МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН УТВЕРЖДЕНО Приказом Министерства образования науки РК «___» _________№ ____ ТИПОВАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА (высшее научно-педагогическое образование) КЛЕТОЧНАЯ БИОЛОГИЯ по специальности 6N0607 – Биология 1 кредит (45 часов) Алматы, 2008 Типовая учебная программа университетом имени аль-Фараби составлена Казахским национальным Автор: • Шалахметова Тамара Минажевна, д.б.н., декан биологического факультета, профессор кафедры зоологии и гистологии КазГУ им. аль-Фараби; Рецензенты: Всеволодов Э.Б., д.б.н., профессор; Шулембаева К.К., д.б.н., профессор. Типовая учебная программа составлена Казахским национальным университетом имени аль-Фараби и рекомендована к изданию Советом учебно-методического объединения КазНУ им. аль-Фараби «____________» 2008 г. Протокол № ПРЕДИСЛОВИЕ Основная цель курса - является углубить знания магистров полученные в области клеточной биологии, ознакомление с ознакомление магистров с фундаментальными основами и современными представлениями о структуре, молекулярной организации, исполнительных и регуляторных механизмах функций про- и эукариотических клеток. Задачи преподавания дисциплины: сформировать представления о • фундаментальных основах строения и молекулярной организации эукариотических клеток; • клеточной эволюции, репродукции и дифференцировке клеток; • внеклеточных и внутриклеточных регуляторных механизмах и роли межклеточных коммуникаций, • взаимодействии клеток со средой, их энергетике и механизмах движения. В результате изучения курса магистранты должны знать: • фундаментальные основы строения и молекулярной организации эукариотических клеток; • основы клеточной эволюции, репродукции и дифференцировки клеток; • механизмы внутриклеточной регуляции, роль межклеточных коммуникаций; • суть взаимодействия клеток со средой, энергетику и механизмы движения клеток. Уметь: • понимать и видеть сходства и различия в строении и функционировании бактериальных, растительных и животных клеток, • анализировать состав клеточных популяций многоклеточного организма. • применять современными методами клеточной биологии, гистологии: ультраструктурной микроскопии, количественной цитохимии, аналитической цитологии, цитогенетическими методами, молекулярной биологии. Приобрести: общее представление о строении и функционировании клетки как функциональной единицы живой природы. Перечень дисциплин, предшествующих изучению предмета: "Введение в биологию", "Цитология", "Генетика", "Физиология животных", "Биохимия", «Анатомия человека», «Экология» Перечень смежных дисциплин: «Биология индивидуального развития», "Микробиология" «Молекулярная биология». Трудоемкость дисциплины: количество часов 45, включая лекции, практическое занятия, СРМП, СРМ. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ ВВЕДЕНИЕ За последние 50 лет произошло значительное развитие биологической науки: гигантский шаг вперед сделали молекулярная биология и молекулярная генетика, клеточная и молекулярная инженерия, что позволило внедрить в практику многие чисто теоретические разработки. Резкое расширение интересов исследователей и развитие многих принципиально новых методических подходов привели к накоплению за последние годы множества новых фактов и представлений, касающихся практически всех аспектов биологии клетки. В связи с этим, чтение магистрам настоящего курса является необходимой и актуальной. В курсе будут отражены достижения и современные проблемы клеточной биологии, а также история развития учения о клетках. Ретроспективно и на основе новейших достижений будет обращено внимание студентов на открытие клеток и субклеточных структур, обнаружение основных функций клеток и установление их связи с внутриклеточными структурами и системами, открытие белков, нуклеиновых кислот, липидов, регуляторных молекул и выяснение их молекулярной организации. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Основные этапы эволюции клеток Молекулярная предбиологическая эволюция. Геохимические и геофизические факторы, определившие спонтанное образование аминокислот, нуклеотидов, липидов из атомов и простых соединений, гипотетические пути образования макроэргических соединений макромолекул и первичных клеток, пути эволюции клеток и образование многоклеточных организмов. Основные типы и разнообразие клеток Общность и уникальность клеток бактерий, растений, животных и человека, гомология и специализация клеток. Разделение функций клеток в многоклеточном организме, тотипотентность и дифференцировка клеток. Функциональные системы клеток: система транспорта веществ, синтеза белка, энергетического обеспечения, поглощения и секреции, движения и др. Взаимодействие клеток с окружающей средой Основные действующие на клетки факторы физической среды (гравитационное поле и акустические волны, электрические поля и электромагнитные волны). Природные и антропогенные факторы химической окружающей среды (питательные вещества, регуляторные молекулы, гормоны и ксенобиотики). Кооперация и конкуренция клеток и организмов друг с другом. Организация и эволюция ядерного генома Современные представления об организации клеточного ядра. Строение ядерной оболочки и ядерных пор. Структура и репликация хромосомы. Синтез и процессинг РНК. Контроль генной экспрессии. Дифференцировка клеток и ее связь с экспрессией генов. Роль ядра и цитоплазмы в экспрессии и репрессировании генов. Компетенция и детерминация. Механизмы клеточного деления Рост и деление клеток. Фазы клеточного цикла и их взаимосвязь. Регуляция клеточного деления у млекопитающих. Фактор стимуляции митоза. Циклины. Гены раннего и отложенного ответа. Мигрирующие клетки. Стволовые клетки и регуляция их популяции. Роль стволовых клеток в норме и патологии. Структура, функции и молекулярная организация биомембран Факторы, определяющие стабильность биомембран. Химический состав и ультраструктура биомембран. Локализация белков и липидов в биомембранах. Межмолекулярные взаимодействия (электростатические, дисперсионные, гидрофобные) и подвижность внутримембранных компонентов. Межклеточная сигнализация Межклеточное взаимодействие. Эндокринная, паракринная и синаптическая система химической сигнализации. Рецепторы клеточной поверхности, вторичные мессенджеры. Аденилатциклазный, гуанилатциклазный, фосфоинозитидный путь передачи сигнала в клетках. Участие в процессах внутриклеточной сигнализации арахидоновой кислоты и ее продуктов. Роль Са2+. Передача сигнала с клеточных рецепторов на геном с помощью STAT-белков. Организация цитоскелета Основные типы, молекулярная организация и исполнительные механизмы систем, обеспечивающих движение Транспортная и сократительная функция цитоскелета. Системы движения, основанные на полимеризации (деполимеризации) и взаимодействии микротрубочек и актиновых нитей. Строение и конформационные перестройки цитоскелета. Тубулины, G- и F-актин, миозин, МАР и БАМ и другие белки как элементы "конструктора" для построения цитоскелета. Микрофиламенты, микротрубочки, промежуточные филаменты.. Механизмы преобразования энергии в клетках Молекулярная и ультраструктурная организация митохондрий, пластид. Первичные механизмы преобразования энергии, редокс циклы и синтез макроорганических соединений в цитозоле клеток. Преобразование энергии в процессах фотосинтетического и окислительного фосфорилирования. Хемиосмотическая теория синтеза АТФ. Вторичные механизмы преобразования энергии. Способы энергообеспечения механического движения, трансмембранного переноса веществ, биосинтезов, деления клеток. Программируемая клеточная смерть Клеточная гибель: некроз и апоптоз. Морфологические и биохимические различия некроза и апоптоза. Факторы регулирующие, развитие программируемой клеточной смерти (апоптоз). Каспазы. Белок р53. Токсины. ЛИТЕРАТУРА Основная: 1. Ченцов Ю.С. Введение в клеточную биологию. М.:ИКЦ «Академкнига», 2004.-495 с. 2. Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рефф М., Робертс К, Уотсон Дж. 3. Молекулярная биология клетки. Москва, Мир, 1987г., т.т.1-5, 1994,тт.1-3. 4. Грин Н., Cтаут У, Тейлор Д. Биология. М.: Мир, 2001, тт 1-3. 5. Свенсен К., Уэбстер П. Клетка. М.:Мир, 1980. Дополнительная: 1. Скулачев В.П. Энергетика биологических мембран. Москва, Наука, 1989г. 2. Евтодиенко Ю.В., Акименко В.К. Преобразование энергии в биологических системах. Пущино, ИБФМ РАН, 1998. 3. Мецлер Д. Биохимия. Химические реакции в живой клетке. Москва, Мир,1980г., т.т.1-3. 4. Спирин А.С. Молекулярная биология. Структура рибосомы и биосинтез белка. Москва, Высшая школа, 1986г. 5. Шапиро В.А. Драма жизни. Единая история материи, жизни и разума.М., АОЗТ «Велес», 1999, 160 с. 6. Короленко Т.А. Катаболизм белка в лизосомах. Новосибирск, Наука, 1990, 245 с. 7. Костюк П.Г. Клеточная сигнализация. М., Наука, 1992.342 с. 8. Покровский А.А., Тутельян В.А. Лизосомы. М., 1976. 9. Босток К., Самнер Э. Хромосома эукариотической клетки. М.:Мир, 1981. 10. Епифанова О.Н. Лекции и клеточном цикле. КМК.Scientific press, 1997. 11. Зенгбуш П. Молекулярная и клеточная биология.1982.М.,Мир, 1982.-в 3т. 12. Журналы «Цитология», «Молекулярная биология», «Успехи современной биологии» и др.