МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РФ
КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ЦИТОЛОГИИ И МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА И КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ»
ДЛЯ СТУДЕНТОВ ФАКУЛЬТЕТОВ:
АГРОНОМИЧЕСКОГО
АГРОХИМИЧЕСКОГО
ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ
ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОГРАММА КУРСА «МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ»
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПЛАНЕ
Молекулярная биология - это наука о молекулярных механизмах важнейших общебиологических явлений. Она представляет собой биологию молекулярного уровня организации живой материи. Процессы, протекающие на этом уровне, лежат в основе реализации генетической информации, заключенной в ДНК клетки. Молекулярная биология выступает связующим звеном между генетикой и цитологией, между закладывающимися в потенции и реально происходящими процессами, определяющими структуру клеток и организмов, особенности их функционирования, роста и развития, она объясняет возможные пути генетического выражения в зависимости от событий, происходящих в клетке на молекулярном уровне.
Цель преподавания молекулярной биологии клетки для студентов факультета агрохимии и почвоведения - дать представление о молекулярном уровне организации и функционирования живой материи и тем самым способствовать системному подходу к усвоению учебного материала на основе понимания глубокой связи естественных наук и формированию современной естественнонаучной картины мира.
Задачей курса является приобретение студентами следующих знаний:
изучить задачи молекулярной биологии как науки, основные методы исследований;
рассмотреть строение и свойства нуклеиновых кислот: изучить механизмы репликации ДНК;
знать общую характеристику процессов транскрипции ДНК;
изучить процесс синтеза белка;
изучить механизмы регуляции синтеза белка;
изучить механизмы перестройки генов;
получить представление о генной инженерии.
Дисциплина «Молекулярная биология клетки» тесно связана с другими дисциплинами учебного плана: физиологией и биохимией растений, биотехнологией.
ВВЕДЕНИЕ
Понятие молекулярной биологии, история ее возникновения. Цели и задачи дисциплины, ее содержание, порядок изучения, связь со смежными дисциплинами.
1. КЛЕТКА КАК ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЕДИНИЦА ЖИВОЙ МАТЕРИИ (ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР, ПРОИСХОЖДЕНИЕ КЛЕТКИ)
Эволюция клетки. От молекулы к первой клетке. От прокариот к эукариотам. Характеристика прокариотической клетки. Метаболические реакции. Цианобактерии. Клетки эукариот.
2. МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ КЛЕТКИ. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ И ПРИНЦИП КОМПАРТМЕНТАЛИ3АЦИИ
Биохимические и собственные методы молекулярной биологии клетки. Понятие об универсальной мембране. Функции мембран. Компартментализация клетки.
З. ПОТОК ИНФОРМАЦИИ В КЛЕТКЕ. СТРОЕНИЕ МАТРИЧНОЙ, РИБОСОМНОЙ
И ТРАНСПОРТНОЙ РНК. ПЕРВИЧНАЯ, ВТОРИЧНАЯ И ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА ДНК
Роль нуклеиновых кислот. Строение нуклеотидов. Пуриновые и примидиновые азотистые основания. Правила Чаргаффа. Полинуклеотиды. Гетерогенность РНК. Структура и функции транспортной РНК. Особенности строения и роль матричной РНК. Структура и функции рибосомной РНК и рибосом. Первичная, вторичная и третичная структура ДНК. Три уровня организации хроматина. Физико-химические свойства ДНК.
4. ГЕНЫ. ГЕНОМ
Центральный постулат молекулярной биологии. Генетическая роль ДНК. Генетический код и его расшифровка. Свойства генетического кода. Геном.
5. ПЕРЕСТРОЙКА ГЕНОВ
Мутации и их роль в эволюционном процессе. Мутагены и злокачественный рост. Репарация мутаций. Роль дупликаций, нехваток, инверсий и транслокаций в эволюции генома.
6. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РЕАЛИЗАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ: РЕПЛИКАЦИЯ, ТРАНСКРИПЦИЯ, ТРАНСЛЯЦИЯ У ПРОКАРИОТИЧЕСКИХ И ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ
ОРГАНИ3МОВ
Ферменты и белки репликации. Особенности механизма репликации у прокариот и эукариот. Исправление ошибок при репликации. Три стадии транскрипции. Особенности транскрипции у эукариот. Ингибиторы транскрипции. Три стадии синтеза белка: инициация, элонгация, терминация. Транспорт белка в клетке. Ингибиторы синтеза белка.
7. РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ РЕКОМБИНАЦИЙ И ИХ РОЛЬ. РЕГУЛЯЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ КЛЕТКИ
Механизмы рекомбинации. Рекомбинация плазм ид. Общая генетическая рекомбинация. Регуляция синтеза белка в клетке.
8. ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГЕНЕТИКЕ
Понятие генной инженерии. Цели, задачи, методы. Молекулярная генетика как современная естественнонаучная область знания. Роль генной инженерии и молекулярной генетики в развитии биотехнологии.
ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА
ЛАБОРАТОРНО - ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
ЗАНЯТИЕ 1-2. Нуклеиновые кислоты. Первичная, вторичная и третичная структура ДНК. Физико-химические свойства ДНК. Строение матричной, транспортной и рибосом ной РНК. Генетическая роль ДНК. Генетический код. Свойства генетического кода.
ЗАНЯТИЕ 3. Коллоквиум 1. Нуклеиновые кислоты и их модификации
ЗАНЯТИЕ 4. Репликация ДНК. Ферменты и механизм репликации. Особенности репликации прокариот, эукариот, вирусов.
ЗАНЯТИЕ 5. Транскрипция у прокариот, эукариот, вирусов. Ингибиторы транскрипции.
ЗАНЯТИЕ 6. Синтез белка: инициация, элонгация, терминация. Транспорт белка в клетке. Регуляция синтеза белка.
ЗАНЯТИЕ 7. Коллоквиум 2. Этапы реализации генетической информации. Генетический контроль.
ПРИМЕРНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ПО РАЗДЕЛАМ
Наименование раздела
|
Время, часы
|
Время, %
|
ауди-торные
|
самостоятельные
|
1. Введение. Молекулярная биология как наука. Место среди других наук.
|
4
|
2
|
10
|
2. Структура и роль белков и нуклеиновых кислот.
|
13
|
8
|
35
|
3. Этапы реализации генетической информации в клетке и их контроль.
|
10
|
12
|
37
|
4. Модификации и рекомбинации генетического материала.
|
5
|
6
|
18
|
КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ «МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ2
ПЛАН ЛЕКЦИЙ
Неделя семестра
|
Тема лекции и количество часов на ее раскрытие
|
N литературного источника
|
1
|
Клетка как элементарная единица живой материи (исторический обзор, происхождение клетки) – 2 часа.
|
3,4,5
|
1
|
Методы молекулярной биологии клетки. Биологические мембраны и принцип компартментализации – 2 часа.
|
1,2,3,4,5,6
|
3-5
|
Поток информации в клетке. Строение матричной, рибосомной и транспортной РНК. Первичная, вторичная и третичная структура ДНК – 4 часа.
|
1,2,3,4,5,6
|
7
|
Гены. Геном – 2 часа.
|
2,3,4,5,6,8,9
|
9
|
Перестройка генов – 2 часа.
|
2,3,4,5,6,8,9
|
11
|
Основные этапы реализации генетической информации: репликация, транскрипция, трансляция у прокариотических и эукариотических
организмов – 2 часа.
|
1,2,3,4,5,7,8
|
13
|
Различные типы рекомбинаций и их роль. Регуляция генетической активности клетки – 2 часа.
|
1,2,3,4,5,8
|
15
|
Общее представление о генной инженерии и молекулярной генетике – 2 часа.
ИТОГО: 18 ЧАСОВ
|
2,9,10
|
ПЛАН ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Неделя семестра
|
Темы лабораторно-практических занятий
|
Кол-во часов
|
N литературного источника
|
1
|
2
|
3
|
4
|
2-4
|
Белки. Четыре уровня структуры белков. Нуклеиновые кислоты. Первичная, вторичная и третичная структура ДНК. Физико-химические свойства ДНК. Строение матричной, транспортной и рибосом ной РНК. Генетическая роль ДНК. Генетический код. Свойства генетического кода.
|
4
|
1,2,3,4,5,6
|
6
|
Коллоквиум 1. Нуклеиновые кислоты и их модификации
|
2
|
1,2,3,4,5,6,8
|
8
|
Репликация ДНК. Ферменты и механизм репликации. Особенности репликации прокариот, эукариот, вирусов.
|
2
|
1,2,3,4,5,6,8
|
1
|
2
|
3
|
4
|
10
|
Транскрипция у прокариот, эукариот, вирусов. Ингибиторы транскрипции.
|
2
|
1,2,3,4,5,6,8
|
12
|
Синтез белка: инициация, элонгация, терминация. Транспорт белка в клетке. Регуляция синтеза белка.
