BKBI011 Biologie

Lékařská fakulta
podzim 2008
Rozsah
2/0/0. 3 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
prof. MUDr. Marie Kopecká, CSc. (přednášející)
Debora Ledahudcová (pomocník)
Mgr. Petra Pospíšilová, Ph.D. (pomocník)
Ing. Lucia Ráheľová (pomocník)
prof. MUDr. Iva Slaninová, Ph.D. (pomocník)
Garance
prof. Ing. Petr Dvořák, CSc.
Biologický ústav – Teoretická pracoviště – Lékařská fakulta
Kontaktní osoba: prof. Ing. Petr Dvořák, CSc.
Rozvrh
St 7:30–9:10 P51 Posluchárna V. Čermáka
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je určen pouze studentům mateřských oborů.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Předmět podává přehled současných poznatků z molekulární a buněčné biologie a genetiky. Zahrnuje přednášky na téma: biopolymery, replikace DNA, transkripce, translace, metody studia genů, membránový systém buňky, cytoskeletální systém, buněčný cyklus, reprodukce, principy vertikálního přenosu genetické informace, diferenciace buněk, kmenové buňky, genová diagnostika, lidský genom, a to v aplikaci na biologii člověka.
Osnova
  • Část 1. - Molekulární a buněčná biologie: Virusy, - tvary, velikost, zařazení - (virusy fytopatogenní, zoopatogenní, lidské, bakteriofágy), skladba virionu obecně - NK, kapsida, obalené virusy, proteiny obalů (trny), jejich funkce; Bakteriofág, velikost, tvar, způsob infekce - adsorpce, NK, bílkovinný obal, lýza bakteriální buňky, lysogenie, její princip, důsledky, profág, navození lytického cyklu, transdukce. Rozmnožování virusů, druhová a orgánová specificita, interakce virus - buňka, syntéza NK retroviry - reverzní transkripce, syntéza proteinů kapsidy, syntéza proteinů obalu a integrálních proteinů (trnů) -(exocytózová dráha). Virogenie, provirus, princip, důsledky, mechanismy uvolnění virionu, pučení virionu. Onkogenní virusy, RNA virusy, reverzní transkripce, hybridní RNA/DNA, virusy jako vektory protoonkogenů - mechanismus. Bakteriální buňka, přehled struktur, vztahy k hostiteli (kooperace-patogenita), G- a G+ bakterie, stavba bakteriální buněčné stěny , účinek penicilinu, antibiotika obecně. Bakteriální cirkulární chromosom, rozdíly oproti eukaryontům, replikace, lineární uspořádání genů, regulační geny. Plazmidy, charakteristika, plazmidy a rezistence vůči antibiotikům. Plazmidy a genové manipulace. Rozdíly mezi prokaryontní a eukaryontní buńkou. Biopolymery obecně (přehled). Bílkoviny obecně, charakteristika - polymery, funkce strukturní, metabolické, informační, signální; monomery - aminokyseliny, počet, charakteristika; význam zastoupení pro vlastnosti bílkovinné molekuly, peptidická vazba, definice polypeptidů, bílkovinné izomery, N-konec, C-konec, heteroproteiny. Struktura bílkovin - primární (aminokyselinové spektrum, sekvence, význam pro charakter polypeptidů); sekundární a terciární struktura; význam prostorové konfigurace pro specifičnost funkcí proteinů); kvarterní struktura (podjednotkové bílkoviny, výskyt, význam), Funkce bílkovin Strukturní bílkoviny - příklady, Enzymy, kinetika enzymatické reakce (př.) - katalýza, optimální podmínky činnosti, aktivace, inhibice, alosterie. Příklady - endonukleázy, restriktázy, fosforylázy atp. Signální funkce bílkovin, inhibice, aktivace, druhý posel, molekulární rozpoznávání - interakce protilátka - antigen, signální význam glykoproteinů. Nukleové kyseliny obecně, přehled, význam; DNA, RNA (pre-mRNA, mRNA, rRNA, tRNA), heterogenní hnRNA (exony, introny, splicing) , cDNA. Struktura DNA (primární, sekundární), nukleotidy, princip komplementarity, typy vazeb, charakteristiky dvoušroubovice; RNA, typy, charakteristika, funkce, syntéza. Prokaryontní chromosom , struktura, replikace, uložení genů, (mitochondriální DNA). Plazmidy. Organizace eukaryontního chromosomu. Struktura (nukleosomový princip, spiralizace), charakteristiky chromosomu. Lidské chromosomy, charakteristika, lidský karyotyp. In vitro replikace DNA - PCR, princip, význam. Replikace DNA, rozvinování molekuly DNA, DNA polymerázy, polymerace (53), kontinuitní a diskontinuitní vlákno, Okazakiho fragmenty, telomery (telomeráza)... Transkripce, průběh, enzymy, pre-mRNA, splicing, exony - introny, posttranskripční úprava RNA. Genové mutace - typy, důsledky, mutagenní faktory. Metody molekulární genetiky - příprava DNA k manipulaci, restrikční endonukleázy, rekombinantní DNA, hybridizace, Southernův