Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ

Декан ФМФ

В.К. Иванов

«_» _ _ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Транскрипция и регуляция экспрессии генов Кафедра-разработчик Биофизика Направление (специальность) подготовки 011200 Физика Наименование ООП Квалификация (степень) выпускника Магистр 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:

дбн Л.В. Пучкова 1. Цели и результаты изучения дисциплины 1.1. Цели изучения дисциплины Целью изучения дисциплины «Транскрипция и регуляция экспрессии генов» является ознакомление студентов с механизмом транскрипции, посттранскрипционными модификациями первичных продуктов транскрипции, регуляцией экспрессии генов на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях, а также системами глобальной регуляции систем генов.

Дисциплина «Транскрипция и регуляция экспрессии генов» направлена на увеличение научно-методического кругозора будущих исследователей, показывает общность многих экспериментальных и теоретических методов. Курс «Транскрипция и регуляция экспрессии генов» связан с такими курсами магистерской программы кафедры биофизики, как «Трансляция генетического кода», «Молекулярные механизмы репликации», «Молекулярные механизмы репликации», «Молекулярная эволюция», «Белковая инженерия», «Молекулярная вирусология».

1.2. Результаты обучения (компетенции) выпускника, в формирование которых вносит вклад освоение дисциплины Код Результат обучения (компетенция) выпускника ООП ОК- способностью демонстрировать углубленные знания в области математики и естественных наук ОК- способностью самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять свое научное мировоззрение ОК- способностью порождать новые идеи (креативность) ПК- способностью самостоятельно ставить конкретные задачи научных исследований в области физики (в соответствии с профилем магистерской программы) и решать их с помощью современной аппаратуры, оборудования, информационных технологий с использованием новейшего отечественного и зарубежного опыта ПК- способностью и готовностью применять на практике навыки составления и оформления научно-технической документации, научных отчетов, обзоров, докладов и статей (в соответствии с профилем магистерской программы) ПК- способностью использовать свободное владение профессиональнопрофилированными знаниями в области информационных технологий, современных компьютерных сетей, программных продуктов и ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности, в том числе находящихся за пределами профильной подготовки ПК- способностью проводить свою профессиональную деятельность с учетом социальных, этических и природоохранных аспектов 1.3. Планируемые результаты освоения дисциплины -способность самостоятельно выполнять биофизические исследования при решении научно-исследовательских задач по теме магистерской программы;

-способность к самостоятельной научно-исследовательской работе и к работе в научном коллективе, способность к профессиональной адаптации, к обучению новым методам исследования;

-способность самостоятельно с применением современных компьютерных технологий анализировать, обобщать и систематизировать результаты генетических исследований;

-умение анализировать и использовать генетическую информацию в профессиональной деятельности -способность использовать современные методы обработки и интерпретации генетической информации при проведении научных исследований.

-способность профессионально представлять и докладывать результаты научноисследовательских.

2. Место дисциплины в ООП Согласно ФГОС ВПО направления 011200 «Физика» (квалификация «магистр») дисциплина «Транскрипция и регуляция экспрессии генов» относится к дисциплинам вариативной части профессионального цикла М.2.

Дисциплину «Транскрипция и регуляция экспрессии генов» студенты изучают в 9м семестре (пятый год обучения).

Изучение дисциплины «Транскрипция и регуляция экспрессии генов» опирается на знания в области общей биологии, молекулярной биологии клетки, молекулярной генетики, освоенные студентами на предшествующих этапах обучения.

Результаты изучения дисциплины «Транскрипция и регуляция экспрессии генов»

используются при изучении дисциплин профессионального цикла М.3, при выполнении НИРС и при подготовке магистерской диссертации.

Курс состоит из лекционного материала.

3. Распределение трудоёмкости освоения дисциплины по видам учебной работы 3.1. Виды учебной работы в том числе творческая проблемно-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 Глобальные регуляторные сети у бактерий Протеинкиназные каскады в регуляции транскрипции 4.2. Содержание разделов и результаты изучения дисциплины 1. Введение 1.1. Введение Геномы, гены, классификация генов, процессы, обеспечивающие экспрессию генов на разных уровнях, траснкриптом, протеом, метаболом. Регуляция экспрессии генов.

2. Транскрипция 2.1. Общая характеристика транскрипции нуклеиновых кислот. Матричная и нематричная нити ДНК, транскрипционная единица, координаты транскрипционной единицы, стартовая точка транскрипции, определение 5-нетранслируемой области первичных продуктов транскрипции генов класса II.

