Кафедра МолекулЯРНОЙ биологиИ И

⇐ Назад

ГенетикИ

ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС

КУРС: 1

ДИСЦИПЛИНА: МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНСКАЯ ГЕНЕТИКА

СОСТАВИТЕЛИ: преподаватели кафедры

Год

Обсуждено и утверждено на заседании кафедры от «12» апреля 2012 г, протокол № 15

Заведующий кафедрой, профессор Куандыков Е.У.

Лекция № 1

1. Тема: Молекулярные основы наследственности. Нуклеиновые кислоты. Молекулярная биология гена

2. Цель:Формирование у студентов современных знаний об основных молекулярно-генетических и клеточных механизмах функционирования организма, структурно-функциональной организации наследственного материала на молекулярном уровне (ДНК). Изучить современные представления о строении и функционировании гена.

3. Тезисы лекций:

3.1. Роль и значение молекулярной биологии и генетики в медицине.

3.2. Нуклеиновые кислоты – классификация, строение, функции.

3.3. Ген – определение, классификация.

3.4. Строение гена у про- и эукариот. Регуляторная и кодирующая субъединицы гена, строение, функции.

3.5. Регуляторные последовательности, функции.

3.6. Кодирующие последовательности (кодоны), функции.

3.7. Экзон – интронное строение эукариотических генов.

3.8.Понятие о мутоне, реконе, цистроне.

Молекулярная биология и генетика изучают организацию и функционирование генетического материала живых организмов на молекулярном (ДНК), генном, хромосомном, геномном и популяционном уровнях.

Молекулярная биология является одной из самых передовых и стремительно развивающихся биологических наук.

Материальными носителями генетической информации в клетках всех видов живых организмов являются нуклеиновые кислоты (НК). Это сложные биополимеры с очень большой молекулярной массой. Мономерами НК являются нуклеотиды, поэтому НК представляют собой полинуклеотидную цепь. В состав каждого нуклеотида входит: пятиуглеродный моносахарид (пентоза), остаток фосфорной кислоты и азотистое основание (аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г), цитозин (Ц), урацил (У)). Два азотистых основания относятся к классу пуринов (А и Г), а три - пиримидинов - (Т, У и Ц). Остаток фосфорной кислоты связывается с 3^/-углеродом пентозы, а азотистое основание с 1^/-углеродом. Нуклеотиды соединяются друг с другом в цепочку путем образования ковалентных связей между фосфорной группой одного нуклеотида и дезоксирибозой другого. Существует 2 типа нуклеиновых кислот - ДНК и РНК, различающиеся по стуктуре и функциям.

С молекулярно-биологической точки зрения ген представляет собой сложную структуру (участок ДНК), контролирующую синтез белкового продукта – полипептида, состоящую из регуляторной и кодирующей части. В пределах гена может содержаться несколько функциональных единиц - цистронов, контролирующих синтез одной полипептидной цепи и множество сайтов мутации и рекомбинации (мутонов и реконов).

Регуляторный участок гена содержит ряд последовательностей, влияющих на функциональную активность кодирующего участка гена, который у эукариот содержит внутренние некодирующие последовательности (интроны) и смысловые последовательности (экзоны).

Различают структурные и регуляторные гены. Структурные гены контролируют синтез структурных белков и ферментов. Регуляторные гены контролируют синтез белков, влияющих на активность структурных генов.

4. Иллюстративный материал:мультимедийная лекция № 1.

5. Литература:

Основная:

5.1.Генетика. Под ред. Иванова В.И. М., 2006.

5.2. Гинтер Е.К. Медицинская генетика. М., 2003.

5.3. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск, 2006.

5.4. Казымбет П.К., Мироедова Э.П. Биология. Астана, 2006.

5.5. Медицинская биология и генетика. Под ред. проф. Куандыкова Е.У. Алматы, 2004.

5.6. Муминов Т.А., Куандыков Е.У. Основы молекулярной биологии (курс лекций). Алматы, 2007.

5.7. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. Молекулярная биология. М., 2003.

5.8.Фаллер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки. М., 2003.

Дополнительная:

5.1. Албертс Б., Брей Д. и др. Молекулярная биология клетки. М., 1994.

5.2.Введение в молекулярную медицину. Под ред. Пальцева М.А. М., 2004.

5.3. Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология. М., 1983.

5.4. Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. М., 1987.

5.5. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. М., 1989.

5.6. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. М., 2005.

5.7. Льюин Б. Гены. М., 1997.

5.8. Уилсон Дж., Хант Т. Молекулярная биология клетки. Сборник задач. М., 1994.

6. Контрольные вопросы (обратная связь):

6.1.Молекулярные основы и механизмы развития болезней человека.

6.2.Роль нуклеиновых кислот в обеспечении наследственности.

