Молекулярная биология

Молекулярная биология — комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, строения и сложных функций высокомолекулярных соединений, составляющих: нерегулярных биополимеров (белков и нуклеиновых кислот). Программа предназначена для выпускников, занимающих дисциплину «Молекулярная биология», учебных ассистентов и студентов по направлениям подготовки 06.03.01 Биология, обучающихся по образовательной программе «Клеточная и молекулярная биотехнология».Программа учебных дисциплин разработана в соответствии с: Образовательным стандартом НИУ ВШЭ по космонавтике 06.03.01 Биология; Образовательная программа «Клеточная и молекулярная биотехнология» и объединенным учебным планом по образовательной программе «Клеточная и молекулярная биотехнология». Данная учебная дисциплина включена в раздел «Профессиональный цикл» Учебного плана 06.03.01 Биология и относится к базовой профильной части. Осваивается на 2 уровне в 1-2 модулях. Изучение данной дисциплины базируется на освоении дисциплины «Клеточная биология: основы биопроцессов». Основные положения дисциплин «Молекулярная биология» охватывают рамки изучения дисциплин «Эмбриология», «Иммунология», «Основы молекулярной онкологии» и др., а также при прохождении практик на 2-4 курсах образовательной программы «Клеточная и молекулярная биотехнология».

Цель освоения дисциплины

формирование у студентов представлений об основных явлениях, понятиях и навыках практических расчетов. В ходе изучения излагаются основные знания о механизмах работы молекулярных систем, управляющих биологическими процессами, о методах получения знаний о них, изучаются свойства биологических молекулярных систем.

Планируемые результаты обучения

Освоение основных понятий молекулярной биологии.
Знание состава, структуры, свойств и функций нуклеиновых кислот.
Освоение основных свойств и функций белков и хроматина.
Знание основ процесса репликации.
Освоение основ транскрипции.
Освоение

Содержание учебных дисциплин

Тема 1. Объекты, задачи, основные направления и перспективы развития молекулярной биологии Состав, структура, свойства и функции нуклеиновых кислот.

Предмет и задачи молекулярной биологии. Нуклеиновые кислоты. История открытия структуры и функции нуклеиновых кислот, потенциальной генетической функции ДНК. Значение исследования нуклеиновых кислот для науки и практики. Состав, строение, свойства и функции нуклеиновых кислот.Химический состав нуклеиновых кислот. Пуриновые и пиримидиновые азотистые основания. Таутомерия азотистых оснований. Углеводные компоненты: рибоза и дезоксирибоза. Нуклеозиды и нуклеотиды. Правила Чаргаффа. Свойства азотистых оснований, нуклеозидов и нуклеотидов. Конформация связи гликозидной, углеводного цикла, 5?-СН2ОН-группы. ?Жесткие? конформеры. Локализация ДНК в клетках прокариот и эукариот. Структурная организация ДНК: первичная, вторичная и тречная структуры. Секвенирование ДНК: метод Максама-Гилберта и метод Сенгера. Особенности последовательности нуклеотидов в ДНК. Уникальные, умеренно повторяющиеся и часто повторяющиеся по следам. Вторичная структура ДНК. Двойная спираль ДНК, принцип комплементарности. Конформационные формы ДНК. Триплексы. Палиндромы. ДНК G-4. Сверхспирализация ДНК и ее биологическое значение. Топоизомеразы и топоизомеры ДНК. Типы топоизомераз. Типы связей, стабилизирующие уровни структурной организации ДНК. Физико-химические свойства ДНК: денатурация, ренатурация и молекулярная гибридизация нуклеиновых кислот, вязкость, поглощение в УФ, реакционноспособность. Структурная организация РНК: обычная реальная процедура, вторичная и третья структура. Типы связей, стабилизирующие уровни структурной организации РНК. Особенности макромолекулярных структур тРНК. Основные виды РНК, их функции и воздействие на организм. Структура зараженной РНК (матричной РНК), транспортной РНК, рибосомных РНК. Малые ядерные РНК, малые РНК, их функции. Рибозимы. "Мир РНК", принцип действия РНК в происхождении жизни. Гипотеза о прохождении жизни через РНК. Физико-химические свойства РНК.