Минимальный фермент РНК-полимеразы Escherichia coli.

Субъединичный состав, этапы сборки, функциональные домены РНК-полимеразы. Типы эукариотических РНКполимераз. Минимальные ферменты эукариотических РНК-полимераз II: субъединичный состав, общие субъединицы, специфические субъединицы, структурные особенности C-концевого домена (СTD) самой большой субъединицы РНК-полимеразы II. РНК-полимеразы органелл. Генетические и биохимические подходы в изучении структурно-функциональной организации РНКполимераз.

2.2. Инициация транскрипции Бактериальные промоторы. Главный и альтернативные сигма-факторы бактериальных РНК-полимераз, холофермент РНК-полимеразы, инициация транскрипции прокариотических РНКполимераз. Знание общих РНК-полимеразой E. сoli. Транскрипционный цикл прокариотических РНК-полимераз. Образование закрытого, промежуточного и открытого комплекса RP.

Инициация транскрипции эукариотической РНКполимеразы II. Эукариотические промоторы. Общие факторы транскрипции. Основные этапы образования преинициирующего комплекса PIC у эукариотов, понятие о холоферменте РНК-полимеразы II.

2.3. Регуляция инициации транскрипции Цис-активирующие последовательности, 5белков-активаторов активирующие последовательности, энхансеры. Транстранскрипции, их структурнофакторы. Испытание промоторов (САТ-, Lac- и люциферазная системы). Основные свойства белковактиваторов транскрипции, структурно-функциональная Репрессия транскрипции в прои эукариотических системах.

организация, изучение механизма действия ТФ с помощью дрожжевой двухгибридной системы.

Активация транскрипции по механизму стабилизации закрытого комплекса на примере бактериальных генов, активация инициации транскрипции эукариотических генов, активирующие факторы, архитектурные факторы в транскрипции; активация транскрипции по механизму стимуляции изомеризации закрытого комплекса.

Репрессия транскрипции в про- и эукариотических системах, операторы, репрессоры, сайленсеры и сайленсосома, возможный механизм выключения генов на примере системы МАТ. Домены транскрипционных факторов (ТФ), участвующих в ДНК-белок, белок-белок взаимодействиях (структурные мотивы спираль-поворотспираль, гомеодомен, POU-домены, цинковые пальцы, лейциновые застежки). Контроль функций регуляторов транскрипции. Регуляция синтеза и деградации ТФ.

Способы регуляция активности ТФ: индукция и репрессия генов, кодирующих транскрипционные факторы, фосфорилирование/дефосфорилирование, связывание/диссоциация с партнером (коактиватором, или корепрессором), аллостерическое регулирование лигандом, контроль над внутриклеточной локализацией транскрипционного фактора, специфический протеолиз как способ образования.

2.4. Элонгация и терминация транскрипции Модели элонгации транскрипции (монотонная транслокация, прерывистое «червеобразное» движение, скользящий зажим). Паузы и остановки транскрипции, факторы Gre и TFIIS; не зависящая от факторов терминация транскрипции, терминация транскрипции, зависящая от фактора Rho; терминация транскрипции эукариотической РНК-полимеразой I; антитерминация транскрипции; механизмы аттенюации транскрипции.

3. Процессинг РНК 3.1. Процессинг РНК Кэпирование 5’-концов эукариотических мРНК.

Биологическая функция кэп. Ферментативный сплайсинг. Альтернативный сплайсинг, Самосплайсинг (интроны групп I и II). Сплайсинг первичных продуктов транскрипции генов класса II.

Интроны ядерных пре-мРНК, последовательность этапов сплайсинга. Знание механизмов сборки сплайсосомы. Альтернативный сплайсинг, транс- редактирования РНК.

сплайсинг. Биологическая роль сплайсинга. Мобильность интронов, кодирующие интроны. Полиаденилирование у про- и эукариотов, сайты расщепления и полиаденилирования, полиаденилосома. Альтернативное полиаденилирование. Биологическое значение 3 процессинга пре-мРНК. Редактирование рРНК, тРНК и мРНК. Механизмы редактирования у трипаносом и млекопитающих. Редактосома. Биологическое значение посттранскрипционного изменения последовательности РНК.

4. Глобальные регуляторные сети 4.1. Глобальные регуляторные сети у бактерий Оперон, регулон, стимулон; SOS-регулон, его компоненты, механизмы включения и выключения;

функции белков системы теплового шока, шапероны;

механизм регуляции регулона теплового шока у E. coli, механизм регуляции стимулона теплового шока у грамположительных бактерий на примере B. subtilis;

регуляция системы белков теплового шока у дрожжей и высших эукариотов.

