МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВПО «Новосибирский национальный исследовательский

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «Новосибирский национальный исследовательский
государственный университет (НГУ)»
Факультет Естественных Наук
УТВЕРЖДАЮ
___________________________
"__" __________________20__ г.
Рабочая программа дисциплины (модуля)
Организация и функционирование молекулярно-генетических систем 1:
геном про- и эукариот
Направление подготовки
020400.62 биология
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
Новосибирск
2014
Дисциплина «Организация и функционирование молекулярногенетических систем 1: геном про- и эукариот
» является частью профессионального цикла, вариативная часть (профильная
дисциплина по выбору) ООП по направлению подготовки 020400.62
«биология» (квалификация бакалавр). Дисциплина реализуется на факультете
естественных наук Национального исследовательского университета
Новосибирский государственный университет кафедрой информационной
биологии ФЕН НГУ.
Содержание дисциплины – информация о строении, принципах
организации, модификациях и функциях ДНК, методах ее исследования,
знакомство с понятием геном, общими характеристиками геномов про- и
эукариотических организмов, в том числе геномов архей, пластид, растений,
животных и грибов. Студенты получат информацию об экзон-интронной
структуре эукариотических генов, о типах альтернативного сплайсинга,
повторенных последовательностях (микросаттелиты, псевдогены, мобильные
элементы), а также регуляторных последовательностях (5'- и 3'-концевые
регуляторные последовательности, энхансеры, сайленсеры и инсуляторы) у
эукариот и их роли в эволюции.
Дисциплина предназначена для повышения грамотности студентов в
области молекулярной биологии, направлена на развитие аналитического
стиля мышления у студентов-биологов, а также нацелена на формирование у
выпускника общекультурных ОК-1, ОК-2, ОК-6и профессиональных ПК-1,
ПК-2, ПК-3, ПК-4, ПК-6, ПК-11 компетенций выпускника.
Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы
организации учебного процесса: 28 ч. лекции, самостоятельная работа
студента 44 ч. и контроль 36 часов. Программой дисциплины предусмотрены
следующие виды контроля: рубежный контроль в форме экзамена и
промежуточный контроль в форме устных опросов и коллоквиума. Общая
трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108
академических часов.
2
1. Цели освоения дисциплины
Дисциплина «Организация и функционирование молекулярногенетических систем 1: геном про- и эукариот» предназначена для того,
чтобы передать студентам современные знания о строении и
функционировании геномов про- и эукариотических организмов. На лекциях
даются представления о сходствах и различиях строения ДНК про- и
эукариот, типах регуляторных последовательностей и особенностях их
функционирования, о типах повторяющихся последовательностей и их роли
в эволюции эукариот. На лекциях также дается обзор современных Интернетдоступных источников информации, необходимой для проведения
компьютерного анализа регуляторных геномных последовательностей,
обсуждаются методы и алгоритмы их компьютерной аннотации. На
практических занятиях студенты получают навыки работы с Интернетдоступными информационными ресурсами и программными средствами,
обеспечивающими получение и эффективный анализ соответствующих
данных.
Целями освоения дисциплины (модуля) являются:
Ознакомление студентов с современными представлениями об (1) строении,
организации ДНК и ее функциях, (2) о традиционных и новейших методах
анализа ДНК; (3) понятие о геноме и понимания различий в организации
геномов про- и эукариот, (4) овладение навыком работы с Интернетресурсами по оценке родства различных видов по сходству генома; (5)
формирование у студентов аналитического стиля мышления и
профессиональных научно-исследовательских навыков по использованию
современных знаний в изучаемой области.
Данный курс является сугубо теоретической дисциплиной. Его
актуальность для бакалавров, специализирующихся по направлению
«биология», определяется необходимостью получения специалистами такого
профиля знаний об особенностях строения геномов различных организмов и
биолинформатических методах их сравнения, поскольку произошедший в
последнее десятилетие прорыв в развитии методов полногеномного
секвенирования привел к лавинообразному накоплению данных о геномах
различных видов про- и эукариотичеких организмов.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Организация и функционирование молекулярногенетических систем 1: геном про- и эукариот» является частью
профессионального цикла, вариативная часть (профильная дисциплина по
выбору) ООП по направлению подготовки 020400.62 «биология»
(квалификация бакалавр).
