УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА Прикладная молекулярная биология

Федеральное агентство по образованию
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
УТВЕРЖДАЮ
Ректор РХТУ им. Д.И. Менделеева
_____________В.А. Колесников
"______"_______________2008 г.
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
Прикладная молекулярная биология
специальность 240901 «Биотехнология»
Программа одобрена
Методической секцией Ученого
совета РХТУ им. Д.И. Менделеева
“____” _________________ 2008 г.
Председатель__________ Ю.И. Капустин
Москва 2008
2
Программа составлена кафедрой биотехнологии,
д.б.н., профессор А.С. Миронов
Заведующий кафедрой, д.т.н,
профессор
__________________ В.И. Панфилов
3
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Цели и задачи дисциплины
Дисциплина "Прикладная молекулярная биология" входит в цикл естественно-научных дисциплин при подготовке дипломированных специалистов
(инженер по специальности 240901 "Биотехнология").
Актуальность введения данной дисциплины обусловлена тем, что молекулярная биология является одной из наиболее стремительно развивающихся областей биологии, открывающей новые горизонты знания, что дает исключительные
возможности для совершенствования и создания принципиально новых методов и
технологий. Методы и достижения молекулярной биологии и генной инженерии
позволили осуществить настоящий прорыв в биотехнологии. Можно с уверенностью сказать, что в настоящее время нет ни одной области биотехнологии, в которой в той или иной мере не использовались бы методы и достижения молекулярной биологии и генной инженерии.
Программа курса составлена с учетом требований типовой программы
учебных дисциплин "Молекулярная биология и генная инженерия". Она определяет общий объем знаний, подлежащих обязательному усвоению студентами,
едина для всех форм обучения и предназначена для дипломированных специалистов по специальности биотехнология.
Цель и задачи учебного курса.
Основная цель читаемого курса – приобретение студентами базовых знаний
в области молекулярной биологии и генетики для возможности усвоения в будущем различных прикладных направлений в молекулярной биотехнологии и генетической инженерии. Полученные знания обеспечивают в дальнейшем более глубокую подготовку студента по любой из выбранных им специализаций.
Задачи курса:
- изучение содержательных основ предмета исследований, понятийного аппарата и методологической базы молекулярной биологии и генной инженерии;
- ознакомление с основами современной молекулярной биологии, биологическими процессами в про- и эукариотических клетках на молекулярном уровне, с
современными представлениями о механизмах их протекания и регуляции: хранении, передаче, изменении, репарации и реализации генетической информации;
- ознакомление с базовыми методами прикладной генетической инженерии;
- формирование у студента целостного представления о современном состоянии и перспективах развития молекулярной биологии и генной инженерии как
направления научной и практической деятельности человека, имеющей в своей
основе использование генетически модифицированных прокариотических или эукариотических организмов для решения фундаментальных и прикладных задач
промышленного производства биологически активных соединений, фармакологии, здравоохранения, экологии и т.д.
Объем и структура курса.
Курс включает в себя лекции и читается в VIII семестре после освоения
студентами программ по органической химии и химии биологически активных
веществ, биофизической химии, биохимии, общей биологии и микробиологии.
4
Общий объем курса составляет 80 часов (40 часов лекций и 40 часов самостоятельной работы).
Рабочей программой предусмотрены контрольные работы, оценка за которые учитывается при проведении окончательного контроля знаний. Контроль
знаний осуществляется в соответствии с рейтинговой системой. Форма контроля
– экзамен.
Распределение часов по разделам курса и видам занятий
Тема
Лекции
1. Введение
1
Пр.
занятия
---
Самост.
раб.
0
2. Молекулярные основы наследственности
9
---
11
3. Мутационный процесс
4
---
3
4. Внехромосомные генетические элементы
6
---
6
5. Исследование структуры и функции гена
6
---
6
6. Регуляция экспрессии генов
6
---
8
7. Основы генетической инженерии
8
---
6
Всего 80 часов
40
---
40
5
Содержание курса
1. Введение.
Предмет, задачи и методы молекулярной биологии и генетики. Значение
"классической" генетики и генетики микроорганизмов в становлении молекулярной биологии и генетической инженерии. Понятие гена в "классической" и молекулярной генетике, его эволюция. Вклад методологии генной инженерии в развитие молекулярной генетики. Прикладное значение генетической инженерии для
биотехнологии.
