Мир, 1987.
4. Патрушев. Экспрессия генов. М., Наука, 2000.
5. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. М., Мир, 1998.
6. Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. М., Академкнига, 2002.
7. Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. М., Мир, 1994.
8. Калинин В.Л. Транскрипция и регуляция экспрессии генов. Санкт-Петербург, изд-во
СПбГТУ, 2001.
9. Михайлов В.С. ДНК-полимеразы эукариот. // Мол. биол. 1999. Т. 33. № 4. С. 567—580.
10. Писарчик А.В., Картель Н.А. Простые повторяющиеся последовательности и экспрессия
генов. // Мол. биол. 2000. Т. 34. № 3. С. 357-362.
11. Чемерис М.В., Ахунов Б.Д., Вахитов А.И. Секвенирование ДНК. М., Наука, 1999.
12. Якубовская Е.А., Габибов А.Г. Топоизомеразы. Механизмы изменения топологии ДНК. //
Мол. биол. 1999. Т. 33. № 3. С. 368-384.
г) Другие источники*
Lewin B. Genes. Oxford University Press. 2003.
Учебная программа:
одобрена кафедрой _______________________________
Зав. кафедрой: Ф.И.О. _________________
______________
(подпись)
рекомендована Советом факультета __________________
Декан: Ф.И.О. ____________
______________
(подпись)
согласована с Департаментом развития образовательных программ и связей
Руководитель Департамента: Мхитарян С.А.
_______________
(подпись)