Lectures_info (Лекции по биохимии В.В. Асеева (3 курс))

Информация о лекционном курсе.

1.) Молекулярная биология для студентов III курса зоолого- ботанического отделения биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. Лектор - проф. Крашенинников Игорь Александрович.

2.) Компетенция курса: одно-семестровый курс молекулярной биологии рассчитан на студентов не- биохимических специальностей и знакомит с механизмами хранения, передачи и реализации наследственной информации и механизмах регуляции этих процессов.

3.) Программа курса и список литературы.

1. Молекула ДНК. История изучения, строение и функции.

2. Репликация ДНК у бактерий.

3. Репликация ДНК у эукариот.

4. Репликоны у эукариот.

5. Ошибки репликации.

6. Повреждения и репарация ДНК.

7. Транскрипция у прокариот.

8. Промотор у эукариот.

9. Хроматин.

10. Процессинг РНК.

11. Общая схема биосинтеза белка.

12. Информационная РНК.

13. Открытие тРНК.

14. Рибосомы, рРНК, рибосомальные белки.

15. Рабочий цикл рибосомы.

16. Регуляция трансляции у прокариот.

17. Регуляция трансляции у эукариот.

18. Фолдинг белков, распределение белков по субклеточным структурам, время жизни белков.

19. Ковалентные модификации белков, белковый сплайсинг.

20. Гликозилирование белков, узнавание клеточных поверхностей, лектины.

Список литературы.

Основная.

1.) Б. Альбертс, Д. Брей, Дж. Льюис, Молекулярная биология клетки, Мир,1994, в трех томах.

2.) Спирин А.С. Молекулярная биология. Структура рибосомы и биосинтез белка, Высшая школа,1986.

3.) В.И.Агол, А.А.Богданов, В.А.Гвоздев и др. Под ред. А.С.Спирина. Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот, Высшая школа, 1986.

4.) Разин С.В., Быстрицкий А.А., Хроматин: упакованный геном, Бином, 2009.

Дополнительная.

5.) Дж. Уилсон, Т. Хант- Молекулярная биология клетки, сборник задач, Мир, 1994.

4.) Конспект лекций.

1.) Доказательства генетической функции ДНК. Структура ДНК, принцип комплементарности. Гибкость двойной спирали, физические параметры конформационных форм ДНК. Примеры, показывающие, что нуклеотидная последовательность определяет механические свойства ДНК. Неканонические формы ДНК. Пары Хугстина, триплексы, сверхспирализация. Топоизомеразы.

2.) Репликация ДНК. Точность воспроизведения ДНК, полимеразы, участвующие в репликации, их ферментативная активность. Вилка репликации, события на отстающей нити. Ферменты в репликационной вилке. ДНК полимераза III кишечной палочки. Понятие о процессивности. Роль димерной структуры в координации синтеза ДНК на комплементарных нитях. Особенности ДНК полимераз эукариот. Структура участка старта (origin). Структурные переходы ДНК в районе старта репликации. Особенности регуляции репликации плазмид.

3.) Репликоны у эукариот. Молекулярные механизмы, связывающие клеточный цикл и репликацию. Циклины и протеинкиназы. Проблема репликации линейного незамкнутого фрагмента ДНК. Теломера. Теломераза, особенности структурной организации (РНК- компонент). Неканонические структуры ДНК в районе теломерных последовательностей. ДНК в районе центромеры, особенности структурной организации. Искусственная хромосома у эукариот. Модификации 5- метилцитозина и мутации. Импринтинг. Доказательства роли метилирование в развитии позвоночных животных. Репликации по типу "катящегося кольца" (фаговая ДНК).

4.) Репарация ДНК, классификация типов репарации. Прямая репарация тиминовых димеров и метилированного гуанина. Гликозилазы. Урацилгликозилаза. "Внеспиральное узнавание" репарационными ферментами. Эксцизионная репарация, ферменты. Механизм репарации , направленный на исправление активно транскрибируемых генов. Механизм репарации неспаренных нуклеотидов, роль метилирования, sos- репарации, ДНК - мутазы прокариот и эукариот.

5.) Транскрипция у прокариот. Особенности структуры РНК - полимеразы. факторы. Стадии транскрипционного цикла. Репликация и транскрипция. Сверхспирализация и транскрипция. Сигма 54. "Эукариотические элементы" в регуляции транскрипции. Терминация транскрипции, полярные мутации. Негативная и позитивная регуляция транскрипции. Узнавание ДНК белками в прокариотических системах. Роль структурного мотива "спираль- поворот- спираль" в узнавании белками нуклеотидной последовательности. Репрессор и Cro - белок. Аллостерический контроль связывания белков с ДНК. Репрессор триптофанового оперона, Lac- репрессор, репрессор метионинового оперона, участие  - тяжей в его взаимодействии с ДНК. САР - белок. Аттенюация транскрипции.