blotting, sekvenování DNA (Sanger, Maxam-Gilbert), klonování, DNA knihovny (vektory), restrikční analýza - využití v dg. (detekce mutací, RFLP). Proteosyntéza (realizace genetické informace, translace, genetický kód) DNA - kódující a matricové vlákno, gen, transkripce - mRNA, podstata translace, 4 nukleotidy - 20 aminokyselin, triplety, kodony - antikodony... Translace - genetický kód (tripletový), iniciační a terminační kodony, iniciace, elongace, terminace, výklad podstaty translace na příkladu posunové mutace. Regulace translace - operonový princip. Ribosomy, podjednotky, A, P, E místo, tRNA - vazba na aminokyseliny, amino-acyl tRNA syntáza, transportní role tRNA, význam polyribosomů. Exocytózová dráha (proteinů) - význam exocytózy (endocytózy), drsné ER, syntéza proteinů do lumen ER, posttranslační úprava proteinů, Golgiho aparát, transportní vesikly, sekrece, fuse membrán. Obecná organizace buňky - kompartmentace, paměťový systém, membránový systém, cytoskeletální systém. Obecná stavba biomembrán - komponenty biomembrán - fosfolipidy, proteiny, glykoproteiny, glykolipidy, lipoproteiny - autoorganizace lipidových struktur (myelinové útvary), integrální proteiny, příklady funkcí membránových proteinů. Membránový systém buňky - obecně. Plasmatická membrána - stavba - bimolekulární lipidový film a jeho vlastnosti, proteiny transmembránové (integrální), penetrující, periferní. - Fluidně mozaikový model plasmamembrány, význam, příklad průkazu fluidity. Plasmatická membrána - funkce (kompartment, osmotická bariera, funkce signální a recepční - význam glykoproteinů, glykokalyx). Transport látek přes membrány - volná difůze, princip osmózy, účast membránových proteinů - transport pasivní, aktivní, přenašečové proteiny (Na-K pumpa). Pinocytóza, receptorově zprostředkovaná endocytóza, fagocytóza, měchýřkový transport, klatrin, opláštěné měchýřky. Osmotické jevy v buňce. Sekretorická (exocytózová) dráha. Přehled membránových struktur buňky a jejich hlavní funkce (PM, jaderný obal, endoplasmatické retikulum, Golgiho aparát, stavba a funkce mitochondrií, lyzosomy, perixosomy - katabolismus.) Mitochondrie - získávání a přenos energie, (mitochondriání chromosom - geny). Cytoskeletální systém buňky - MTs, MFs, IMFs (různé funkce), výskyt: (bakterie?, živočišné bb., rostlinné bb.). S cytoskeletem asociované proteiny. Mikrotubulární systém, stavba (alfa, beta, gama) podjednotky, dimery, funkce, MTOC. Základní funkce. (bičíky, řasinky, mitototické vřeténko - (3 typy MTs - kinetochorové, cytoplasmatické, vřeténkové), axonový transport - neuron), vektory, polymerace (+,- konce), transportní funkce, MTs molekulové motory - dynein, kinesin, ATPázy, mitotické jedy - cytostatika. Mikrofilamentární systém, stavba - G, F aktin, funkce - cytokineze, cílený transport, stressová vlákna, lokomoce a tvar buňky (fagocytóza), svalový pohyb, aktomyosinový komplex svalu, skladba, funkce; asociované proteiny, myosin. Intermediální filamenta, funkce, význam (skelet), výskyt, heterogenita proteinů, užití v diagnostice. Molekulové motory obecně - ATPázy. Jaderný skelet (laminy, kotvení chromosomů, reagregace v telofázi). Membránový cytoskelet - signální funkce, exoskelet. Buněčný cyklus definice, G0 , G1 , S, G2 , M fáze, cytokineze. Regulační uzly buněčného cyklu . DNA v S fázi. MPF, cykliny, proteinkinázy. Geny buněčného cyklu (cdc). Struktura jádra eukaryontů v interfázi - histony, nukleosomová struktura, chromosom. Jádro při mitóze (karyokinéze) - klidové jádro - mitóza: pro, pro-meta, meta, časná a pozdní ana a telofáze; tvorba dělícího vřeténka polární MTs, funkce MTOC, MTs vřeténka a plasmatické MTs, kinetochorové MTs , klouzání MTs. Pohlavnost a chromosomy, počet chromosomů v buňce. Bakteriální chromosom (cirkulární), alfa + a mating typ bakterií a nižších eukaryot. Člověk, diploidní stav, haploidní gamety, chromosomy X,Y; biologický význam pohlavnosti. Meióza: 1. a 2. buněčné dělení, v 1. metafázi: le, zy, pa (crossing over), di a diakineze. Mechanismus rozchodu chromosomů, tetrády, chiasmata. Synaptonemální komplex. Redukce počtu chromosomů, rekombinace. Genetická rekombinace na úrovni gametogeneze, při cross-overu, při oplození. Důsledky. Princip nádorového bujení, vlastnosti nádorových buněk, vícestupňový model mutageneze, kancerogeny, cytostatika. Onkogeny, protoonkogeny, tumor