РПУД Биоорганическая химия (новое окно)

Правительство Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный университет
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
___________________________________
(учебной дисциплины, практики и т.п.)
Биоорганическая химия
Bioorganic chemistry
Язык обучения - русский
_______________________________________________
Трудоёмкость (границы трудоёмкости) в зачетных единицах: ____2____
Регистрационный номер рабочей программы: _025448____
Санкт-Петербург
2014
1
Раздел 1.
1.1.
Характеристики учебных занятий
Цели и задачи учебных занятий
Цель курса – получение аспирантами углубленных знаний в области биоорганической
химии.
В задачи учебных занятий входит освоение основных положений и законов
биоорганической химии, получение прочных знаний. Содержание курса входит в
программу-минимум
кандидатского
экзамена
по
специальности
02.00.10
«Биоорганическая химия» по химическим и техническим наукам.
1.2. Требования к подготовленности обучающегося к освоению содержания
учебных занятий (пререквизиты)
Для успешного освоения курса студенты должны владеть знаниями в рамках базового
курса по биоорганической химии в рамках одной из Основных образовательной
программы высшего профессионального образования:
- по направлению 020100 «Химия»
- по направлению 020300 «Химия, физика и механика материалов»
- по специальности 020201 «Фундаментальная и прикладная химия».
1.3.
Перечень результатов обучения (learning outcomes)
ОКА-1 в соответствии с приказом первого проректора по учебной и научной работе от
07.11.2014 №6364/1 " Об утверждении новой редакции компетентностно-ориентированного учебного плана (per. № 14/3010/1) и приложения к приказу проректора по учебнометодической работе от 07.11.2014 №6364/1.
1.4.
Перечень активных и интерактивных форм учебных занятий
Семинары - 14 часов, консультация – 2 часа.
2
Раздел 2.
2.1.
Организация, структура и содержание учебных занятий
Организация учебных занятий
2.1.1 Основной курс
Трудоёмкость
итоговая аттестация
(сам.раб.)
промежуточная аттестация
(сам.раб.)
текущий контроль (сам.раб.)
сам.раб. с использованием
методических материалов
Самостоятельная работа
итоговая аттестация
под руководством
преподавателя
в присутствии
преподавателя
промежуточная
аттестация
текущий контроль
коллоквиумы
контрольные работы
лабораторные работы
консультации
практические
занятия
семинары
лекции
Период обучения (модуль)
Контактная работа обучающихся с преподавателем
Объём активных и интерактивных
форм учебных занятий
Трудоёмкость, объёмы учебной работы и наполняемость групп обучающихся
ОСНОВНАЯ ТРАЕКТОРИЯ
очная форма обучения
26
8
2
2
1-10
1-10
2
2
Семестр 3
1
1-10
Семестр 4
26
6
2
1
1-10
ИТОГО
52
2-10
14
2
2
2
2
Формы текущего контроля успеваемости, виды промежуточной и итоговой аттестации
Период обучения (модуль)
Формы текущего
контроля
успеваемости
Виды итоговой аттестации
Виды промежуточной
аттестации
(только для программ итоговой
аттестации и дополнительных
образовательных программ)
ОСНОВНАЯ ТРАЕКТОРИЯ
очная форма обучения
Семестр 3
тесты
Семестр 4
тесты
Контрольная работа
зачет
3
2.2. Структура и содержание учебных занятий
I. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот.
Тема 1. Основные компоненты ДНК и РНК.
ДНК и РНК - генетический материал бактерий, вирусов, животных и человека.
Методы выделения и очистки нуклеиновых кислот. Исчерпывающий кислотный
гидролиз нуклеиновых кислот, природа образующихся продуктов. Нуклеотиды как
мономерные единицы ДНК и РНК. Торсионные углы в нуклеотидах. Основные
конформации сахарного кольца. РНК. Щелочной гидролиз. Различие в поведении
ДНК и РНК к действию кислот и оснований. Механизмы кислотного и щелочного
гидролиза. Плотность зарядов, рК, таутомерия оснований в нуклеотидах. Нуклеотиды
вне нуклеиновых кислот: аденозинтрифосфат как универсальный аккумулятор
энергии в клетке. Нуклеозид-2,3-циклофосфаты.
