KletInform2012 - Белорусский государственный университет

Белорусский государственный университет
УТВЕРЖДАЮ
Декан физического факультета
________________ В.М. Анищик
__11.06.2012_____
Регистрационный № 8034 /баз.
КЛЕТОЧНАЯ ИНФОРМАТИКА
Учебная программа для специальности
1-31 04 01 Физика (по направлениям)
Направление: 1-31 04 01-01 Физика (научно-исследовательская деятельность)
2012
2
СОСТАВИТЕЛЬ:
Т.А. Кулагова – доцент кафедры биофизики Белорусского государственного университета,
кандидат биологических наук.
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
И.Б. Заводник – заведующий кафедрой биохимии факультета биологии и экологии Гродненского государственного университета, доктор биологических наук, профессор.
Г.Н. Семенкова – доцент кафедры радиационной химии и химико-фармацевтических технологий, кандидат биологических наук, доцент.
РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ:
Кафедрой биофизики физического факультета Белорусского государственного университета
(протокол №8 от 02 марта 2012 г.)
Ученым советом физического факультета Белорусского государственного университета
(протокол №8 от 29 марта 2012 г.)
Ответственный за редакцию: Т.А. Кулагова
Ответственный за выпуск: Т.А. Кулагова
3
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа курса "Клеточная информатика" разработана для специальности 1-31 04 01
Физика (1-31 04 01-01 "Физик. Исследователь") специализации «Биофизика».
Одним из основных свойств живых систем является их способность получать, обрабатывать и передавать информацию. Фундаментальные принципы и механизмы рецепции, обработки, хранения и передачи информации на клеточном уровне составляют основу курса
лекций по клеточной информатике. Глубокое понимание принципов и механизмов обработки информации является необходимой основой изучения процессов жизнедеятельности. В
связи с этим, курс лекций по клеточной информатике является важной составляющей подготовки специалиста-биофизика по квалификации «Физик. Исследователь». Материал курса
основан на базовых знаниях и представлениях, заложенных в курсах биофизики клетки, физики мембранных систем, биохимии, молекулярной биофизики и др. "Клеточная информатика" изучает
Программа курса составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта. Общее количество часов – 77; аудиторное количество часов – 26, из них: лекции – 20,
контрольные работы – 6. Форма отчётности – экзамен.
ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Наименование разделов, тем
Основные принципы обработки информации в клетках
Рецепция информации в клетках
Физико-химические преобразователи
информации в клетках. Гетеротримерные и мономерные ГТФ-азы.
Передача и усиление сигнала в клетках.
Эффекторные белки и вторичные мессенждеры. Ионотропные рецепторы и
кальциевая сигнализация.
Механизмы переключения функциональной активности клеток
Глобальные регуляторные программы
Итого
Количество часов
Аудиторные
Лекции
Практич.,
КСР
семинар.
2
Самост.
работа
6
4
2
2
8
8
6
2
8
2
4
20
8
2
6
13
51
4
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В КЛЕТКАХ.
Понятия клеточная информатика, трансдукция сигнала и др. Основные принципы обработки информации в клетках. Структуры записи и хранения информации в клетках. Ценность биоинформации. Концепция первичных и вторичных мессенджеров. Классификация
первичных мессенджеров. Примеры вторичных мессенджеров.
РЕЦЕПЦИЯ ИНФОРМАЦИИ В КЛЕТКАХ.
Основные типы рецепторов. Связывание лигандов с рецепторами. Механизм лигандрецепторного взаимодействия. Модель Кларка. Механизмы регуляции рецепции информации.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ В КЛЕТКАХ.
ГЕТЕРОТРИМЕРНЫЕ И МОНОМЕРНЫЕ ГТФ-АЗЫ.
Гетеротримерные G-белки. Мономерные Ras-подобные ГТФ-азы. Механизмы регуляции активности ГТФ-аз.
ПЕРЕДАЧА И УСИЛЕНИЕ СИГНАЛА В КЛЕТКАХ. ЭФФЕКТОРНЫЕ БЕЛКИ
И
ВТОРИЧНЫЕ
МЕССЕНЖДЕРЫ.
ИОНОТРОПНЫЕ
РЕЦЕПТОРЫ
И
КАЛЬЦИЕВАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ.