Дисциплина опирается на следующие дисциплины данной ООП:
 Молекулярная биология;
3
 Генетика;
 Биохимия;
 Клеточная биология
Результаты освоения дисциплины «Организация и функционирование
молекулярно-генетических систем 1: геном про- и эукариот»
используются при подготовке дипломной работы и в следующих
дисциплинах вариативной части цикла ООП:
 Организация и функционирование молекулярно-генетических систем 2:
регуляторные геномные последовательности;
 Эволюционная биология 1: теория молекулярной эволюции;
 Биотехнология;
 Новейшие молекулярно-генетические технологии
3. Компетенции обучающегося,
освоения дисциплины (модуля).
формируемые
в
результате
 общекультурные компетенции:
- приобретает новые знания и формирует суждения по научным,
социальным и другим проблемам, используя современные
образовательные и информационные технологии (ОК-3),
- выстраивает и реализует перспективные линии интеллектуального,
культурного, нравственного, физического и профессионального
саморазвития и самосовершенствования (ОК-4),
- использует в познавательной и профессиональной деятельности
базовые знания в области математики и естественных наук, применяет
методы математического анализа и моделирования, теоретического и
экспериментального исследования (ОК-6),
- использует основные технические средства в профессиональной
деятельности: работает на компьютере и в компьютерных сетях,
использует универсальные пакеты прикладных компьютерных
программ, создает базы данных на основе ресурсов Интернет, способен
работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-12);
 профессиональные компетенции:
- творчески применяет современные компьютерные технологии при
сборе, хранении, обработке, анализе и передаче биологической
информации (ПК-6).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
•Знать:
- теоретические основы и базовые представления принципов
структурной и функциональной организации нуклеиновых кислот;
4
- современные методы молекулярной биологии;
- структуру геномов про- и эукариот;
- типы регуляторных последовательностей и особенностях их
функционирования;
- типы повторяющихся последовательностей в геномах их роль в
эволюции;
- способы представления информации в геномных базах данных,
- типы функциональных кодов геномной ДНК,
- достоинства и недостатки методов распознавания функциональных
сайтов в геномной ДНК,
- основные способы конвейерной обработки данных массового анализа.
•Уметь:
- оперировать знаниями о структуре геномов про- и эукариот;
- находить информацию по обозначенной научной проблеме
- оценивать полезность и выбирать информационные ресурсы,
содержащие необходимые для анализа данные;
 Владеть
- представлениями о структуре и содержании геномов организмов;
- представлениями об эпигеномике и эпигеномных механизмах;
- навыками интерпретации полученных результатов в контексте задач,
поставленных на начальных этапах исследования;
- навыками анализа и систематизации материала по научной проблеме;
- методами теоретического компьютерного анализа данных по теме
исследования с помощью стандартных Интернет-доступных программ.
4. Структура и содержание дисциплины (модуля).
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы (72
часа).
Неделя семестра
8
1
2
2-3
4
1
Вводная
2
ДНК: строение, структура, 8
модификации.
Общие
принципы организации ДНК
лекции
Семестр
п/п
5
КСР
Виды учебной работы,
включая самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость (в часах)
СРС
Раздел дисциплины
практические
№
2
Формы
текущего
контроля
успеваемости
(по неделям
семестра)
Формы
промежуточно
й аттестации
(по
семестрам)
Устный опрос
прокариот. Нуклеосомная и
хромосомная
организауия
ДНК эукариот. Функции ДНК.
Репликация и транскрипции У
про- и эукариот.
3
Методы исследования ДНК. 8
Выделение использование и
методы исследования ДНК.
Физико-химические,
цитологические, молекулярно
-биологические
и
биоинформатические методы
изучения ДНК.