6.3.Строение ДНК и РНК.

6.4.Функции ДНК и РНК.

6.5. Современные представления о строении и функциях гена.

6.6. Классификация генов.

6.7. Строение и функции регуляторного участка гена.

6.8. Строение и функции кодирующего участка гена.

6.9.Что такое экзон?

6.10.Что такое интрон?

6.11.Определение мутона, рекона, цистрона.

Лекция № 2

1. Тема: Реализация наследственной информации. Основной постулат Крика. Репликация. Транскрипция

2. Цель:Сформировать у студентов современные представления и знания о направлении и механизмах передачи наследственной информации в живых системах, их роли и значении в функционировании живых организмов в нормальных и патологических условиях.

3. Тезисы лекций:

3.1. Центральная догма молекулярной биологии (основной постулат Крика). Типы переноса генетической информации в живых системах: общий, специализированный, запрещенный.

3.2. Репликация. Основные принципы и типы репликации ДНК. Понятие о репликоне.

3.3.Транскрипция. Механизмы транскрипции у про- и эукариот. Процессинг и сплайсинг. Альтернативный сплайсинг.

3.4. Проблема концевой недорепликации и ее решение.

Реализация наследственной информации включает в себя процессы репликации (самоудвоения) ДНК для обеспечения постоянства наследственного материала в ряду клеточных поколений; транскрипции – переписывания наследственной информации с ДНК на информационную (матричную) РНК (и-РНК).

4. Иллюстративный материал:мультимедийная лекция № 3-6.

5. Литература:

5.1. Албертс Б., Брей Д. и др. Молекулярная биология клетки. М., 1994.

5.2.Введение в молекулярную медицину. Под ред. Пальцева М.А. М., 2004.

5.3.Генетика. Под ред. Иванова В.И. М., 2006.

5.4. Гинтер Е.К. Медицинская генетика. М., 2003.

5.5. Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология. М., 1983.

5.6. Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. М., 1987.

5.7. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск, 2006.

5.8. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. М., 1989.

5.9. Казымбет П.К., Мироедова Э.П. Биология. Астана, 2006.

5.9. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. М., 2005.

5.10. Льюин Б. Гены. М., 1997.

5.12. Медицинская биология и генетика. Под ред. проф. Куандыкова Е.У. Алматы, 2004.

5.13. Муминов Т.А., Куандыков Е.У. Основы молекулярной биологии (курс лекций). Алматы, 2007.

5.12. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. Молекулярная биология. М., 2003.

5.14. Уилсон Дж., Хант Т. Молекулярная биология клетки. Сборник задач. М., 1994.

5.15.Фаллер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки. М., 2003.

6. Контрольные вопросы (обратная связь):

6.1. Типы переноса наследственной информации.

6.2. Принципы репликации.

6.3. Особенности репликации ведущей и отстающей цепи ДНК.

6.4. Особенности транскрипции эукариотических генов.

6.5. Что такое процессинг, сплайсинг?

6.6. Что представляет собой альтернативный сплайсинг и его значение.

Лекция № 3

1. Тема: Генетический код. Трансляция

3. Тезисы лекций:

3.1. Генетический код, понятие, свойства.

3.2. Трансляция. Механизмы трансляции (биосинтеза белка).

3.3. Посттрансляционная модификация белков.

Трансляция – перевода нуклеотидной последовательности и-РНК в аминокислотную последовательность (биосинтез белка).

Последний процесс (трансляции) осуществляется на основе генетического кода, обладающего определенными свойствами. Трансляция обеспечивает структурную основу и функционирование клеток и организма в целом.

В некоторых случаях вновь синтезированный белок подвергается структурным преобразованиям (посттрансляционная модификация).

4. Иллюстративный материал:мультимедийная лекция № 3.

5. Литература:

5.1. Албертс Б., Брей Д. и др. Молекулярная биология клетки. М., 1994.

5.2.Введение в молекулярную медицину. Под ред. Пальцева М.А. М., 2004.

5.3.Генетика. Под ред. Иванова В.И. М., 2006.

5.4. Гинтер Е.К. Медицинская генетика. М., 2003.

5.5. Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология. М., 1983.

5.6. Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. М., 1987.

5.7. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск, 2006.

5.8. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. М., 1989.

5.9. Казымбет П.К., Мироедова Э.П. Биология. Астана, 2006.

5.11. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. М., 2005.

5.12. Льюин Б. Гены. М., 1997.

5.12. Медицинская биология и генетика. Под ред. проф. Куандыкова Е.У. Алматы, 2004.

5.13. Муминов Т.А., Куандыков Е.У. Основы молекулярной биологии (курс лекций). Алматы, 2007.

5.13. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. Молекулярная биология. М., 2003.