|
2
|
1,2,3,4,5,6,8
|
14
|
Коллоквиум 2. Этапы реализации генетической информации. Генетический контроль.
|
2
|
1,2,3,4,5,6,8,9,10
|
|
ИТОГО
|
14
|
|
ПЛАН САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Тема |
Вопросы
|
Кол-во часов
|
N литературного источника
|
Форма контроля
| 1 |
2
|
3
|
4
|
5
|
Введение в молекулярную биологию
|
Молекулярная биология как наука. Цели и задачи молекулярной биологии. История. Методы молекулярной биологии.
|
2
|
2,3,4,5,6,8
|
Коллоквиум 1, опрос
|
Белки
|
Строение и свойства аминокислот. Классификация. Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура белков. Функции белков. Классификация белков. Свойства белковых молекул.
|
4
|
1,2,3,4,5
|
Коллоквиум 1, опрос
|
Нуклеиновые кислоты
|
Строение мономеров нуклеиновых кислот – нуклеотидов. Первичная, вторичная, третичная структура ДНК. Три уровня организации хроматина. Структура и функции матричной, транспортной и рибосомальной РНК. Генетический код и его свойства.
|
4
|
1,2,3,4,5
|
Коллоквиум 1, опрос
|
Репликация
|
Определение репликации. Белки и ферменты репликации. Основной фермент репликации и его свойства. Последовательность событий репликации. Отличие репликации у прокариот и эукариот. Два механизма репликации. Исправление ошибок при репликации.
|
4
|
1,2,3,4,5,8
|
Коллоквиум 2, опрос
|
Транскрипция
|
Определение транскрипции. Сходство и отличия транскрипции и репликации. Основной фермент транскрипции и его свойства. Этапы транскрипции: связывание РНКП с ДНК; инициация; элонгация; два типа терминации транскрипции.
|
4
|
1,2,3,4,5,8
|
Коллоквиум 2, опрос
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
Синтез белка
|
Основные этапы синтеза белка: активация аминокислот; инициация; элонгация; терминация. Ферменты трансляции.
|
4
|
1,2,3,4,5,8
|
Коллоквиум 2, опрос
|
Мутации
|
Определение мутаций. Классификация. Основные группы мутагенов. Репарация мутаций.
|
6
|
1,2,3,4,5,8
|
Коллоквиум 2, опрос
|
4. ВИДЫ И СРОКИ ОТЧЕТНОСТИ СТУДЕНТОВ
Неделя семестра
|
Тема задания
|
Вид отчетности
|
6
|
Подготовить материал лекций № 1-5 и лабораторно-практических занятий № 1-3
|
Коллоквиум № 1
|
14
|
Подготовить материал лекций № 6-8 и лабораторно-практических занятий № 5-7
|
Коллоквиум № 2
|
15
|
Лабораторно-практические работы
|
Допуск к зачету
|
15
|
Лекционный материал и материал лабораторно-практических занятий
|
Зачет
|
5. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ПО РАЗДЕЛАМ
Наименование разделов
|
Время в соответствии с рабочей программой, %
|
Время в соответствии с календарно-тематическим планом, %
|
1. Введение. Молекулярная биология как наука. Место среди других наук.
|
10
|
10
|
2. Структура и роль белков и нуклеиновых кислот.
|
35
|
35
|
3. Этапы реализации генетической информации в клетке и их контроль.
|
37
|
37
|
4. Модификации и рекомбинации генетического материала.
|
18
|
18
|
ВСЕГО:
|
100
|
100
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основной.
Молекулярная биология. В 3-х томах. Под ред. Спирина. М.: ВШ, 1990. Учебник.
Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Изд-во Новосиб.ун-та, 2002.
Молекулярная биология клетки. Пер. с англ. В трех томах. М.: Мир, 1994.
Дополнительный.
Молекулярная биология. М.: Мир, 1985.
Молекулярная биология клетки в пяти томах. М.: Мир, 1986.
Молекулярная биология. Проблемы и перспективы. М.: Науки, 1964.
Ратнер В.А. Молекулярная генетика: принципы и механизмы. Новосибирск, 1983.
Молекулярные механизмы генетических процессов: молекулярная генетика, эволюция и молекулярно-генетические основы селекции. М.: Наука, 1985.
Инге-Вечтомов С.Г. Введение в молекулярную генетику. М.: ВШ., 1983.
Генетическая инженерия: реальность, перспективы. М.: «Знание», 1978.
|
