Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ

Декан ФМФ

В.К. Иванов

«_» _ _ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Трансляция генетического кода 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:

профессор, дхн Е.М. Саминский 1. Цели и результаты изучения дисциплины 1.1. Цели изучения дисциплины Цель курса состоит в том, чтобы ознакомить студентов с механизмом функционирования и устройством сложной конденсированной субклеточной структуры – рибосомы, дать представление об основных проблемах в области изучения механизма трансляции генетического кода на рибосомах и белкового синтеза в клетке. Кроме того, в курсе рассматриваются физико-химические основания взаимного узнавания биологических объектов. Необходимость курса определяется требованием углубленного изучения свойств и механизмов функционирования сложных биологических комплексов, предъявляемым к выпускникам кафедры.

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 планировать, организовывать и проводить научно-исследовательские работы по теме магистерской программы с применением современной аппаратуры, оборудования и компьютерных технологий;

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

-способность самостоятельно с применением современных компьютерных технологий анализировать, обобщать и систематизировать результаты биофизических работ;

- умение применять знания различных отраслей биофизики в профессиональной и педагогической деятельности;

-способность использовать современные методы обработки и интерпретации биофизической информации при проведении научных исследований.

2. Место дисциплины в ООП Согласно ФГОС ВПО направления 011200 «Физика» (квалификация «магистр») дисциплина «Трансляция генетического кода» относится к дисциплинам вариативной части профессионального цикла М.2.

Дисциплину «Трансляция генетического кода» студенты изучают в 10-м семестре (пятый год обучения).

Изучение дисциплины «Трансляция генетического кода» опирается на знания в области биоорганической химии, метаболической биохимии, биологических мембран, экспериментальных методов биофизики, освоенные студентами на предшествующих этапах обучения.

Результаты изучения дисциплины «Трансляция генетического кода» 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 Рибосомы и их компоненты Строение и свойства рибосом Митохондрии и хлоропласты и их трансляционный аппарат Транспортная РНК Строение и свойства тРНК Взаимное узнавание биологических объектов. Ошибки при узнавании и при ферментативных реакциях Инициация, элонгация, терминация полипептидных цепей Инициация, элонгация, терминация полипептидных цепей Неоднозначность генетического кода Неоднозначность генетического кода Внерибосомный синтез полипептидов Внерибосомный синтез полипептидов 4.2. Содержание разделов и результаты изучения дисциплины 1. Введение 1.1. Краткая история развития молекулярной Знание предпосылок и научных биологии Краткая история выяснения структуры белковых характеристик генетического кода.

молекул и механизма трансляции, а также научные предпосылки и основные методы, в том числе и инструментальные, позволившие расшифровать генетический код. Основные характеристики кода. Бесклеточная система, ее приготовление, состав и возможности применения к исследованию трансляции.

2. Рибосомы и их компоненты 2.1. Строение и свойства рибосом Общие свойства, физические характеристики, белковый и полинуклеотидный состав рибосом. белков, их регуляции в клетке.

Их пространственная структура и методы ее выяснения. Отличия эукариотных, прокариотных и митохондриальных рибосом. Свойства и функции рибосомных белков, генетика и регулирование их синтеза в клетках. Выяснение филогенетических соотношений на основе сравнения первичных структур рибосомной РНК.

2.2. Митохондрии и хлоропласты и их трансляционный аппарат Особенности рибосом митохондрий и хлоропластов, их рибосомальных белков и рРНК 3. Транспортная РНК 3.1. Строение и свойства тРНК Первичная, вторичная и третичная структуры тРНК и методы ее выяснения. Генетика;

процессинг; роль модифицированных нуклеотидов. Реакция аминоацилирования и характеристика аминоацил-тРНК синтетаз.

Проблема селективности синтетаз по отношению к аминокислотам.