5.14. Уилсон Дж., Хант Т. Молекулярная биология клетки. Сборник задач. М., 1994.

5.15.Фаллер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки. М., 2003.

6. Контрольные вопросы (обратная связь):

6.1. Свойства генетического кода.

6.2. Особенности трансляции у прокариот.

6.3. Особенности трансляции генов у эукариот.

Лекция № 4

1. Тема: Митотический цикл. Регуляция, генетический контроль. Апоптоз

2. Цель:сформировать у студентовсовременные представления о молекулярно-генетических механизмах регуляции и контроля митотического цикла. Сформировать у студентов современные представления о молекулярно-генетические механизмы апоптоза и его значение в медицине.

3. Тезисы лекций:

3.1. Клеточный цикл, определение, периоды.

3.2. Митотический цикл, периоды и их характеристика.

3.3. Генетическая регуляция процессов, обеспечивающих клеточный цикл.

3.4. Генетический контроль процессов, обеспечивающих клеточный цикл

(пункты контроля – check-points).

3.5. Апоптоз, определение, значение, стадии.

3.6. Генетический контроль апоптоза: гены каспазного каскада, эндонуклеаз, р53.

Клеточным циклом называется период существования клетки с момента ее возникновения путем деления материнской клетки до повторного деления или гибели.

Клеточный цикл состоит из 3-х периодов:

1. Митотический цикл.

2. Период выполнения клеткой определенной функции.

3. Период покоя.

Митотический цикл состоит из 4-х фаз:

1. Митоз.

2. Постмитотический период (G₁).

3. Синтетический период (S).

4. Постсинтетический период (G₂).

Периоды G₁, G₂, и S объединяются в период интерфазы, характеризующейся активностью генов. В митозе гены находятся в неактивном состоянии.

Клеточный (митотический) цикл регулируется многими генами. Ключевую роль играют гены, синтезирующие циклины и циклинзависимые киназы.

Продукты активности этих генов образуют комплес циклин+циклинзависимая киназа (Ц+ЦЗК), в которой циклин является активаторной субъединицей, а циклинзависимая киназа – каталитической субъединицей. Каждый из периодов митотического цикла регулируется специфическим комплексом Ц+ЦЗК.

Контроль за правильностью прохождения митотического цикла осуществляется в 4 сверочных точках (cheek - point) в G₁, G₂, S – периодах интерфазы и метафазе митоза.

Вступление клетки в митоз или его остановка регулируется также генами, стимулирующими или подавляющими деление клетки.

Продолжительность жизни клетки зависит от многих факторов: видовой продолжительности организма, специфики выполняемой функции и др.

«Старение» клетки приводит в конечном итоге к ее естественной гибели, апоптозу.

Апоптоз – это естественный, генетически запрограммированный процесс гибели клеток. Это динамический процесс, протекающий в несколько стадий.

Апоптоз является генетически контролируемым процессом. В нем участвуют гены, контролирующие синтез специфических ферментов – каспаз. В свою очередь активность каспаз контролируется генами – активаторами и генами – ингибиторами каспаз.

В процессе апоптоза принимают участие специфические «апоптозные» ядерные эндонуклеазы.

Ключевую роль в процессе апоптоза играет белок р53.

Механизм апоптоза лежит в основе распознования, исправления повреждений, элиминации клеток с повреждениями генетического материала и обеспечения нормальной жизнедеятельности клеток и организма в целом.

4. Иллюстративный материал:мультимедийная лекция № 4.

5. Литература:

5.1. Генетика. Под ред. Иванова В.И. М., 2006.

5.2. Гинтер Е. К. Медицинская генетика. М., 2003.

5.3. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск, 2007.

5.4. Муминов Т.А., Куандыков Е.У. Основы молекулярной биологии (курс лекций). Алматы, 2007.

5.5. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. Молекулярная биология. М., 2003.

6. Контрольные вопросы (обратная связь):

6.1. Характеристика клеточного цикла.

6.2. Характеристика митотического цикла.

6.3. Регуляторные механизмы митотического цикла.

6.4. Контролирующие механизмы клеточного цикла.

6.5. Значение пролиферации клеток в медицине.

6.6. Причины развития процесса апоптоза.

6.7. Стадии апоптоза.

6.8. Гены (белки), участвующие в процессе апоптоза.

6.9. Значение апоптоза в медицине.

Лекция № 5

1. Тема: Онкогенетика. Фармакогенетика

2. Цель: сформировать у студентов современное знание о причинах и генетических механизмах возникновения и развития злокачественной трансформации клеток. Сформировать у студентов современное знание о генетических основах индивидуальных реакций человеческого организма на лекарственные средства.

3. Тезисы лекций:

3.1. Канцерогенез, определение, стадии опухолевой трансформации клеток.

3.2. Канцерогенные факторы, классификация, характеристика.