6.) Транскрипция у эукариот. Базальная транскрипция, факторы транскрипции. Понятие о cis - действующих элементах. Трансактивация транскрипции. Энхансеры и сайленсеры. "Модули" последовательностей ДНК, узнаваемые специфическими белками. Роль "обратной генетики" в развитии представлений о регуляции транскрипции у эукариот. Белковые домены, узнающий специфические последовательности ДНК. Гемеодомен и гены - селекторы. "Лейциновые молнии", "цинковые пальцы". Рецепторы гормонов, типы , особенности узнавания ДНК. Рецепторы - сироты. Ретиноевая кислота. Элементы консерватизма в системах регуляции транскрипции. Внешние сигналы, активирующие транскрипцию генов. Передача сигналов. Семейства протоонкогенов : Jun, Fos. Транскрипционные факторы в развитии многоклеточных организмах, понятие о морфогенах.

7.) Структурная организация нуклеосом. Нуклеосомы и транскрипция. Модификации генов и динамическая структура хроматина. Представление о перемоделировании хроматина. Роль нуклеосомных структур в активации экспрессии генов.

8.) Процессинг РНК. Особенности процессинга, интроны, сплайсинг. Классификация интронов. Интроны группы I : особенности структуры и механизмы сплайсинга. Рибозимы, их специфичность. Интроны группы II: механизм сплайсинга. Сплайсинг пре-мРНК в ядре, роль малых ядерных РНК и белковых факторов, сплайсосома. Особенности процессинга тРНК и рРНК бактерий. РНКаза P как рибозим. Транс - сплайсинг, его распространение. Альтернативный сплайсинг. Редактирование РНК, молекулярные механизмы.

9.) Общая схема биосинтеза белка. Роль РНК. Информационная РНК, ее структура, функциональные участки. Расшифровка и общие свойства генетического кода.

10.) Транспортная РНК. Первичная, вторичная, третичная структура РНК, роль модифицированных нуклеотидов. Аминоацилирование тРНК, аминоацил-тРНК- синтетазы (АРСаза), их структура и механизм действия. Два класса АРСаз, особенности структурной организации, строение участка связывания тРНК, обеспечивающее специфичность фермента. Участки тРНК, ответственные за специфическое связывание, взаимодействие белка с аминоацил-ТРНК. Функции редактирования, неканонические функции аминоацил-тРНК-синтетаз.

11.) Рибосомы, их локализация в клетке. Прокариотический и эукариотический типы рибосом. Последовательное считывание мРНК рибосомами, полирибосомы. Стадии трансляции. Химические реакции и общий энергетический баланс биосинтеза белка. Морфология рибосом, рибосомные РНК, их виды, структура. Структурные домены и компактная укладка молекул РНК. Значение рибосомной РНК. Рибосомные белки, их разнообразие, белковые комплексы, их взаимодействие с рибосомальной РНК. Четвертичная структура рибосомы. Структурные превращения рибосом. Диссоциация рибосом на субъединицы.

12.) Рабочий цикл рибосомы. Элонгация: первый этап - поступление аминоацил-тРНК в рибосому. Концепция антикодона, кодон- антикодоновое взаимодействие. Адептерная гипотеза. Участие фактора элонгации I в связывании аминоацил-тРНК. Структура фактора I, его взаимодействия, связывание тройственного комплекса с рибосомой, роль гидролиза GTF. Антибиотики - ингибиторы первого этапа элонгации. Ложное кодирование. Общая последовательность событий и молекулярные механизмы.

Второй этап элонгации - транспептидация. Химия и энергетический баланс реакции, ингибиторы. Третий этап элонгации - транслокация. Участие фактора элонгации II. Роль гидролиза GTP. Скорость элонгации, ее регуляция. Неравномерность элонгации: паузы, модулирующие кодоны, влияние структуры мРНК и растущих пептидов. Избирательная регуляция элонгации на разных мРНК. Регуляция общей скорости элонгации. Фосфорилирование факторов. Механизм действия токсинов. Терминация трансляции.

