Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
Биологический факультет
Кафедра общей генетики, селекции и семеноводства
Утвержден Согласовано
на заседании кафедры «___» _________________ 200__ г.
от «____» ____________200__г.
Протокол №______ Декан БФ ______ /А.Ю. Паритов/
Зав.кафедрой _____ /М.К. Керефова/
Учебно-методический комплекс по дисциплине
ДС.01.5 «Молекулярная генетика»
для студентов, обучающихся по специальности 020201.65 Биология
Нальчик 2009
Автор-составитель:
Биттуева Мадина Мухаматовна
кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры генетики, селекции и семеноводства
Учебно-методический комплекс по дисциплине ДС.01.5 «Молекулярная генетика» составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 020201.65 Биология. Шифр ДС.01.5 «Молекулярная генетика».
Дисциплина входит в федеральный компонент цикла дисциплин специализации и является обязательной для изучения.
Содержание
стр.
|
1. Аннотация к УМКД
|
4
|
2. Выписка из ГОС ВПО для дисциплины
|
5
|
^
|
6
|
3.1 Пояснительная записка
|
8
|
3.2 Распределение часов по семестрам
|
10
|
3.3 Тематический план курса
|
11
|
3.4 Содержание учебного материала
|
15
|
3.5 Глоссарий по дисциплине
|
30
|
3.6 Список литературы (основная и дополнительная)
|
63
|
3.7 Протокол согласования РУДП с другими дисциплинами направления (специальности)
|
65
|
3.8 Дополнения и изменения в РУДП на очередной учебный год
|
66
|
^
|
67
|
4.1. Методические рекомендации для преподавателя
|
67
|
4.2. Методические указания для студентов
|
70
|
4.3. Программа по организации контролируемой самостоятельной работы студентов
|
70
|
4.4. Обеспеченность образовательного процесса по дисциплине специализированным и лабораторным оборудованием
|
71
|
4.5. Карта обеспеченности литературой по дисциплине
|
72
|
4.6. Перечень обучающих и контролируемых компьютерных программ, мультимедиа и интерактивные материалы.
|
74
|
^
|
75
|
5.1. Балльно-рейтинговая система текущей аттестации студентов по дисциплине.
|
75
|
5.2. Цели и задачи балльно-рейтинговой аттестации, обучающихся по дисциплине.
|
75
|
5.3. Состав и планирование в баллах рейтинговых контрольных мероприятий по дисциплине.
|
76
|
5.4. Шкала оценки по дисциплине.
|
77
|
5.5. График балльно-рейтинговых контрольных мероприятий по дисциплине
|
77
|
5.6. Учетная документация при рейтинг-контроле по дисциплине
|
80
|
5.7. Порядок и сдача зачетов и экзаменов
|
80
|
5.8. Отработка и повторное обучение
|
82
|
^
|
84
|
7. Приложение (тесты)
|
85
|
1. Аннотация к УМКД
Преподавание курса молекулярной генетики является необходимым этапом подготовки дипломированных специалистов биологов, специализирующихся на кафедре генетики.
Актуальность введения данной дисциплины обусловлена тем, что молекулярная генетика является одной из наиболее стремительно развивающихся областей биологии, открывающей новые горизонты знания, что дает исключительные возможности для совершенствования и создания принципиально новых методов и технологий. Достижения молекулярной генетики позволили осуществить настоящий прорыв в молекулярной и клеточной биотехнологии, перевернув представление человека о сущности процессов реализации генетической информации и передачи наследственного материала дочерним клеткам или потомкам и вооружив его инструментами для направленного изменения генома и управления его функционированием.
Целью разработки учебно-методического комплекса по дисциплине «Молекулярная генетика» является более эффективное освоение студентами данного предмета, которое достигается при решении ряда следующих задач:
Рациональное распределение учебного времени по разделам курса и видам учебных занятий.
Определение места и роли дисциплины «Молекулярная генетика» в образовательной программе, ее основных учебных целей и задач.
Отражение в содержании данной дисциплины современных достижений науки, техники, культуры и других сфер общественной практики, связанных с данной учебной дисциплиной.
Организация самостоятельной работы студентов с учетом рационального использования и распределения учебного времени между аудиторными занятиями и самостоятельной работой студентов.
Определение круга учебно-методического обеспечения дисциплины, необходимого для его усвоения.
Разработка оптимальных систем текущего и итогового контроля знаний студентов.
Обоснование использования инновационных методов в процессе преподавания «Молекулярной генетики».
^
Вид учебной работы
|
Всего
часов
|
Общая трудоемкость дисциплины
|
74
|
Лекции
|
25
|
Лабораторные работы и другие виды аудиторных занятий
|
26
|
Самостоятельная работа
|
10
|
Консультации
|
3
|
Рейтинг
|
6
|
Вид итогового контроля
(зачет, экзамен)
|
Экзамен
4 часа.
|
^
Триплетен (одна аминокислота кодируется тремя рядом стоящими нуклеотидами);
Специфичен (один и тот даже триплет кодирует только одну определенную аминокислоту).
Универсален (он применим для всех живых организмов);
Вырожден (то есть одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими различными триплетами);
Однонаправлен (считывание информации происходит только в одном направлении);
Неперекрываем (то есть каждый нуклеотид входит в состав только одного триплета и занимает в нем строго определенное место).