2. Молекулярные основы наследственности.
Природа генетического материала. Структура нуклеиновых кислот. Особенности строения генетического материала про- и эукариот. Транскрипция ДНК,
ее компоненты. РНК-полимераза и промотор. Трансляция, ее этапы, функция рибосом. Генетический код и его свойства. Репликация ДНК и ее генетический контроль. Рекомбинация, ее типы и модели. Механизмы репарации ДНК. Взаимосвязь процессов репликации, рекомбинации и репарации.
3. Мутационный процесс.
Роль биохимических мутантов в формировании теории один ген – один
фермент. Классификация мутаций. Точковые мутации и хромосомные перестройки, механизм их образования. Спонтанный и индуцированный мутагенез. Классификация мутагенов. Молекулярный механизм мутагенеза. Взаимосвязь мутагенеза
и репарации. Идентификация и селекция мутантов. Супрессия: внутригенная,
межгенная и фенотипическая.
4. Внехромосомные генетические элементы.
Плазмиды, их строение и классификация. Половой фактор F, его строение и
жизненный цикл. Роль фактора F в мобилизации хромосомного переноса. Образование доноров типа Hfr и F'. Механизм конъюгации. Бактериофаги, их структура
и жизненный цикл. Вирулентные и умеренные бактериофаги. Лизогения и трансдукция. Общая и специфическая трансдукция. Мигрирующие генетические элементы: транспозоны и IS-последовательности, их роль в генетическом обмене.
ДНК-транспозоны в геномах прокариот и эукариот.
5. Исследование структуры и функции гена.
Элементы генетического анализа. Цис-транс комплементационный тест.
Генетическое картирование с использованием конъюгации, трансдукции и трансформации. Построение генетических карт. Тонкое генетическое картирование.
Физический анализ структуры гена. Гетеродуплексный анализ. Рестрикционный
анализ. Методы секвенирования. Полимеразная цепная реакция. Выявление
функции гена.
6. Регуляция экспрессии генов.
6
Концепции оперона и регулона. Контроль на уровне инициации транскрипции. Промотор, оператор и регуляторные белки. Позитивный и негативный контроль экспрессии генов. Контроль на уровне терминации транскрипции. Катаболит-контролируемые опероны: модель лактозного оперона. Аттенюаторконтролируемые опероны: модель триптофанового оперона. Мультивалентная регуляция экспрессии генов. Посттранскрипционный контроль.
7. Основы генетической инженерии.
Ферменты рестрикции и модификации. Выделение и клонирование генов.
Векторы для молекулярного клонирования. Принципы конструирования рекомбинантных ДНК и их введения в реципиентные клетки. Прикладные аспекты генетической инженерии.
Рекомендуемая литература
Основная
1. Глик Б.Р., Пастернак Д. – Молекулярная биотехнология. М. 2002. – 589 с.
2. Уотсон Дж., Туз Дж., Курц Д. Рекомбинантные ДНК: Краткий курс. – М.: Мир,
1986.
3. Льюин Б. Гены. – М.: Мир. 1987.
4. Современная микробиология. Прокариоты (в 2-х тт.). – М.: Мир, 2005.
5. Рис. Э., Стернберг М. Введение в молекулярную биологию. От клеток к атомам.
– М.: Мир, 2002. – 142 с.
Дополнительная
1. Хесин Р.Б. Непостоянство генома. – М.: Наука. 1984.
2. Рыбчин В.Н. Основы генетической инженерии. – СПб.: СПбГТУ. 1999.
3. Патрушев Л.И. Экспрессия генов. – М.: Наука, 2000.
4. М. Сингер, П. Берг. Гены и геномы. – М.: Мир, 1998.
5. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия. – Новосибирск: Из-во Сиб. Унив.,
2004.
6. Молекулярная биология: структура и биосинтез нуклеиновых кислот. / Под ред.
А.С. Спирина. – М. Высшая шк. 1990.
7. Спирин А.С. Структура рибосомы и биосинтез белка. – М.: Высшая школа,
1986.
8. Степанов В.М. Молекулярная биология. Структура и функции белков. – М.:
В.Ш., 1996.