Типы циклаз (аденилатциклаза, растворимая и мембрансвязанная гуанилатциклаза) и
механизмы их активации. цАМФ, цГМФ и фосфодиэстеразы. Типы фосфолипазы С и механизмы их активации. Фосфатидил-инозитольная система вторичных мессенджеров. Фосфолипаза А2 и арахидоновая кислота. Регуляция активности фосфолипазы А2. Арахидоновая
кислота как вторичный мессенджер. Окисление арахидоновой кислоты. Липооксигеназа и
циклооксигеназа. Фосфолипаза Д.
Са2+-каналы плазматической мембраны и механизмы их регуляции Потенциалуправляемые Са2+-каналы. Лиганд-управляемые Са2+-каналы. Са2+-каналы, управляемые
вторичными мессенджерами. Са2+-каналы внутриклеточных депо и механизмы их регуляции. (IP3, Ca2+, cADPR, NAADP). Кальциевые насосы внешней и внутренних мембран. Са2+связывающие белки и мишени Са2+-сигнализации.
МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ
КЛЕТОК.
Белки как вычислительные элементы. Ковалентные модификации белков. Протеинкиназа А и протеинкиназа С. Тиразинкиназы. Глутатионирование белков. Специфический и
комплексный информационный ответ клеток. Тирозин-киназный каскад, аденилатциклазный каскад, фосфатидил-киназный и др. каскады. Роль активных форм кислорода в
трансдукции сигнала. Фосфатазы.
ГЛОБАЛЬНЫЕ РЕГУЛЯТОРНЫЕ ПРОГРАММЫ.
Функциональные состояния клетки (пролиферация, дифференцировка и апоптоз). Регуляция клеточного цикла. Периоды клеточного цикла. Фазы митоза. Циклины и циклинзависимые протеинкиназы, механизмы их регуляции. Трансдукция митогенных и антимитогенных сигналов. Контактное торможение. Механизм действия циклинзависимых протеинкиназ. Информационно-программируемая гибель клеток. Классификация типов апоптоза. Биологическая роль апоптоза. Морфология апоптоза и некроза. «Инструменты» апоптоза – каспазы и эндонуклеазы. Белок р53. Схемы трансдукции апоптотических сигналов. Роль митохондрий. Механизмы канцерогенеза.
5
ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Контрольная работа по теме «Передача и усиление сигнала в клетках»
Тест по материалу всего курса
Перечень тем, по которым предлагается студентам подготовить рефераты:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Арахидоновая кислота как вторичный мессенджер.
Кальмодулин и регуляция кальцийзависимых белков.
Гуанилатциклазная система передачи информации.
Трансдукция митогенных и антимитогенных сигналов.
Трансдукция сигналов при нейродифференцировке.
Апоптоз, индуцируемый внутриклеточными сигналами.
Ценность биоинформации.
Рецепторы с тиразинкиназной активностью.
Рецепторы для иммуноглобулинов.
Кальциевые колебания и кальциевые волны.
Пространственно-временная динамика клеточной сигнализации.
Участие белков теплового шока в передаче информации.
Функционирование транскрипционных факторов.
Роль межклеточных адгезионных взаимодействий при передаче информации.
Рекомендуемая литература
а) Основная
1. Gomperts B.D. Kramer I.M., Tatham P. Signal transduction. Elsevier Science. 2003.
2. Зинченко В.П., Долгачева Л.П. Внутриклеточная сигнализация. 2003. Пущино. Электронное издание «Аналитическая микроскопия». http://cam.psn.ru
3. Крутецкая З.И., Лебедев О.Е., Курилова Л.С. Механизмы внутриклеточной сигнализации.
Санкт-Петербург. Изд-во С. Петер. Ун-та. 2003. – 208 с.
4. Артюхов В.Г., Наквасина М.А. Биологические мембраны. Воронеж. ВГУ. 2000 – 296 с
5. Рубин А.Б. Биофизика. В 2-х книгах. Кн.2. Биофизика клеточных процессов. М.: Высшая
шк. 1999. – 303с.
б) Дополнительная
1. Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия. Пер. с англ. - М.: Мир, 2000 – 469с.
2. Варфоламеев С.Д., Гуревич К.Г. Биокинетика. – М.:ФАИР-ПРЕСС, 1999.- 720с.
3. Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки: В 3-х т.,2-е изд., пер. и доп. Пер. с англ. – М.: Мир, 1994 – 517 с.
4. Черенкевич С.Н., Мартинович Г.Г. Регуляция роста нейритов. //Успехи физиологических
наук. 2001. Том 32. №3. С.23-39.
5. Скулачев В.П. Биоэнергетика. Мембранные преобразователи энергии. М.: Высш. шк.,
1989. – 271с.