^ Одним из свойств наследственного материала является способность ДНК к самовоспроизведению (самоудвоению, авторепродукции). Для репликации ДНК требуется участие множества белков, которые быстро движутся вдоль ДНК и согласованно осуществляют процесс репликации с высокой точностью. Репликация включает несколько этапов:
Разрыв водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями двух полинуклеотидных цепей осуществляет фермент ДНК-геликаза, расплетая двойную спираль ДНК.
ДНК-топоизомераза разрывает фосфодиэфирную связь в одной из полинуклеотидных цепей ДНК, снимая напряжение, вызываемое расплетением спирали и расхождение цепей в репликационной вилке.
Дестабилизирующие белки выпрямляют участок ДНК, растягивают одиночные цепи ДНК, не позволяя им сомкнуться, и делают азотистые основания свободными для связывания с комплементарными нуклеотидами.
В области репликацинной вилки действуют ферменты ДНК-полимеразы: на ведущей (лидирующей) и отстающей (запаздывающей) цепях. На ведущей цепи ДНК-полимераза работает непрерывно, а на отстающей фермент время от времени прерывает и вновь возобновляет свою работу, используя короткие молекулы РНК-затравки, синтезируемые ферментом ДНК-праймазой.
ДНК-праймаза синтезирует одну РНК-затравку ("праймер") для лидирующей цепи и для каждого фрагмента ДНК (фрагмента Оказаки) в запаздывающей, У прокариот фрагменты Оказаки содержат от 1000-2000 нуклеотидов. У эукариот значительно короче - 100-200 нуклеотидов. Молекула ДНК-праймазы непосредственно связана с ДНК-геликазой, образуя структуру, называемую прайсмосомой, которая движется в направлении раскрывания репликационной вилки и по ходу движения синтезирует РНК-затравку для фрагментов Оказаки. В этом же направлении движется ДНК-полимераза ведущей цепи и ДНК-полимераза отстающей цепи. Для этого, как полагают, последняя накладывает цепь ДНК, которая служит ей матрицей, саму на себя, что и обеспечивает разворот ДНК-полимеразы отстающей цепи на 180°. Согласованное движение двух ДНК-полимераз обеспечивает координированную репликацию обеих нитей. Репликация происходит путем непрерывного роста обеих новых цепей по мере перемещения репликационной вилки, при этом, так как две цепи в спирали ДНК антипараллельны, одна из дочерних цепей должна была бы расти в направлении 5'→ 3' концу, а другая - от 3' → 5'. В действительности, оказалось, что дочерние цепи растут только в направлении 5' → 3', то есть всегда удлиняется 3' - конец затравки, а матрица считывается ДНК-полимеразой в направлении 3'→ 5'.
РНК-затравка, не обладающая корректирующей активностью, отличается от новосинтезированной цепи ДНК, поскольку состоит из рибонуклеотидов и в дальнейшем удаляется с помощью специфической рибонуклеазы. Образовавшиеся бреши достраиваются комплементарными участками ДНК.
Соединение синтезированных фрагментов ДНК (фрагментов Оказаки) происходит с помощью фермента ДНК-лигазы в запаздывающей нити ДНК.
В процессе репликации синтез новых полинуклеотидных цепей осуществляется в соответствии с принципами комплементарности и антипараллельности. На каждой их двух ранее существовавших материнских полинуклеотидных цепей синтезируется комплементарная ей полинуклеотидная цепь. В результате репликации в дочерних молекулах ДНК одна полинуклеотидная цепь является вновь синтезированной, а другая - ранее входила в состав материнской молекулы ДНК. Такой способ синтеза называется полуконсервативным. Благодаря ему, обеспечивается точное воспроизведение в дочерних молекулах ДНК той информации, которая была записана в материнской молекуле. Репликация осуществляется в синтетический период жизненного цикла клетки перед митозом и мейозом.
"Проблема концевой репликации" заключается в том. что все известные ДНК-полимеразы, являющиеся ключевыми ферментами сложного репликативного белкового комплекса, неспособны полностью реплицировать концы линейных молекул ДНК. Для того чтобы клетки не теряли при делении часть генетического материала, З'-концы ДНК хромосом эукариот наращиваются перед каждым раундом репликации короткими повторяющимися последовательностями. Это осуществляется ферментами — теломеразами.
Генетический материал живых организмов имеет огромные размеры и реплицируется с высокой точностью. В среднем в процессе воспроизведения генома млекопитающего, состоящего из ДНК длиной 3 млрд. пар нуклеотидов, возникает не более трех ошибок. При этом ДНК синтезируется очень быстро (скорость ее полимеризации колеблется в пределах от 500 нуклеотидов/с. у бактерий, до 50 нуклеотидов/с. у млекопитающих). Высокая точность репликации, наряду с ее высокой скоростью, обеспечивается наличием специальных механизмов, осуществляющих коррекцию, т. е. устраняющих ошибки. Суть механизма коррекции заключается в том, что ДНК-полимеразы дважды проверяют соответствие каждого нуклеотида матрице: один раз перед включением его в состав растущей цепи и второй раз перед тем, как включить следующий нуклеотид. Очередная фосфодиэфирная связь синтезируется лишь в том случае, если последний (3'-концевой) нуклеотид растущей цепи ДНК образовал правильную уотсон-криковскую пару с соответствующим нуклеотидом матрицы.
Если же на предыдущей стадии реакции произошло ошибочное спаривание оснований, то дальнейшая полимеризация останавливается до тех пор, пока ошибка не будет исправлена. Для этого фермент перемещается в обратном направлении и вырезает последнее добавленное звено, после чего его место может занять правильный нуклеотид -предшественник.
|