Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ

Декан ФМФ

В.К. Иванов

«_» _ _ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Молекулярная генетика Кафедра-разработчик Биофизика Направление (специальность) подготовки 011200 Физика Наименование ООП Квалификация (степень) выпускника Бакалавр Образовательный стандарт Федеральный ГОС Форма обучения очная Соответствует ФГОС ВПО.

Утверждена протоколом заседания кафедры Биофизика № 2 от 17.05. Программу в соответствии с ФГОС ВПО разработали:

снс, кбн А.Н. Сварчевский 1. Цели и результаты изучения дисциплины 1.1. Цели изучения дисциплины Данный курс призван дать студентам систематические знания о механизмах реализации генетической информации. В задачи курса входит знакомство с основными принципами структурной организации генома у прокариот, а также изучение на конкретных примерах основных молекулярно-генетических процессов (транскрипции, трансляции, репликации, рекомбинации, репарации и транспозиции) у бактерий и бактериофагов - классических объектах молекулярной генетики.

1.2. Результаты обучения (компетенции) выпускника, в формирование которых вносит вклад освоение дисциплины Код Результат обучения (компетенция) выпускника ООП ОК- способностью использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук ОК- способностью овладеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией ОК- способностью использовать в познавательной и профессиональной деятельности 17 базовые знания в области информатики и современных информационных технологий, навыки использования программных средств и навыков работы в компьютерных сетях; умением создавать базы данных и использовать ресурсы Интернет ПК- способностью использовать базовые теоретические знания для решения профессиональных задач ПК- способностью применять на практике базовые профессиональные навыки ПК- способностью формировать суждения о значении и последствиях своей профессиональной деятельности с учетом социальных, правовых, этических и природоохранных аспектов 1.3. Планируемые результаты освоения дисциплины – знание универсальных законов наследственности и изменчивости и принципов строения генома;

– умение применять генетические методы для решения типичных задач профессиональной области;

– умение ориентироваться в современных методах и подходах анализа и интерпретации генетической информации;

– умение представить гентическую информацию специалистам и неспециалистам;

– учебные умения, позволяющие с высокой степенью самостоятельности осваивать новые генетические методы и модели, используемые в профессиональной области.

2. Место дисциплины в ООП Согласно ФГОС ВПО направления 011200 «Физика» (квалификация «бакалавр») дисциплина «Молекулярная генетика» относится к дисциплинам вариативной части профессионального цикла Б.3.

Дисциплину «Молекулярная генетика» студенты изучают в 6-м и 7-м семестрах (третий и четвертый год обучения).

Изучение дисциплины «Молекулярная генетика» опирается на знания в области биоорганической химии, общей биологии и молекулярной биологии клетки, освоенные студентами на предшествующих этапах обучения.

Результаты изучения дисциплины «Молекулярная генетика» используются при изучении дисциплин профессионального цикла Б.3 (метаболическая биохимия, биологические мембраны, экспериментальные методы биофизики и др.).

Кроме того, результаты изучения дисциплины используются при выполнении НИРС (Б.3), в ходе практики (раздел Б.4 ФГОС) и при подготовке выпускной квалификационной работы (раздел Б.4 ФГОС).

3. Распределение трудоёмкости освоения дисциплины по видам учебной работы 3.1. Виды учебной работы форме ориентированная самостоятельная работа Общая трудоемкость освоения дисциплины в академических часах: 3.2. Формы контроля 4. Содержание и результаты обучения 4.1. Разделы дисциплины и виды учебной работы Обмен генетической информацией у бактерий Инициация, элонгация и терминация Регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции Мобильные генетические элементы микроорганизмов 4 – 4.2. Содержание разделов и результаты изучения дисциплины 1. Введение 1.1. Молекулярные основы наследственности История возникновения молекулярной генетики.

Доказательство генетической роли нуклеиновых кислот. пространственной структуре Основные структурные элементы ДНК и РНК. Первичная нуклеиновых кислот.

структура нуклеиновых кислот. Модель Уотсона-Крика.

Альтернативные двуспиральные структуры ДНК.

Влияние суперспирализации на структуру двойной спирали.

2. Геном прокариот 2.1. Организация генома прокариот Современные методы и подходы к изучению геномов (основы геномики). Классические объекты молекулярной молекулярной генетики.

генетики. Геном бактерии Escherichia coli. Строение фагов и их классификация. Умеренные и вирулентные бактериофаги. Лизогения и трансдукция. Одиночный цикл развития фагов лямбда, Т4 и P1. Скрещивание фагов. Генетика и регуляции развития у фага лямбда.

Бактериофаги с РНК-геномом.

2.2. Обмен генетической информацией у бактерий Пол и конъюгация у бактерий. Половой фактор.

Организация tra-оперона. Стадии процесса конъюгации. трансдукции.

Трансформация. Молекулярные механизмы трансдукции (общей и сайт-специфической). Трансдуцирующие фаги.