Тема 2. Белки. Хроматин.

История открытия структур и функций. Классификация и биологические функции белков. Первичная структура белков, различные типы аминокислот. Пептидная связь. Методы определения структуры формулы. Ферментативные процессы фрагментации полипептидной цепи. Химические методы специфического расщепления пептидных связей.Разделение пептидов, распространённых при расщеплении соединений. Определение N-концевых аминокислот и последовательностей. Вторичная структура белков. Вторичная структура белков и методы ее изучения. Связи, формирующие вторичную структуру. α-спираль, -структура, коллагеновая спираль. Связь вторичных структур с аминокислотной последовательностью. Домены. Третичная и четвертичная структуры, типы стабилизирующих связей. Рентгеноструктурный анализ белков. Олигомерные белки. Классификация белков. Нуклеопротеины. Химические связи в нуклеопротеинах. Структура вирусных и бактериальных нуклеопротеинов. Хроматин. Уровни организации хроматина. Структурная организация нуклеосом. Белки-гистоны. Негистоновые белки, РНК хромосом.

Тема 3. Репликация. Репарация ДНК.

Доказательство полуконсервативного механизма репликации. Ферменты и белки репликации. ДНК-полимеразы прокариот и эукариот. ДНК-лигазы. Белки, расплетающие двойную спираль, проявляют активность: ДНК-топоизомеразы, ДНК-хеликазы, SSB-белки. Принципы и правила репликации. Репликон. Репликативная вилка. Репликативный синтез ДНК у прокариот (E.coli): инициация, элонгация, терминация. Модели репликации ДНК: заболевания глаз, заболевания катящегося кольца, заболевания Д-петли. Особенности репликации ДНК у эукариот: структурные компоненты, теломеры, теломераза, нуклеосомы. Регуляция репликации ДНК. Нематричный синтез полинуклеотидов и его значение Мутации, мутагенез. Классификации мутаций. Механизмы репарации ДНК: обращение повреждений, эксцезионная репарация (репарация димеров, репарация депуринизированной ДНК, репарация химически модифицированных азотистых оснований), рекомбинационная репарация. SOS-репарация.

Тема 4. Синтез РНК (транскрипция).

Синтез РНК (транскрипция), история изучения молекулярных механизмов. РНК-полимеразы прокариот и эукариот. Принципы транскрипции. Структура промотора прокариот. Инициация транскрипции, последовательности событий. Регуляция работы промоторов и инициации транскрипции.Элонгация и терминация транскрипции. ρ-независимая и ρ-зависимая терминация. Особенности транскрипции эукариот: структура промотора, нуклеосомы. Посттранскрипционный процессинг РНК прокариот: мРНК, рРНК и тРНК. Процессинг и сплайсинг мРНК эукариот. Информосомы. Модели сплайсинга. Созревание тРНК и рРНК эукариот.

Тема 5. Синтез белка (трансляция).

Центральная догма молекулярной биологии. Генетический код. Основные свойства генетического кода. Особенности кодового словаря. Синтез белка (трансляция), история изучения молекулярных механизмов. Рибосомы. Активация, распознавание аминокислот и синтез аминоацил-тРНК. Аминоацилсинтетазы. Изоакцепторные тРНК. Взаимодействие кодона и антикодона. Рибосомы. Химический состав, архитектура, самосборка, функциональные центры, воздействие рибосом. Инициация проката прокариот. Инициирующие кодоны, их распознавание. Элонгация и терминация выпуска прокариот, очередность событий, факторы риска, стоп-кодоны. Особенности инициации реализации эукариот. Посттрансляционные модификации продукции. Посттрансляционный процессинг и сплайсинг продуктов. Шаперонины и шапероны. Самоорганизация наследственности белковых молекул. Формирование заболеваемости структур. процесс, поддерживаемый стабильной структурой. Деградация белков. Убиквитин. Регуляция синтеза белка у прокариот и эукариот: на уровне транскрипции (белки, аттенуатор, σ-фактор, мигрирующие элементы, цАМФ, гормоны, энхансеры и др.), посттранскрипционная, посттрансляционная регуляция.