3.2. Взаимное узнавание биологических объектов Ошибки при узнавании и при ферментативных реакциях Детерминанты узнавания и селективности на тРНК по отношению к аминоацил-тРНК синтетазам. Взаимодействия между аминоацилтРНК синтетазами и их субстратами, аминокислотой и тРНК, в качестве примера специфических взаимодействий между биологическими объектами. Общие принципы взаимного узнавания биологических объектов, его количественные характеристики, действующие межмолекулярные силы, и, на примере взаимодействия аминоацил-тРНК синтетаз с аминокислотами - необходимость, принципы и доказательства наличия кинетической коррекции в различных вариантах.

4. Инициация, элонгация, терминация полипептидных цепей 4.1. Инициация, элонгация, терминация полипептидных цепей Общие сведения об инициации, элонгациии и терминации. Белковые факторы трансляции.

Двухсайтовая модель элонгации. Транслокация.

Пептидил-трансферазный центр рибосомы.

Рибосома – рибозим. Регуляция синтеза белка на уровне трансляции. Транслокация. Основные антибиотики, действующие на трансляцию.

Терминирующие кодоны; факторы терминации.

Механизм супрессии и конкуренция между терминацией и супрессией. Инициаторные метиониновые тРНК. Факторы инициации и их роль. Особенности инициации у прокариот и эукариот.

5. Неоднозначность генетического кода 5.1. Неоднозначность генетического кода Нарушения стандартных правил прочтения генетического кода (перекодирования):

переопределение кодонов и возможная роль его в эволюции, заданные (и случайные) сдвиги рамки считывания, шунтирование определенных последовательностей на мРНК, а также транстрансляция. Вероятные механизмы этих явлений, управляющие ими сигналы, роль их в вирусах и клетках.

6. Внерибосомный синтез полипептидов 6.1. Внерибосомный синтез полипептидов Краткие сведения о внерибосомном синтезе некоторых полипептидов.

5. Образовательные технологии В преподавании дисциплины «Трансляция генетического кода» используются преимущественно традиционные образовательные технологии - лекции.

Семинары по дисциплине «Трансляция генетического кода» 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 «Трансляция генетического кода» осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации» (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 «Трансляция генетического кода» включает следующие виды самостоятельной работы:

- работу с лекционным материалом и с рекомендованной учебной литературой;

- подготовку к колоквиуму и экзамену;

- изучение подразделов дисциплины, вынесенных на самостоятельную работу.

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа в рамках дисциплины «Трансляция генетического кода» 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 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 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 Автор, название, место издания, издательство, год Год К-во Место 2. Введение в клеточную биологию. учеб. для ун-тов по 2005 20 Библиотека направл. 510600 "Биология" и биол. спец.. / Ю. С. Ченцов — М. Академкнига, 1. Трансляция генетического кода на рибосомах. [курс лекции Библиотека для вузов]. / Е. М. Саминский — СПб. Изд-во Политехн.

ун-та, Дополнительная литература 1. Биология. в 3-х т.. пер. с англ.. / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут — М. Мир, 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 "Трансляция генетического кода" оценивается при проведении экзамена. Итоговая оценка на экзамене выставляется по результатам устного ответа на вопросы экзаменационного билета (примеры вопросов экзаменационных билетов приведены в разделе 11.2) и дополнительные вопросы, задаваемые преподавателем в ходе приема экзамена. В отдельных случаях на экзамене студентам предлагается письменное тестирование по материалам всего курса.

При выставлении итоговой оценки также принимается во внимание активность студентов на занятиях, проводимых в активной и интерактивной форме, ответы, полученные в ходе устных опросов и при проведении проверочных работ.

11.2. Оценочные средства 1. Какой период считается периодом начала быстрого роста молекулярно-биологических исследований ?

2. Какие моменты послужили основой работ по расшифровке генетического кода? Отчего возникла гипотеза о существовании кода?

3. Структура белка. Аминокислоты: сколько их и их основные характеристики. Возможны ли взаимные замены аминокислот в белке и если да, то при каких условиях?