4-5
4
4
Устный опрос
4
Геном. Понятие о геноме, 8
общие
характеристики
геномов про- и эукариот
6-7
4
4
Устный опрос
5
Экзон-интронная структура 8
эукариотических
генов.
Характеристики интронов и
экзонов.
Альтернативный
сплайсинг,
его
типы.
Происхождение и эволюция
интронов.
8-9
4
4
Устный опрос
6
8
Повторенные
последовательности.
Тандемные повторы, включая
кластеры генов, псевдогены,
мобильные элементы. Их роль
и эволюция.
10
2
2
Устный опрос
7
8
Регуляторные
последовательности.
5’концевые
регуляторные
последовательности,
3’концевые
регуляторные
последовательности,
энхансеры,
сайленсеры
и
инсуляторы.
11
2
2
Устный опрос
8
Геном
прокариот. 8
Классификация
прокариот,
геномы бактерий, архей,
1213
4
5
Устный опрос
9
Геном эукариот.
простейших,
1415
4
5
Устный опрос
Геномы 8
грибов,
6
животных и растений.
8
15
6
Экзамен
6
Итого
30
6
Коллоквиум
36
5. Образовательные технологии, применяемые при освоении
дисциплины (модуля)
Используется традиционная система лекций. Перед лекцией в качестве
текущего контроля задается несколько вопросов по прочитанному материалу.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Формой текущего контроля при прохождении дисциплины
«Организация и функционирование молекулярно-генетических систем
1: геном про- и эукариот» является контроль посещаемости лекционных
занятий, ответы на вопросы по пройденному материалу.
Примеры тем для текущего контроля:
Строение, свойства, функции ДНК.
Четыре принципа строения молекул ДНК.
Организация структуры ДНК.
Типы вторичной структуры ДНК.
Модификации ДНК.
Репликация ДНК: принципы, различия у про- и эукариот.
Транскрипция ДНК: принципы, стадии, регуляция транскрипции у прои эукариот.
8. Методы исследования ДНК.
9. Характеристики физико-химических, цитологических, биохимических
и молекулярно биологических, биоинформационных и комплексных
методов исследования ДНК.
10.Методы исследования геномов: аннотирование, сравнительная
геномика.
11.Принцип генетического кодирования, свойства генетического кода.
12.Понятие о геноме, отличия геномов у про- и эукариот.
13.Общие характеристики геномов прокариот и эукариот.
14.Нестабильность генома.
15.Эволюция геномов.
16.Геном прокариот: состав и общие характеристики.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
7
17.Геном эукариот: состав и общие характеристики.
18.Ядерная ДНК и ДНК пластид.
19.Структура хромосом эукариот.
20.Ген, молекулярная структура, функции гена. Классификация генов.
21.Особенности экспрессии про- и эукариот.
22.Регуляция экспрессии генов у про- и эукариот.
23.Схема строения лактозного и триптофанового оперонов.
24.Экзон – интронная структура эукариотических генов. Общие
характеристики экзонов и интронов.
25.Сплайсинг. Основные вопросы.
26.Основные типы альтернативного сплайсинга.
27.Механизм возникновения альтернативного сплайсинга.
28.Происхождение интронов и альтернативный сплайсинг.
29.Повторяющиеся последовательности в геноме, типы и биологическая
роль.
30.Типы мобильных элементов. Их распространение и роль в геноме.
31.Механизмы перемещения транспозонов.
32.Структура и функционирование прокариотического оперона и
эукариотического гена.
33.Промоторы и операторы у прокариот.
34.Характеристики промоторов, энхансеров, сайленсеров и инсуляторов
эукариот.
35.3’- концевые регуляторные последовательности.
36.Прокариоты и археи – характеристика и классификация.
37.Состав и динамика генома бактерий.
38.Геномы эукариот. Сравнение геномов простейших, грибов, животных и
растений.
