Основы клеточной биологии

Цель дисциплины:

формирование у обучающихся профессиональных компетенций в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования.

Задачи дисциплины:

Сформировать представление об основных закономерностях развития жизни и механизмах, обеспечивающих еѐ поддержание на клеточном уровне организации

Сформировать у обучающихся знания о структурно-функциональной организации эукариотической клетки, основных физико-химических механизмах, протекающих в эукариотической клетке

Сформировать у обучающихся знания о биологии клетки по отношению к заболеваниям человека

Сформировать у обучающихся представление о современных фундаментальных и прикладных исследованиях, реализуемых при изучении процессов,протекающих в эукариотичской клетке.

Дисциплина включает в себя следующие формы занятий: лекции и практические занятия.

Текущий контроль проводится на каждом практическом занятии в виде устного собеседования, тестирования, коллоквиумов. После завершения изучения каждого раздела проводится контроль с использованием компьютерных технологий в виде тестирования на образовательном портале МГМСУ: mgmsu-portal.ru. Промежуточная аттестация по дисциплине проводится в форме зачета. 

Рабочая программа включает:

1. Цели  и задачи дисциплины.

2. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине, соотнесенных с планируемыми результатами освоения образовательной программы.

3. Место дисциплины в структуре образовательной программы.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы.

5. Структура и содержание дисциплины.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы обучающихся по дисциплине.

7. Фонд оценочных средств дисциплины для проведения промежуточной аттестации по дисциплине.

8. Основная и дополнительная литература, необходимая для освоения дисциплины.

9. Ресурсы информационно-телекоммуникационной сети "Интернет", необходимых для освоения дисциплины.

10. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины.

11. Информационные технологии, используемые при осуществлении образовательного процесса по дисциплине.

12. Материально-техническая база, необходимая для осуществления образовательного процесса по дисциплене.

      Ключевые темы:

Рабочая программа включает: 2 раздела дисциплины и 16 тем:

I. Клетка как структурная, функциональная и генетическая единица

1) Клетка как элементарная структурно-функциональная единица живого. Создание и основные положения клеточной теории. Методы клетчной биологии. Световая микроскопия Витальное (прижизненное) изучение клеток Изучение фиксированных клеток Электронная микроскопия (конрастирование, корпускулярных объектов, ультрамикроскопия, другие специальные методы электронной микроскопии биологических объектов), Фракционирование клеток. Типы клеточной организации.

2) Химическая организация клетки. Осмотические явления в клетке. Массовая доля, молярная концентрация вещества, молярная концентрация эквивалента вещества, титр, моляльная концентрация вещества. Расчет рН растворов. Сущность осмотических явлений в клетках. Клеточка Траубе. Явления плазмолиза и гемолиза в модельных клетках. Поверхностные явления, адсорбция и абсорбция. Возможность образования малорастворимых соединений в цитоплазме. Процессы комплексообразования в цитоплазме. Проведение расчетов молярной концентрации и расчета рН растворов.

3) Строение и химический состав клеточного ядра. Морфология ядерных структур. Роль ядерных структур в жизнедеятельности клетки. Ядерные компоненты прокариот. Ядро эукариотических клеток. Ядерный белковый матрикс Общий состав ядерного матрикса. Эухроматин и гетерохроматин. Ядерная оболочка. Строение и функции ядрышка. Ядерные транскрипты и их транспорт.

4) Регуляция экспрессии генов. Регуляция экспрессии генов. Уровни контроля экспрессии генов эукариот. Схема регуляции транскрипции генов эукариот. Лактозный оперон. Понятие об эпигенетической регуляции: примеры. Регуляция процессов транскрипции, сплайсинга и трансляции. Транскрипционные факторы.
Репрессоры и активаторы транскрипции. Роль некодирующих (siРНК) в регуляции транскрипции. Ошибки репликации и репарации. Мутагенез и защитные механизмы клетки.

5) Строение и биологическая функция мембраны. Активный и пассивный транспорт. Электрические свойства мембраны. Структура и классификация ионных каналов. Ключевые ионы клеточной сигнализации. Рецепторная роль плазмалеммы. Разновидности рецепторов (мембранные, GPCR, тирозинкиназы, интегрины, Toll-like, лиганд-управляемые, внутриклеточные рецепторы). Общие принципы внутриклеточной сигнализации. Вторичные мессенджеры, эффекторные белки -
транскрипционные факторы. Скаффолд-белки.