4. Бесклеточная система, компоненты аппарата трансляции.

5. Таблица генетического кода, его вырожденность, нонсенс-кодоны.

6. Размеры и форма, методы изучения, состав рибосом, элементы, видимые на поверхности.

7. Методы изучения взаимного расположения элементов рибосом.

8. Сходство и различия рибосом прокариот и эукариот. Особенности рибосом митохондрий и хлоропластов.

9. Разрешение в рентгеноструктурном анализе и какие элементы видны при наилучшем современном разрешении 10. Разборка и сборка субчастиц. Предшественники рибосом в бактериальных клетках 11. Порядок сборки рибосом и что из него следует?

12. Роль белков в рибосоме. Мутантные клетки без некоторых рибосомных белков.

13. Регуляция белковых оперонов в E.coli. Гены р-белков дрожжей.

14. Транскрипция рРНК ( оперон рРНК в бактериях, регулирование его, stringent контроль). Процессинг.

15. Первичная структура рРНК, ее стабильность в эволюции. Построение филогенетического древа на основании мутаций рРНК..

16. Вторичная структура рРНК и методы ее изучения.

17. Третичная структура и методы ее изучения.

18. Современный рентгеноструктурный анализ рибосом и субчастиц.

19. Влияние точечных мутаций рРНК на функции рибосом. Какие функции рибосом можно наблюдать? Как распределены в рРНК функционально значимые мутации? рРНК как рибозим.

20. Первичная структура тРНК: количество нуклеотидов и их нумерация, классификация тРНК (I и II классы), консервативные нуклеотиды.

21. Модифицированные нуклеотиды и их роль. Пространственная структура тРНК 22. Аминоацил-тРНК синтетазы. Характеристики их структуры. Взаимодействие с ними аминокислот. Реакция аминоацилирования.

23. Свободная энергия и селективность взаимодействия. Кинетическая коррекция.

24. Взаимодействие аминоацил-тРНК синтетаз с тРНК и методы определения детерминант взаимодействия.

25. Двухсайтовая модель элонгации. Факторы элонгации и их роль.

26. Тройной комплекс и его селекция на А сайте рибосомы.

27. Кинетическая коррекция и проблемы точности при элонгации.

28. Wobble-правила при декодировании. Транспептидация и транслокация. Е сайт.

29. Центр точности и пептидилтрансферазный центр рибосомы. Рентгеноструктурные данные и титрование каталитического аденозина рРНК.

30. Гипотеза о гибридных сайтах.

31. Скорость элонгации и ее измерения. Основные антибиотики, действующие на различные стадии элонгации. Особенности элонгации у эукариот.

32. Реакция терминации на рибосоме. Факторы терминации у про- и эукариот. Роль контекста нонсенс-кодона при терминации.

33. Терминация и супрессия. Регулирование экспрессии белка на этапе терминации. Роль рибосомной РНК и пептидилтрансферазного центра.

34. Время жизни мРНК. Механизмы деградации мРНК: роль РНКаз.

35. Инициация и инициаторные факторы у прокариот. Инициаторные тРНК. Участки мРНК, ответственные за связывание с рибосомами. Особеннности структуры инициаторной тРНК прокариот.

36. Отличительные особенности инициации у эукариот. Роль факторов инициации.

Регуляторные элементы на мРНК. Нестандартная инициация и миницистроны.

37. Общие свойства явления «перекодирования» («recoding») 38. Изменение значения кодона (redefinition). Возможная связь явления с эволюцией 39. Аппарат включения селеноцистеина в белковую цепь 40. Редактирование мРНК (editing) 41. Заданный сдвиг рамки считывания: сигналы сдвига, примеры.

42. Шунтирование при трансляции. Транс-трансляция и ее значение 43. Как происходит внерибосомный синтез полипептидов 12. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины Дополнительные рекомендации отсутствуют