Тема 2. Анализ первичной структуры нуклеиновых кислот.
Методы блуждающего пятна, Максама-Гильберта, дидезокситерминаторов Сенгера.
Использование методов химического и ферментативного расщепления.
Тема 3. Вторичная структура ДНК.
Силы, стабилизирующие ассоциаты оснований: водородные связи и стэкингвзаимодействия.
Специфичность
стэкинг-взаимодействий.
Модифицированные
основания (алкилированные аминогруппы, эндоциклические атомы азота и др.). Первые
данные о рентгеноструктурном анализе ДНК. Модель Уотсона-Крика (двойная
спираль), её параметры.
Основные типы двойных спиралей и их характеристика. Денатурация и ренатурация
двойных спиралей. Сверхспирализация ДНК.
Тема 4. Репликация ДНК.
Принцип
комплементарности.
Полуконсервативный
процесс
репликации
ДНК,
репликативная вилка. Индуцированные мутации ДНК. Мутации, затрагивающие
отдельные пары оснований или более длинные последовательности. Обратимость
мутаций. Повышенная частота мутаций в «горячих точках» генома. Мутантные аллели.
Системы репарации ДНК. Структура прерывистых генов: интроны и экзоны,
консервативность последовательности экзонов. Генетический код, его особенности.
4
Тема 5. Основные классы РНК.
Матричная РНК (мРНК), транспортная РНК (тРНК), рибосомальная РНК (рРНК).
Вторичная
структура
РНК,
структурная
консервативность
РНК-РНК
спирали.
Клеверный лист как особенность структуры тРНК. микроРНК.
Тема 6. Регуляция транскрипции.
Оперон. Промотор и предшествующие участки. Оператор, репрессор, индуктор.
Терминация, аттенуация. Энхансеры.
Тема 7. Синтез белка.
Стадии синтеза белка: инициация, элонгация, терминация. Инициаторная роль тРНК в
синтезе
первого
звена
белка.
Фактор
элонгации
EF-TU.
Аминоацил
тРНК.
Терминирующие кодоны. Механизмы контроля точности синтеза белка. Активные
центры рибосомы. Роль 16S РНК в синтезе белка.
Тема 8. Рецепторы стероидных гормонов (α и β) как детерминанты экспрессии генов.
Первичные структуры рецепторов. Рентгеноструктурный анализ гормон-рецепторных
комплексов и создание компьютерных моделей этих комплексов. Особенности связывания аналогов стероидных эстрогенов с ядерными рецепторами.
Тема 9. Молекулярное моделирование.
3D-QSAR/CoMFA модели связывания низкомолекулярных биорегуляторов с нуклеиновыми кислотами и белками. Антибиотики - ингибиторы различных стадий трансляции.
Тема 10. Генетическая инженерия.
Получение рекомбинантных ДНК in vitro. Эндонуклеазы рестрикции и ДНК-лигаза как
основные инструменты генной инженерии. Установление аминокислотных остатков,
входящих в связывающие центры белков. Генно-инженерный синтез функционально
активных РНК.
II. Генетические факторы в развитии социально-значимых заболеваний.
Тема 11. Генетические факторы в развитии остеопороза.
Ремоделирование костной массы. Роль остеобластов и остеокластов в ремоделировании. Дисбаланс процессов резорбции и формирования обновленной зоны кости –
основной фактор развития остеопороза. Роль α-рецепторов эстрогенов в сохранении
костной массы и их устойчивости к переломам. Роль витаминов D в остеопротекции.
5
Синтез остеопротекторов с улучшенными биологическими свойствами.
Тема 12. - и -Адренорецепторы.
Классификация - и -адренорецепторов. Критерии деления на подклассы. Центры
связывания представителей различных подклассов. Методы выяснения структурнофункциональной организации мембранных рецепторов на примере - и -адренорецепторов. Сайт-направленный мутагенез. Метод комплементарных мутаций.
Современные кардиоселективные адреномиметики и адреноблокаторы.
