Государственное образовательное учреждение Московской области

Международный университет природы, общества и человека «Дубна»
Направление: 330300 Курс IV (7 семестр), 2004/2005 г.

Дисциплина: Молекулярная биология

1. 
   СТРУКТУРА И БИОСИНТЕЗ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
   

Структура ДНК. Нуклеотид, нуклеозид, пиримидины, пурины. N-гликозидная связь, фосфодиэфирная связь, водородные связи и стэккинг взаимодействие. Принцип комплементарности. Полярность цепи, антипараллельность ориентации нитей. Уотсон-Криковские пары и трехмерная модель ДНК. Неканонические формы ДНК. Характерные параметры ДНК. Сверхспирализация.

Репликация ДНК. Определение репликации. Точность воспроизведения ДНК. Опыт Мезельсона и Сталь. Реакция полимеризации ДНК. Основные принципы репликации (комплементарность, полуконсервативность, бинаправленность, сайты начала репликации, ассиметричность репликативной вилки, полунепрерывность, антипараллельность, униполярность, потребность в затравке). Основные ферменты и белки репликации (ДНК-топоизомеразы, ДНК-полимеразы, лигаза, гираза, хеликаза, ДНК-праймаза, ssb). Вилка репликации, события на лидирующей и отстающей нитях. Реакция лигирования. Основные параметры репликации (скорость, размер праймера и фрагмента Оказаки). Роль димерной структуры в координации синтеза ДНК на комплементарных нитях. Репликация у E. coli. (инициация, элонгация и терминация). Полимеразы, участвующие в репликации, их ферментативная активность. Понятие процессивности. Структура участка старта репликации (origin). Структурные переходы ДНК в районе старта репликации. Терминация репликации у бактерий. Особенности регуляции репликации плазмид.
Репликоны у эукариот. ARS дрожжей, их выделение и структурно-функциональная организация. Инициация репликации у дрожжей. Проблема репликации линейного незамкнутого фрагмента ДНК. Теломера. Теломераза, особенности структурной организации (РНК-компонент). Теория старения в связи с динамикой структуры теломеры. Неканонические структуры ДНК в районе теломерных последовательностей.
Транскрипция ДНК. Определение транскрипции. Структура РНК. Полимеразная реакция. Отличия транскрипции от репликации ДНК. Транскрипция у прокариот. Особенности структуры РНК-полимеразы. σ-факторы. Стадии транскрипционного цикла. Транскрипция у эукариот. Промотор. Базальная транскрипция. РНК-полимеразы I, II и III и факторы транскрипции. Инициация и элонгация траснкрипции РНК-полимеразой II. Инициация и терминация транскрипции РНК-полимеразой I. Синтез рРНК и тРНК.
Процессинг РНК. Определение процессинга. Интроны, сплайсинг. Процессинг у бактерий. Особенности процессинга рРНК и тРНК. РНКазы. Процессинг у эукариот. Кэпирование. Полиаденилирование. Сплайсинг. Классификация интронов. Интроны группы 1. Особенности структуры и механизм сплайсинга. Интроны группы 2, особенности структуры и механизм сплайсинга. Интроны группы 3. Правило Шамбона. Сплайсинг пре-мРНК в ядре. Роль малых ядерных РНК и белковых факторов. Рибозимы, их специфичность. Сплайсосома. Особенности процессинга рРНК в ядрышке. Альтернативный сплайсинг, примеры. Редактирование РНК.
Регуляция транскрипции ДНК. Позитивная и негативная регуляция транскрипции. Оператор и промотор. Репрессоры, индукторы, кофакторы, эффекторы. Оперон. Lac-оперон, позитивная и негативная регуляция. Trp-оперон. Аттенюация транскрипции. Регуляция транскрипции у эукариот. Энхансеры, сайленсеры. "Модули" последовательностей ДНК, узнаваемые специфическими белками. Белковые домены, узнающие специфические последовательности ДНК. Примеры регуляции экспрессии гена эукариот.
Хроматин. Структурная организация нуклеосом. Нуклеосомы и транскрипция. Модификация гистонов и динамическая структура хроматина. Закономерности расположения нуклеосом относительно промоторов и ориджинов начал репликации ("фейзинг" нуклеосом). Представление о петельной организации хромосом. Ядерный матрикс. Локус-контролирующие районы и инсуляторы. Внутриядерная архитектура хромосом. Представление о "перемоделировании" хроматина. Комплексы перестройки хроматина. Ковалентная модификация гистонов. Роль нуклеосомных структур в активации экспрессии гена. Модель участия коактиваторов в регуляции транскрипции посредством ацетилирования гистонов. Гистоновый код. Репрессия транскрипции у эукариот. Метилирование ДНК. Импринтинг. Инактивация Х хромосомы. Эпигенетическое наследование.
_________________________________________________________________________

2. 
   СТРУКТУРА РИБОСОМЫ И БИОСИНТЕЗ БЕЛКА
   

Общая схема биосинтеза белка, роль РНК в этом процессе. "Мир РНК", гипотеза о роли РНК в происхождении жизни.