supresorové geny, onkogenní virusy. Část 2: Dědičnost u člověka: Pojmy: gen, alela, interakce alel, výklad na příkladu obecně; genotyp, fenotyp. Mnohotná alelie, lokus. Epistáze, hypostáze. Mendelova pravidla, obecný přehled, výklad na příkladech. Monogenie a polygenie , příklady. Realizace genetické informace od genu (tripletů) po primární strukturu polypeptidu. Chromosomová výbava člověka, karyotyp, autosomy a gonosomy, (aberace na chromosomální úrovni a důsledky). Chromosomové určení pohlaví, charakteristika gonosomální dědičnosti. Dědičnost autosomální, autosomální dědičné znaky (choroby) na příkladech. Obecné principy přenosu autosomálních dominantních a recesivních znaků. Krevní skupiny, genotypový základ, příklady genetické prognózy systému ABO, vyloučení otcovství. Rh faktor. Dědičnost gonosomální obecně. Obecné principy přenosu gonosomálních dominantních a recesivních znaků Gonosomální dědičnost na příkladech. Jednoduché příklady chorob monogenně podmíněných (hemoglobinopatie, molekulární choroby, enzymopatie, klasické choroby gonosomální (hemofilie, barvoslepost, muskulární dystrofie...). Genetická symbolika - praktické použití základních symbolů. Mutace obecně - genové, chromosomální, genomové. Genové mutace, typy, klasifikace, důsledky, závažnost, příklady. Numerické chromosomální aberace autosomální a gonosomální. Jejich patologické důsledky (příklady). Nondisjunkce, mechanismus, důsledky. Trisomie, balancovaný chromosomální stav, Downův syndrom, ev. jiné příklady. Nulisomie, monosomie. Chromosomové translokace, typy, důsledky. Chromosomální strukturní aberace, cytologické nálezy, patologické důsledky, příčiny, diagnostický význam. Somatické mutace. Genetická prognóza, obecná charakteristika. Genetická prognóza, předpoklady stanovení, odhad rizika postižení chorobou. Genetická prognóza na základě odvození z fenotypu (příklady), z rodokmenu (z genealogické logiky) - příklady (viz praktika). Stanovení heterozygotů. Možnosti (od fenotypu po prognózu genetickými metodami). Medicinský význam stanovení genotypu (heterozygota) pro vyslovení prognózy. Prenatální diagnostika princip a význam. Hardy-Weinbergův zákon a jeho aplikace při diagnostickém využití poznatků populační biologie. Odvození genetické pravděpodobnosti z populační genetiky. Obecné srovnání zákonitostí genetiky člověka a zákonitostí populační genetiky. Obecné podmínky platnosti ideálního rovnovážného stavu panmiktické populace. Panmiktická a autogamní populace, důsledky. Panmixie. Polygenně podmíněné znaky (choroby), princip jejich dědičnosti, heritabilita a vliv prostředí. Princip metod genové diagnostiky a terapie. DNA diagnostika - přímá, genové sondy, nepřímá (obecně) - metoda restrikčních fragmentů DNA, genový polymorfismus, restrikční endonukleázy, polymerázová řetězová reakce (PCR). Princip genové terapie. Pojmy fingerprinting, fluorescence in situ hybridizace (FISH). Informace lze čerpat z učebnic: OBECNÁ BIOLOGIE (žlutá) Nečas a kol., 2000; ZÁKLADY BUNĚČNÉ BIOLOGIE, Alberts a kol., KLINICKÁ GENETIKA (vybrané části) Thompson a Thompsonová, 2004. (K přípravě dědičnost - základy genetické prognózy, příklady a metody molekulární genetiky a genová diagnostika použít skriptum: LÉKAŘSKÁ BIOLOGIE, ČÁST DRUHÁ - GENETIKA (praktická cvičení), KOPECKÁ a spol., Brno 2002 - semináře a vybrané části případných protokolů praktických cvičení.)
Literatura
  • CAMPBELL, Neil A. Biologie. Edited by Jane B. Reece. Vyd. 1. Brno: Computer Press, 2006, xxxiv, 133. ISBN 8025111784. info
  • ALBERTS, Bruce. Základy buněčné biologie :úvod do molekulární biologie buňky. 1. vyd. Ústí nad Labem: Espero, 1999, xxvi, 630. ISBN 80-902906-0-4. info
  • Miniskriptum:http://biologie.upol.cz/download/vseo_stom/Miniskriptum%20Raclavsky.pdf
  • NEČAS, Oldřich, Augustin SVOBODA, Milan HEJTMÁNEK, Roman JANISCH, Miroslav ČERVINKA, Karel LENHART a Zdeněk KOLÁŘ. Obecná biologie pro lékařské fakulty. 3. přepracované, v H+H 1. Jinočany: H+H, 2000, 554 s. ISBN 80-86022-46-3. info
  • skriptum: LÉKAŘSKÁ BIOLOGIE, ČÁST DRUHÁ - GENETIKA (praktická cvičení), KOPECKÁ a spol., Brno
Metody hodnocení
přednáška, zkouška
Informace učitele
.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2000, podzim 2001, podzim 2002, podzim 2003, podzim 2004, podzim 2005, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.