Картирование хромосом бактерий с использованием конъюгации, трансдукции и трансформации.

Генетическая карта E. сoli.

3. Транскрипция и биосинтез РНК 3.1. Инициация, элонгация и терминация Обобщенная структура прокариотического гена. Сайты инициации и терминации транскрипции. Структура промоторов и терминаторов. Стадии транскрипции.

Структура и функция бактериальной РНК-полимеразы.

Сигма-факторы. Механизмы узнавания промотора РНКполимеразой. Системы переключения инициации транскрипции: синтез новых РНК-полимераз (на примере Т7-подобных фагов) и использование альтернативных сигма-факторов (на примере спорообразования у Bacillus subtilis). Терминация транскрипции. Механизмы антитерминации на примере фага лямбда.

3.2. Регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции Классическая схема оперона по Жакобу и Моно.

Индукция и репрессия синтеза ферментов (лактозный оперон). Катаболитная репрессия. Явление аттенуации (триптофановый оперон). Организация регуляторной области арабинозного оперона. Особенности регуляции транскрипции у бактериофагов. Фагоспецифические РНКполимеразы. Цикл развития и регуляция транскрипции ДНК фага лямбда.

4. Трансляция генетического кода 4.1. Трансляция и биосинтез белка Сайты инициации трансляции (последовательность Шайна–Дальгарно и сайты связывания рибосом).

Рибосомы. Строение генов, кодирующих транспортные и рибосомальные РНК. Рамки считывания. Инициирующие и терминирующие кодоны. Генетический код.

Вырожденность кода, его универсальность; генетический код в митохондриальных ДНК. Внутригенная и межгенная супрессия, полярные мутации.

5. Репликация и репарация 5.1. Молекулярные механизмы репликации Полуконсервативный механизм редупликации ДНК (опыт репликации.

Мезельсона и Сталя). Понятие репликона. Репликативная "вилка". Типы репликации (модели, предусматривающие образование тета-формы и сигма-формы). Особенности репликации ДНК у бактериофагов. Механизмы репликации плазмид. Группы несовместимости плазмид.

Механизм биосинтеза ДНК. Роль матрицы, dNTP, образование комплиментарного продукта. Инициация синтеза ДНК. Фрагменты Оказаки. Ферменты биосинтеза ДНК. ДНК-полимераза I (фермент Корнберга). Мутации в гене ДНК-полимеразы I. Фрагмент Кленова. Роль ДНКполимеразы III в репликации. Точность редупликации ДНК и мутантные ДНК-полимеразы. ДНК-полимеразы бактериофагов. Проблема репликации линейных ДНК.

Модель репликации линейной плазмиды N15.

5.2. Мутации и механизмы репарации ДНК Классификация мутаций. Флуктуационный эксперимент репарации.

Дельбрюка и Лурии. Мутации, возникающие в процессе репликации ДНК. Гены - мутаторы. Индуцированный мутагенез. Механизм действия мутагенов (УФ, радиация, аналоги оснований, алкилирующие агенты, азотистая кислота, акридиновые красители и т.д.). Репарационные системы. Световая репарация. Эксцизионная репарация.

Репарация неспаренных оснований. Пострепликативная репарация. SOS - ответ. Гены-мутаторы. Коррекция неспаренных оснований. Другие ферменты, участвующие в репарации.

6. Рекомбинация и транспозиция 6.1. Молекулярные механизмы рекомбинации Типы генетической рекомбинации. Общая (гомологичная) рекомбинации.

рекомбинация. Разрыв и воссоединение нитей ДНК.

Ассимиляция нитей. Образование гетеродуплексной области. Структуры Холлидея. Генная конверсия.

Энзимология процесса рекомбинации. Сайтспецифическая рекомбинация (на модели интеграции хромосомы фага лямбда). Гены, контролирующие интеграцию и исключение профага.

6.2. Мобильные генетические элементы микроорганизмов IS-элементы и транспозоны бактерий. Молекулярные механизмы транспозиции. Репликативная и нерепликативная транспозиция. Фаг Mu. Регуляция процесса транспозиции. Изменения генома микроорганизмов, вызываемые транспозируемыми элементами. Механизмы регуляции частоты транспозиции на примерах транспозонов TnA и Tn10.

Горизонтальный перенос генов и его роль в эволюции прокариот.

5. Образовательные технологии В преподавании курса «Молекулярная генетика» используются преимущественно традиционные образовательные технологии:

- лекции, - практические занятия.

Семинары по дисциплине «Молекулярная генетика» осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Семинар по специальности на английском языке» (6-й и 7-й семестры).

Лабораторный практикум по дисциплине «Молекулярная генетика»

осуществляется в рамках общей программы дисциплины НИРС на 3-м и 4-м курсах.

Объм лекционных занятий составляет 70% общего объма аудиторных занятий.

Превышение предельного норматива, установленного ФГОС ВПО для ООП, компенсируется уменьшенной долей лекционных занятий по другим дисциплинам в рамках ООП и в целом по ООП норматив выполнен.