4.2. Протеинкиназные каскады в регуляции транскрипции Протеинкиназы и протеинфосфатазы, их классификация и роль в регуляции экспрессии генов; двухкомпонентные регуляторные системы у бактерий, осморегуляция, регуляция азотного метаболизма, фосфореле у B.

subtilis; эукариотические сигнальные каскады, рецепторные тирозинкиназы, адапторные белки, мембранные ГТФ-связывающие белки, каскады митогенактивируемых протеинкиназ; нерецепторные Янускиназы, белки STAT; циклины и циклин-зависимые протеинкиназы, регуляция синтеза и распада циклинов;

белок pRb и регуляция перехода G1 ® S в клеточном цикле; ингибиторы циклин-зависимых протеинкиназ, белок р53 и ответ клеток на повреждение ДНК.

5. Образовательные технологии В преподавании дисциплины «Транскрипция и регуляция экспрессии генов»

используются преимущественно традиционные образовательные технологии - лекции.

Семинары по дисциплине «Транскрипция и регуляция экспрессии генов»»

осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации» (9-й семестр).

Объм лекционных занятий составляет 100% 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 Не предусмотрен.

7. Практические занятия Семинары по дисциплине «Транскрипция и регуляция экспрессии генов»

осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации» (9-й, 10-й и 11-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 «Транскрипция и регуляция экспрессии генов» включает следующие виды самостоятельной работы:

- работу с лекционным материалом и с рекомендованной учебной литературой;

- подготовку к колоквиуму и экзамену;

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

- изучение подразделов дисциплины, вынесенных на самостоятельную работу.

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа в рамках дисциплины «Транскрипция и регуляция экспрессии генов» включает в себя:

- поиск, обработку и презентацию информации по печатным изданиям и электронным источникам информации по заданной проблеме в рамках общей программы дисциплины «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации»;

- выступление на указанном выше семинаре;

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

Примерное распределение времени самостоятельной работы студентов работа с лекционным материалом, с учебной литературой подготовка к контрольным работам, коллоквиумам, зачтам 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 2. Физико-химические основы цитологии. Транскрипция - 2008 50 Библиотека первый этап реализации генетической информации.

Посттранскрипционный процессинг и сплайсинг матричных РНК. учебное пособие для вузов по направлению подготовки 140400 "Техническая физика". / В. М. Седова, Д. С. Боголюбов — СПб. Изд-во Политехн. ун-та, 1. Введение в клеточную биологию. учеб. для ун-тов по направл. 2005 23 Библиотека 510600 "Биология" и биол. спец.. / Ю. С. Ченцов — М.

Академкнига, Дополнительная литература 1. Экспрессия генов. / Патрушев Л.И. — Москва Наука, 2. Транскрипция и регуляция экспрессии генов. / Калинин В.Л. — СПб. Изд-во 9.3. Технические средства обеспечения дисциплины http://univertv.ru/, раздел 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.

11. Критерии оценивания и оценочные средства 11.1. Критерии оценивания Качество освоения дисциплины "Транскрипция и регуляция экспрессии генов" оценивается при проведении коллоквиума и экзамена (9-й семестр).

Итоговая оценка на экзамене выставляется по результатам коллоквиума, проводимого в ходе семестра и результатам устного ответа на вопросы экзаменационного билета (примеры экзаменационных билетов приведены в разделе 11.2)и дополнительные вопросы, задаваемые преподавателем в ходе приема экзамена. В отдельных случаях на экзамене студентам предлагается письменное тестирования по материалам всего курса дисциплины.

При выставлении итоговой оценки принимается во внимание активность студента на семинарских занятиях и на занятиях, проводимых в интерактивной форме, ответы, полученные в ходе устных опросов и при проведении проверочных работ, учитывается качество выполненной в рамках семинарских занятий курсовой работы и качество представления данных в виде доклада на семинаре.

11.2. Оценочные средства Примеры экзаменационных билетов Билет № 1. Классификация и структурно-функциональная организация эукариотических РНКполимераз.

2. Терминация транскрипции у бактерий.

Билет № 1. Сплайсинг ядерных пре-мРНК.

2. Аттенюация транскрипции.

Билет № 1. Регуляция SOS-регулона.

2. Элонгация транскрипции. Модель скользящего зажима.

12. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины Дополнительные рекомендации отсутствуют.