Информационная РНК, ее структура и функциональные участки. Расшифровка генетического кода. Основные свойства генетического кода. Особенности кодового словаря.
Открытие транспортных РНК. Их первичная и третичная структура, роль модифицированных нуклеотидов. Аминоацилирование тРНК. Аминоацил-тРНК-синтетазы, их структура и механизм действия. Специфичность аминоацилирования. Рибосомы, их локализация в клетке. Прокариотический и эукариотический типы рибосом. Последовательное считывание мРНК рибосомами, полирибосомы. Стадии трансляции: инициация, элонгация и терминация. Бесклеточные системы трансляции. Химические реакции и общий энергетический баланс биосинтеза белка.
Морфология рибосомы. Размеры, внешний вид, подразделение на две субъединицы. Детальная форма рибосомных субъединиц, объединение субъединиц в целую рибосому. Рибосомные РНК, их виды, первичные и вторичные структуры. Структурные домены и компактная самоукладка молекул РНК. Значение рибосомной РНК. Рибосомные белки. Рабочий цикл рибосомы. Функция связывания; мРНК-связывающий участок. тРНК-связывающие А, Р и Е участки, факторосвязывающий участок. Каталитические функции: пептидилтрансфераза и ГТФаза.
Элонгация: первый этап - поступление аминоацил-тРНК в рибосому. Концепция антикодона, кадон-антикодоновое взаимодействие. Гипотеза нестрогого соответствия (wobble-гипотеза). Стереохимия кодон-антикодонового спаривания. Участие факторов элонгации 1 (EF-Tu или EF-1) в связывании аминоацил-тРНК. Второй этап элонгации - транспептидация. Химия и энергетический баланс реакции. Стереохимия транспептидации, перемещение продуктов реакции. Третий этап элонгации - транслокация. Участие фактора элонгации 2 (EF-G или EF-2). Энергетика и молекулярный механизм транслокации. Скорость элонгации и ее регуляция. Неравномерность элонгации: паузы, модулирующие кодоны, влияние структуры мРНК и растущих пептидов. Избирательная регуляция элонгации на различных мРНК. Регуляция общей скорости элонгации: фосфорилирование EF-2; модификации EF-1.
Терминация трансляции: терминирующие кодоны, белковые факторы терминации, гидролиз пептидил-тРНК. Прионы.
Инициация трансляции. Общие принципы, значение, основные этапы инициации. Инициация трансляции у прокариот. Инициирующие кодоны и сайт связывания рибосом на мРНК. Инициаторная тРНК и белковые факторы инициации. Последовательность событий. Инициация трансляции у эукариот. Особенности эукариотической мРНК. Сар-структура и инициирующие кодоны. Внутренний сайт связывания рибосом. Особенности инициаторной тРНК. Белковые факторы, взаимодействующие с рибосомой и с мРНК. Влияние на инициацию трансляции структур на 3'-конце мРНК. Последовательность событий.
Регуляция трансляции. Дискриминация мРНК рибосомными частицами. Трансляционная репрессия. Маскирование мРНК. Тотальная регуляция (фактор eIF2).
Регуляция клеточного метаболизма. Синтез ферментов. Изменение активности фермента. Деградация фермента. Лизосомы. Убиквитин-зависимый гидролиз. Шапероны. Структура протеасомы. Убиквитин-протеолитический путь деградации белков.
_________________________________________________________________________
ЛИТЕРАТУРА
основная

1. 
   Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. ACADEMIA. Москва. 2005.
   
2. 
   Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Сибирское университетское издательство. Новосибирск. 2003.
   

дополнительная

1. 
   Агол В.И. и др. Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот. Под ред. А.С. Спирина. М. Высшая школа. 1990.
   
2. 
   Спирин А.С. Молекулярная биология. Структура рибосомы и биосинтез белка. М. Высшая школа. 1986.
   
3. 
   Альбертс Б. и др. Молекулярная биология клетки. М. Мир. 1994.
   
4. 
   Льюин Д. Гены. М. Мир. 1987.
   
5. 
   Уотсон Д. Молекулярная биология гена. М. Мир. 1978.
   
6. 
   Хесин Р.Б. Непостоянство генома. М. "Наука". 1984.
   

_________________________________________________________________________

ПРАКТИКУМ

1. 
   Трансформация бактерий E. coli плазмидной ДНК.
   
2. 
   Выделение препаративных количеств плазмидной ДНК из клеток бактерий.
   
3. 
   Трансформация дрожжей Saccharomyces cerevisiae плазмидной ДНК.
   
4. 
   Выделение плазмидной ДНК из клеток дрожжей.
   
5. 
   Выделение хромосомной ДНК из клеток дрожжей.
   
6. 
   Ферменты рестрикции. Рестрикционный анализ плазмидной ДНК.
   
7. 
   Электрофорез ДНК в агарозном геле. Анализ электрофореграмм. Фотографирование.
   

_________________________________________________________________________
ЛИТЕРАТУРА

1. 
   Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Молекулярное клонирование. Москва. Мир. 1984.
   
2. 
   Sherman F., Fink G.R., Hick J.B. Methods in yeast genetics. Cold Spring Harbor Laboratory. 1986.
   
3. 
   Johnston J.R. Molecular genetics of yeast: a practical approach. IRL Press at Oxford Univ. Press. Oxford. England.1994.
   
4. 
   Прозоров А.А. Трансформация у бактерий. Москва. Наука. 1988.
   

_________________________________________________________________________
Составитель: доц. Н.А. Колтовая
_________________________________________________________________________