Занятия в активной и интерактивной формах 6. Лабораторный практикум Лабораторный практикум по дисциплине "Молекулярная генетика" проводится в рамках общей дисциплины НИРС (Молекулярная биология) в 7-ом и 8-ом семестрах.

7. Практические занятия Семинары по дисциплине «Молекулярная генетика» осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Семинар на иностранном языке» (7-й семестр).

8. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Самостоятельная работа студентов направлена на закрепление и углубление освоения учебного материала, развитие практических умений. Самостоятельная работа студентов в рамках дисциплины «Молекулярная генетика» включает следующие виды самостоятельной работы:

- работу с лекционным материалом и с рекомендованной учебной литературой;

- подготовку к проверочным работам, коллоквиуму и экзамену;

- опережающую самостоятельную работу с использованием электронных ресурсов, в частности сайта http://univertv.ru/, раздел Биология.

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа в рамках дисциплины «Молекулярная генетика» включает в себя:

- поиск, обработку и презентацию информации по печатным изданиям и электронным источникам информации по заданной проблеме в рамках общей программы дисциплины «Семинар по специальности на английском языке» (8-й семестр);

- выступление на указанном выше семинаре.

Методы контроля самостоятельной работы студентов включают написание проверочных работ, выступление на коллоквиуме. Учебные и методические пособия, рекомендуемые для использования при самостоятельной работе, указаны ниже в разделе 9.2.

Примерное распределение времени самостоятельной работы студентов поиск, изучение и презентация информации по заданной проблеме, анализ научных публикаций по заданной теме 9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 9.1. Адрес сайта курса РПД размещается по адресу http://biophysics.spbstu.ru/399_01w.html.

9.2. Рекомендуемая литература Основная литература Автор, название, место издания, издательство, год Год К-во Место 2. Введение в молекулярную медицину. учеб. пособие. / В. Н. 2011 20 Библиотека Горбунова, С. Н. Пчелина, А. Л. Шварцман — СПб. Изд-во Политехн. ун-та, 1. Общая и молекулярная генетика. учеб. пособие для вузов. / Библиотека И.Ф. Жимулв — Новосибирск Сибир. унив. изд-во, Дополнительная литература 1. Генетика. учебное пособие для вузов по специальности "Биология". / В. И.

Никольский — М. Академия, 2. Сборник задач по общей генетике. Учеб. пособие для вузов по направл. "Биология" и спец. 011600 "Биология", 012100 "Генетика". / Н.Н. Орлова, В.М.

Глазер, А.И. Ким и др. — Москва Изд-во МГУ, 3. Молекулярная биология клетки / Альбертс — Мир, 9.3. Технические средства обеспечения дисциплины http://univertv.ru/, разделы Химия, Биология;

http://www.humbio.ru/, база знаний по биологии человека;

http://www.bio.fizteh.ru/student/files/biology/biolections/ Интернет-портал «Легендарный Физтех».htm 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины Аудиторный класс, наличие проектора для демонстрации наглядных пособий и экрана.

Компьютерный класс, лицензионное программное обеспечение, Internet.

Наличие лабораторной базы для проведения научно-исследовательской работы, включая химические реактивы, приборы (спектрофотометр, оборудование для электрофореза, аналитические весы, центрифуги, рН-метр) и лабораторные принадлежности (химическую посуду, автоматические пипетки).

11. Критерии оценивания и оценочные средства 11.1. Критерии оценивания Качество освоения дисциплины "Молеклярная генетика" оценивается при проведении экзамена (восьмой семестр обучения).

Итоговая отметка на экзамене выставляется по результатам устного ответа на вопросы экзаменационного билета, включающих в себя темы, представленные в программе курса.

Примеры экзаменационных билетов приведены в разделе 11.2. В отдельных случаях на экзамене студентам предлагается письменное тестирования по материалам всего курса дисциплины.

При выставлении итоговой отметки по дисциплине "Молеклярная генетика" принимается во внимание активность студента на занятиях, проводимых в интерактивной форме, учитываются итоги коллоквиума, а также качество представления данных в виде доклада на семинарских занятиях занятиях.

11.2. Оценочные средства Примеры экзаменационных билетов по дисциплине "Молекулярная генетика" Билет № 1.Доказательство генетической роли нуклеиновых кислот.

2.Индукция и репрессия синтеза ферментов (лактозный оперон).

3.Модель репликации линейной плазмиды N15.

Билет № 1. Альтернативные двуспиральные структуры ДНК.

2. Сайты инициации трансляции (последовательность Шайна–Дальгарно и сайты связывания рибосом).

3. Репарационные системы. Световая репарация. Эксцизионная репарация.

Билет № 1. Скрещивание фагов.

2. Влияние суперспирализации на структуру двойной спирали.

3. Коррекция неспаренных оснований.

12. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины Дополнительные рекомендации не приведены.