Тема 13. Генетические факторы в развитии атеросклероза.
Генетически обусловленные дислипопротеинемии. Мутации 1 класса - снижение
синтеза рецептора ЛПНП. Мутации 2 класса - синтез рецепторов ЛПНП, которые не
могут
эффективно
транспортироваться
из
эндоплазматического
рецептора
на
поверхность клетки или транспортируются лишь частично. Мутации 3 класса рецепторы ЛПНП не могут эффективно связываться с ЛПНП. Другие мутации.
Повышенный уровень липопротеида (а). Метаболический синдром. Платформы для
поиска новых соединений с антиатерогенными свойствами.
Тема 14. Генетические факторы артериальной гипертензии.
Генетические локусы, влияющие на артериальную гипертензию в модельных
экспериментах (HYP-1, HYP-2, PC, Es-4). Генетически обусловленный полиморфизм
хромосом, ответственных за артериальное давление. Группа маркеров генетически
обусловленных дефектов. Метаболический синдром. Платформы для поиска новых
соединений с антигипертензивными свойствами.
Тема 15. Интеркаляция.
Основные особенности интеркаляции в двойные спирали ДНК и РНК. Модели
интеркаляции. Комплекс дауномицина с d(CpGpTpApCpG) как основа для
первоначального развития модели интеркаляции. Актиномицин D.
Тема 16. Генная терапия в лечении инфекционных заболеваний.
Методы генной инженерии, основанные на избирательной продукции целевого белка.
Генная терапия, основанная на специфических свойствах нуклеиновых кислот.
Антисмысловые нуклеотидные последовательности в регуляции экспрессии генов.
Платформы для создания соединений на основе антисмысловых олигонуклеотидов.
Генные технологии в иммунотерапии.
Тема 17. Гены-супрессоры опухолевого роста.
Гены онкогенов (ОГ) и гены супрессоров онкогенов (ГСО). Типичные примеры
пониженного функционирования ГСО (рак предстательной железы, рак молочной
6
железы, рак легких и др.). Типичные примеры повышенного функционировния ОГ: (рак
яичника, шеи и головы, кишечника и др.). Структурные и молекулярные признаки
генетической изменчивости. Эндокринный контроль опухолевого роста. Молекулярные
механизмы ангиогенеза и апоптоза. Новые пути действия противоопухолевых веществ.
Основной курс
Основная траектория
Очная форма обучения
Период обучения (модуль): Семестры 3,4
№
п/п
1
2
Наименование темы (раздела, части)
Тема 1. Основные компоненты ДНК и РНК.
Тема
2.
Анализ
первичной
4
5
6
Количество
часов
лекции
2
лекции
2
лекции
4
семинары
1
лекции
4
семинары
1
лекции
2
семинары
1
лекции
2
структуры
нуклеиновых кислот.
3
Вид учебных занятий
Тема 3. Вторичная структура ДНК.
Тема 4. Репликация ДНК.
Тема 5. Вторичная и третичная структуры
РНК. МикроРНК.
Тема 6. Регуляция транскрипции.
семинары
7
8
9
10
11
12
Тема 7. Синтез белка.
Тема 8. Рецепторы стероидных гормонов (α и
β) как детерминанты экспрессии генов.
Тема 9. Молекулярное моделирование.
Тема 10. Генетическая инженерия.
Тема 11. Генетические факторы в развитии
остеопороза.
Тема 12. - и -Адренорецепторы.
7
лекции
4
семинары
1
лекции
4
семинары
1
лекции
4
семинары
2
лекции
2
семинары
1
лекции
4
семинары
1
лекции
4
семинары
1
13
14
15
16
Тема 13. Генетические факторы в развитии
атеросклероза.
лекции
4
семинары
1
лекции
2
семинары
1
лекции
2
семинары
1
лекции
2
Тема 14. Генетические факторы артериальной
гипертензии.
Тема 15. Интеркаляция.
Тема 16. Генная терапия в лечении
инфекционных заболеваний.
семинары
17
Тема 17. Гены-супрессоры опухолевого роста.
лекции
4
семинары
1
ИТОГО
Раздел 3.