13.) Инициация трансляции у прокариот. Инициаторные кодоны, места связывания рибосом на мРНК. Белковые факторы инициации. Регуляция трансляции, различная "сила" инициации м РНК, сопряженная и последовательная трансляция полицистронных матриц. Репрессия трансляции на примере РНК бактериофагов MS2. Регуляция трансляции мРНК рибосомных белков. Независимая инициация цистронов.

14.) Регуляция трансляции у эукариот. Особенности эукариотической мРНК, САР структура, инициаторные кодоны. Внутренний сайт связывания рибосом. Белковые факторы, взаимодействующие с рибосомой и с мРНК. Влияние на инициацию трансляции структур на 3`-конце мРНК. Последовательность событий. Общие механизмы регуляции: модификации факторов инициации, формирование мРНП (информосом), избирательная дискриминация мРНК, регуляция с участием коротких открытых рамок считывания. Трансляционная репрессия: Регуляция трансляции ферритиновой мРНК, мРНК орнитин- декарбоксилазы, маскированные мРНК ооцитов и сперматозоидов. Демаскирование мРНК в процессе эмбрионального развития.

15.) Посттрансляционные модификации белков. Образование дисульфидных связей, йодирование и сульфирование остатков тирозина. Образование остатков - карбокси глютаминовой кислоты. N- и О- гликозилирование белков, особенности процессов, гликопротеины. Физиологическое значение углеводного компонента. Углеводные сигналы сортинга белков. Обратимое гликозилирование цитоплазматических белков. Фосфорилирование белков. Липопротеины. Пренилирование белков. Ограниченный протеолиз. Каскады фосфорилирования и протеолиза в клеточной сигнализации. Белковый сплайсинг, его механизм, Процессы N- О- и N-S - ацильных перестроек, трансэстерификация. Биологическое значение белкового сплайсинга. Лектины. Строение и классификация лектинов. Лектины бактерий и растений. Функция тканевой адгезии. Бактериальные токсины. Время жизни белковых молекул.

5.) Вопросы для зачета.

1. Макромолекулярная структура ДНК, ее гетерогенность.

2. Репликация ДНК у бактерий. Белки участники.

3. Регуляция процесса репликации.

4. Особенности репликации ДНК плазмид.

5. Репликация у эукариот.

6. Репликативное метилирование ДНК.

7. Теломера. Теломераза, особенность строения (РНК - компонент).

8. Повреждения ДНК.

9. Прямая репарация тиминовых димеров.

10. Гликозилазы, эксцизионная репарация, ферменты.

11. Механизм преимущественной репарации транскрибируемых генов.

12. Механизм репарации неспаренных нуклеотидов. Роль метилирования.

13. SOS репарация.

14. Транскрипция у прокариот. Особенности структуры РНК полимеразы.

15. Промоторы у прокариот.

17. Роль сигма - факторов.

18. Негативная и позитивная регуляция транскрипции.

19. Структура Lac - оперона. Lac- репрессор.

20. Факторы транскрипции эукариот.

21. Белковые домены, узнающие специфические последовательности ДНК. Гомеодомены.

22. "Лейциновые молнии", "цинковые пальцы", взаимодействие с ДНК.

23. Рецепторы гормонов, типы, особенности узнавания ДНК.

24. Внешние сигналы, активирующие транскрипцию генов.

25. Структурная организация нуклеосом. Модификации гистонов, динамическая структура хроматина.

26. Роль нуклеосомных структур в активации экспрессии генов.

27. Процессинг РНК. Интроны. Сплайсинг.

28. Интроны группы I. Особенности строения и механизмы сплайсинга.

29. Интроны группы II. Особенности строения и механизмы сплайсинга.

30. Роль малых ядерных РНК и белковых факторов. Сплайсосома.

31. Особенности процессинга тРНК и рРНК у бактерий.

32. Транссплайсинг, его распространение.

33. Альтернативный сплайсинг.

34. Редактирование РНК. Молекулярные механизмы, типы редактирования.

35. Общая схема биосинтеза белка.

36. Основные свойства генетического кода.

37. Транспортные РНК, их строение и функции.

38. Аминоацил-тРНК-синтетазы. Структура, механизм действия.

39. Рибосомы, рРНК, рибосомные белки.

40. Цикл работы рибосомы. Каталитические и функциональные центры.

41. Элонгация трансляции. Участие белковых факторов.

42. Антибиотики ингибиторы первого этапа элонгации трансляции.

43. Второй этап элонгации - транспептидация. Химия и энергетический баланс реакции.

44. Регуляция трансляции у прокариот.

45. Регуляция трансляции у эукариот.

46. Ковалентные модификации белков. Гликопротеины, роль в межклеточном узнавании.

47. Лектины.