7. Данные для учета успеваемости студентов в БАРС
Таблица 1. Таблица максимальных баллов по видам учебной деятельности.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Другие
Лаборатор Практичес
Автоматизиро
виды
Промежут
Лекци
Самостоятел
Семестр
ные
кие
ванное
учебной
очная
Итого
и
ьная работа
занятия
занятия
тестирование деятельнос аттестация
ти
8
150
0
0
150
0
0
Программа оценивания учебной деятельности студента
8
50
350
8й семестр
Лекции
Оценивается посещаемость лекций, владение материалом.
Диапазон оценок 0-10
Самостоятельная работа
Оценивается усвоение материала с помощью простейших вопросов,
позволяющих отделить механически заученный материал от понятого. Опрос
проводится в начале каждого лекционного занятия.
Диапазон оценок 0-10
Коллоквиум
Проводится в форме собеседования. Включает два вопроса. Максимальная
оценка за каждый вопрос – 25 баллов. Таким образом, максимальная
оценка, которую студент может получить на коллоквиуме составляет 50
баллов.
Максимальное количество баллов, которое может набрать студент за семестр
составляет 350.
Для получения допуска к экзамену студент должен получить не менее 175
баллов.
Итоговая оценка учебной деятельности студента производится с помощью
экзамена, который проходит в форме собеседования. Целью проверки
является не выявление механического запоминания информации, а контроль
понимания предмета. Оценивается результат экзамена по пятибалльной
шкале.
Таблица 2. Таблица пересчета полученной студентом суммы баллов по
дисциплине
«Организация
и функционирование
молекулярногенетических систем 1: геном про- и эукариот» в оценку (экзамен):
5 баллов
«отлично»
4 балла
«хорошо»
3 балла
«удовлетворительно»
2 и менее «неудовлетворительно»
балла
8.
Учебно-методическое
и
информационное
обеспечение
дисциплины (модуля).
а) основная литература:
1. Льюин Б. Гены. Бином. 2011. -896с.
2. Под редакцией Закияна С.М., Власова В.В. Дементьевой Е.В.
«Эпигенетика».2012. Н.: изд-во Со Ран, 592 с.
3. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика /-Новосибирск: Изд-во
НГУ. 2006. 479 с.
9
4. Фаллер Д. Молекулярная биология клетки: руководство для врачей /
Джеральд М. Фаллер, Деннис Шилдс; пер. с англ. под общ. ред. И. Б.
Збарского - М.: Бином-Пресс, 2006 - 256 с.
б) дополнительная литература:
1. Хесин Р.Б. Непостоянство генома. М.:Наука.-1984.-472 с.
2. Меркулова Т.И, Ощепков Д.Ю., Игнатьева Е.В., Ананько Е.А.,
Левицкий В.Г., Васильев Г.В., Климова Н.В., Меркулов В.М., Колчанов
Н.А. «Экспериментальные и компьютерные подходы к изучению
регуляторных элементов в эукариотических генах».// Биохимия. 2007.
Т.72. С. 1459-1467
3. в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
4. Меркулова Т.И., Ананько Е.А., Игнатьева Е.В., Колчанов Н.А.
Регуляторные коды транскрипции геномов эукариот // Генетика. 2013.
Т.49. № 1. С.37-54.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
1.
2.
3.
4.
http://www.ensembl.org/index.html
http://genome.ucsc.edu/
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/
http://web.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/index.shtml
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
Для проведения лекций необходимы ноутбук или персональный
компьютер, медиа-проектор, экран, программное обеспечение для
демонстрации слайд-презентаций.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с OC
ВПО, принятыми в ФГАОУ ВО Новосибирский национальный
исследовательский государственный университет с учетом рекомендаций
ООП ВПО по подготовке бакалавров по направлению 020400.62 «Биология».
Автор: Блинов Александр Геннадьевич, к.б.н., с.н.с. лаборатории
молекулярно-генетических систем Института Цитологии и Генетики СО
РАН.
Программа одобрена на заседании кафедры информационной биологии
Факультета естественных наук НГУ 04 августа 2014 года, протокол № 9 (65).
Секретарь кафедры _____________ Т.А. Бухарина
10