6) Мембранный потенциал покоя и потенциал действия. Расчет равновесного потенциала для ионов Na+, K+, Ca2+. Вычисление потенциала покоя. Потенциал действия. Биофизические параметры потенциал-зависимого натриевого канала. Потенциал покоя и потенциал действия кардиомиоцитов. Фармакологическая регуляция активности ионных каналов (классификация антиаритмических препаратов, блокаторы ионных каналов, активаторы ионных каналов). Примеры путей передачи сигнала и их взаимодействия: рецепторы эпидермального фактора роста, рецептор TGF-B, NOTCH.

7) Структурные белки и цитоскелет клетки. Межклеточные взаимодействия. Структурные белки и цитоскелет клетки. Актинмиозиновая система миоцита. Тонкие и толстые филаменты, промежуточные филаменты. Миофибриллы, строение структурной единицы сократительного аппарата –саркомера. Межклеточные взаимодействия: плотные, адгезивные, щелевые контакты, десмосомы, септированные контакты, плазмодесмасомы. Роль цитоскелета в межклеточных взаимодействиях. Значение нарушений структуры цитоскелета в развитии патологий.

8) Биосинтез мембран. Лизосомы, аутофагия. Везикулярный транспорт. Внеклеточные везикулы. Механизмы эндоцитоза и экзоцитоза, Типы мембранных транспортѐров. Лизосомальные протеиназы. Биосинтез мембран. Формирование и деградация лизосом. Аутофагия. Образование внутриклеточных везикул. Пути
транспорта везикул внутри клетки. Внеклеточные везикулы. Роль мембранных структур в межклеточной коммуникации.

II. Клеточные и энергетические механизмы клетки

9) Трансляция. Посттрансляционные модификации белков. Этапы трансляции. Посттрансляционные модификации белков. Биосинтез мембран. ЭПР: биохимические основы детоксикации экзогенных и эндогенных токсичных соединений, система цитохрома р450, значение нарушений системы детоксикации в развитии патологий.

10) Функционирование митохондрий. Основы клеточного метаболизма. Внутренняя мембрана митохондрий. Транзиторные поры. Биогенез и деградация митохондрий.
Митофагия. Реакции анаболизма и катаболизма. Этапы тканевого дыхания. Продукция и синтез АТФ. Электронтранспортная сеть. Транзиторные поры. Роль АТФ в клетке. Способы образования АТФ. фосфорилирования.

11) Функционирование пластид. Пластический обмен. Хлоропласт и его строение. Функции хлоропластов. Онтогенез и функциональные перестройки пластид
Фотосинтезирующие структуры низших эукариотических и прокариотических клеток. Геном пластид. Виды пластид и их функции.Этапы пластического обмена.

12) Регуляция клеточного цикла. Стадии митоза. Характеристика фаз митоза. Организация веретена деления. Особенности митоза животной клетки. Регуляция клеточного цикла. Функционирование контрольных точек клеточного цикла. Особенности регуляции клеточного цикла в опухолевой клетке.

13) . Митоз у растений.Деление Прокариот. Особенности кариокинеза и цитокинеза растительных клеток. Нарушения митоза. Деление прокариотической клетки.

14) Мейоз как основа полового процесса. Значение мейоза и его место в жизненном цикле различных организмов. Особенности предмейотической интерфазы. Упаковка хроматина в первой профазе мейоза. Синапсис гомологичных хромосом. Синаптонемный комплекс. Рекомбинационные узелки. Механизмы и пространственно-временная организация кроссинговера. Транскрипционная активность хромосом в профазе мейоза. Хромосомы «типа ламповых
щеток». Амплификация ДНК рибосомных генов. Хромосомные перестройки, их поведение в митозе и мейозе. Авто- и аллоплоиды. Мейоз у полиплоидов.

15) Гибель клеток: некроз и апоптоз. Регуляция клеточных процессов. Внутренний путь активации апоптоза. Некроз Молекулярные механизмы регуляции клеточного цикла, метаболических процессов,процесов секреции и поступления веществ в клетку. Дифференцировка клеток. Тотипотентность клеток. Роль цитоплазмы
и ядра в процессах морфогенеза. Дифференциация клеток.

16) Биология клетки по отношению к заболеваниям человека. Митохондриальные заболевания. Муковисцидоз. Лизосомные болезни накопления.