3.3. Протоонкогены, онкогены, характеристика, их роль в канцерогенезе.

3.4. Вирусный онкогенез.

3.5. Гены – супрессоры опухолей (ГСО), характеристика.

3.6. Биологические особенности и свойства злокачественных опухолевых клеток.

3.7. Значение фармакогенетики в современной медицине и фармации.

3.8. Генетический контроль метаболизма лекарственных препаратов.

3.9. Наследственные болезни и состояния, провоцируемые приемом лекарственных

препаратов.

Канцерогенез-процесс перерождения клетки из нормальной в злокачественную, процесс бласттрансформации клетки.

Превращение нормальной клетки в трансформированную — процесс многостадийный.

1. Инициация. Почти каждая опухоль начинается с повреждения ДНК в отдельной клетке. Этот генетический дефект может быть вызван канцерогенами или онкогенными вирусами. По-видимому, в течение человеческой жизни немалое число клеток организма претерпевает повреждение ДНК. Однако для инициации опухоли важны лишь повреждения протоонкогенов. Эти повреждения являются наиболее важным фактором, определяющим трансформацию соматической клетки в опухолевую. К инициации опухоли может привести и повреждение антионкогена (гена-онкосупрессора).

2. Промоция опухоли – это преимущественное размножение измененных клеток, поврежденных опухоль-инициирующими факторами. Такой процесс может длиться годами.

3. Прогрессия опухоли — это процессы размножения малигнизированных клеток, инвазии и метастазирования, ведущие к появлению злокачественной опухоли.

Разнообразные факторы среды, приводящие к опухолевой трансформации клеток, называются канцерогенными факторами.

Канцерогенными свойствами обладают физические факторы (радиация), химические факторы (соли тяжелых металлов, кислоты), биологические факторы (вирусы).

Одним из ключевых механизмов опухолевой трансформации клеток является превращение протоонкогенов, «нормальных» генов, регулирующих процессы деления и роста клеток, в онкогены.

Онкогены содержатся в геноме некоторых вирусов. Заражение организма вирусной инфекцией и встраивание генома вируса, несущего онкоген, в генетический материал клетки, приводит к запуску сложного и длительного процесса ее опухолевой трансформации.

Основными свойствам злокачественной опухолевой клетки является ее неконтролируемое деление, моноклональность и автономность роста опухоли.

Фармакогенетика изучает роль генетических факторов в индивидуальной реакции организма на прием лекарственных средств. Генетический контроль реакции организма может осуществляться одной парой генов (моногенный контроль), многими генами (полигенный контроль). К настоящему времени моногенный контроль метаболизма показан для пяти препаратов. Метаболизм большинства лекарственных препаратов контролируется не одним, а множеством генов.

4. Иллюстративный материал:мультимедийная лекция № 5.

5. Литература:

5.1. Агол В.И. Генетически запрограммированная смерть клеток. Соросовский Образовательный Журнал, № 6, 1996.

5.2. Васильев Ю.М. Социальное поведение нормальных клеток и антисоциальное поведение опухолевых клеток. I. Сигнальные молекулы, вызывающие размножение и гибель клеток. Соросовский Образовательный Журнал, № 4, 1997.

5.3. Васильев Ю.М. Социальное поведение нормальных клеток и антисоциальное поведение опухолевых клеток. II. Клетки строят ткань. Соросовский Образовательный Журнал, № 5, 1997.

5.4. Введение в молекулярную медицину. Под ред. Пальцева М.А. М., 2004.

5.5. Генетика. Под ред. Иванова В.И. М., 2006.

5.6. Муминов Т.А., Куандыков Е.У. Основы молекулярной биологии (курс лекций). Алматы, 2007.

5.7. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. Молекулярная биология. М., 2003.

5.8. Фаллер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки. М., 2003.

5.9. Биология. Под ред. Ярыгина В.Н. М., 2001.

5.10. Бочков Н.П. Клиническая генетика. М., 2006.

5.11. Генетика. Под ред. Иванова В.И. М., 2006.

5.12. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. М., 1989.

5.13. Муминов Т.А., Куандыков Е.У. Основы молекулярной биологии (курс лекций). Алматы, 2007.

5.14. Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека. М., 1990.

6. Контрольные вопросы (обратная связь):

6.1. Что такое протоонкогены?

6.2. При каких условиях протоонкогены превращаются в онкогены?

6.3. Каковы особенности деления клеток при канцерогенезе?

6.4. Что такое контактное торможение?

6.5. Каковы механизмы вирусного онкогенеза?

6.6. Наследственные болезни и состояния, провоцируемые приемом лекарственных препаратов.

6.7. Генетический контроль метаболизма лекарственных препаратов.

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ – ОБЩАЯ МЕДИЦИНА

⇐ Назад