3.1.
66
Обеспечение учебных занятий
Методическое обеспечение
3.1.1 Методические указания по освоению дисциплины
Не предусмотрено
3.1.2 Методическое обеспечение самостоятельной работы
Не предусмотрено
3.1.3 Методика проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной
аттестации и критерии оценивания
Текущий контроль проводится в виде выполнения тестов на семинарских занятиях.
Промежуточная аттестация проводится в виде контрольной работы. Обучающийся
считается аттестованным при 75% и выше правильных ответов.
Устный зачет проводится по билетам.
3.1.4 Методические материалы для проведения текущего контроля успеваемости и
промежуточной аттестации (контрольно-измерительные материалы, оценочные
средства)
ВАРИАНТ БИЛЕТА:
1. Анализ первичной структуры нуклеиновых кислот.
2. Основные типы двойных спиралей и их характеристика. Денатурация и ренатурация
двойных спиралей. Сверхспирализация ДНК.
8
3.1.5 Методические материалы для оценки обучающимися содержания и качества
учебного процесса
Анкеты
3.2.
Кадровое обеспечение
3.2.1 Образование и (или) квалификация преподавателей и иных лиц, допущенных к
проведению учебных занятий
Кандидат или доктор химических наук - доцент, профессор.
3.2.2 Обеспечение учебно-вспомогательным и (или) иным персоналом
Не предусмотрен
3.3.
Материально-техническое обеспечение
3.3.1 Характеристики аудиторий (помещений, мест) для проведения занятий
Аудитория с мультимедийным оборудованием
3.3.2 Характеристики аудиторного оборудования, в том числе неспециализированного
компьютерного оборудования и программного обеспечения общего пользования
Проектор, компьютер с пакетом программ Microsoft Office
3.3.3 Характеристики специализированного оборудования
Отсутствует
3.3.4 Характеристики специализированного программного обеспечения
Программа GaussView 5.0.
3.3.5 Перечень и объёмы требуемых расходных материалов
Мел – 150 г
3.4.
Информационное обеспечение
3.4.1 Список обязательной литературы
1. Б. Льюин. Гены. Москва, Бином, лаборатория знаний. 2012.
2. В. Зенгер. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. Москва, Мир,
1987.
3. И. Саврилина, В. Каркищенко, Ю. Горшкова. Междисциплинарные исследования в
медицине. Москва, Техносфера, 2007.
4. Введение в молекулярную медицину. Под редакцией М.А. Пальцева. Москва,
Медицина, 2004.
5. 6. G.L. Patrick. An Introduction to Medicinal Chemistry. Oxford, University Press. 2005.
6. Ю.А. Овчинников. Биоорганическая химия. М., 1987.
9
7. Х.-Д. Хельтье, В. Зиппель, Д. Роньян, Г. Фолькерс. Молекулярное моделирование.
Теория и практика. 2013. 319 с. Бином, Москва.
3.4.2 Список дополнительной литературы
1. З.А. Шабарова, А.А. Богданов. Химия нуклеиновых кислот и их компонентов.
1978. М., Химия.
2. Нуклеиновые кислоты от А до Я. Под. Ред. С. Мюллера. 2013. Москва, Бином,
Лаборатория знаний. 413 с.
2. Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина. Биологическая химия. 1998. «Высшая школа».
3. А.В. Чемерис, Э.Д. Ахунов, В.А. Вахитов. Секвенирование ДНК. 1999. М., «Наука».
4. P.N. Hopkins. Molecular biology of atherosclerosis. Physiol. Rev. 2013. Vol. 93, pp. 13171542.
3.4.3 Перечень иных информационных источников
Интернет – ресурсы, базы REAXYS и SCOPUS (Elsevier B.V.), SciFinder (Chemical
Abstracts Service), Web of Science (Thomson Reuters).
Раздел 4.
Разработчики программы
Профессор, д.х.н., Шавва Александр Григорьевич, кафедра химии природных
соединений, AGShavva@yandex.ru
С.н.с., к.х.н. Морозкина Светлана Николаевна, кафедра химии природных соединений,
i_norik@mail.ru
10