C7925 Struktura a dynamika nukleovych kyselin

Přírodovědecká fakulta
podzim 2018
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučující
prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc.
Národní centrum pro výzkum biomolekul - Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc.
Dodavatelské pracoviště: Národní centrum pro výzkum biomolekul - Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 17. 9. až Pá 14. 12. St 14:00–15:50 BFU
Předpoklady
Předběžné vědomosti nejsou nutné.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
předmět má 7 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Předmět poskytne základní znalosti struktury, dynamiky a funkce nukleových kyselin (DNA a RNA).
Základem je vysvětlení nejmodernějších experimentálních poznatků založených na rentgenostrukturní analýze, NMR a strukturní bionformatice.
Dále budou objasněny moderní metody teoretické a výpočetní chemie.
Součástí přednášky je i stručný kurs termodynamiky a kinetiky, s cílem vysvětlit populární formou základní pojmy tak, aby je student dokázal aplikovat na biochemické systémy, chápal jejich skutečný fyzikální význam, a chápal i omezení jednotlivých experimentálních metod.
Předmět poskytne celkový přehled oboru, na vybraných příkladech. Jádrem přednášky je objasnění funkce ribosomu, na němž budou demonstrovány strukturální principy RNA, její evoluční možnosti. Vysvětleny budou principy funkce biomolekulárních strojů, jichž je ribosom významným představitelem. Vysvětlen bude princip účinku několika tříd antibiotik a rovněž některé mechanismy, jimiž bakterie s antibiotiky bojují.
V přednášce bude probráno několik dalších témat z širší nabídky, která budou zařazena na základě diskuze se studenty podle jejich zájmu. - lokální konformační variabilita B-DNA, nekanonické formy DNA, interakce DNA s léčivy, RNA katalýza, úloha molekul DNA a RNA na různých úrovních exprese genomu, vznik života na planetě Zemi a některé další. Přednáška vysvětlí význam znalosti strukturní dynamiky nukleových kyselin v biologii a chemii.
Výstupy z učení
Po absolvování kurzu by student měl být schopen
- popsat strukturu, dynamiku a funkci DNA a RNA
- charakterizovat různé typy a strukturní motivy DNA a RNA
- vysvětlit principy evoluce molekul RNA a DNA
- vysvětlit základní principy počítačových metod užívaných při studiu biomolekul
- pochopit úlohu nukleových kyselin v biologii a chemii
Osnova
  • Osnova je každoročně modifikována podle zájmu studentů.
  • 1. Historie výzkumu struktury, význam studia struktury a dynamiky, funkce nukleových kyselin. Definice pojmů pro nukleové kyseliny: báze, nukleosidy, nukleotidy, rozdíl DNA vs. RNA.
  • 2. Úloha molekulových interakcí v biomolekulách, energie, volná energie a kinetika.
  • 3. Schémata číslování atomů, popis struktury pomocí torzních úhlů, konformace cukru, glykosidická vazba. Interní x kartézské souřadnice, helikální parametry x torzní úhly.
  • 4. Různá párování bází, konformační polymorfismus (A, B, Z formy, lokální struktury). Víceřetězcové struktury.
  • 5. Síly stabilizující NK: H--vazby, stacking, vliv iontů, vody.
  • 6. Nekanonické struktury NK: DNA --- triplexy, kvadruplexy, křížové formy. RNA ribozymy, ribozomy. Modifikované NK.
  • 7. Interakce: NK a voda, NK a léčiva, NK a proteiny. Vyšší organizace DNA --- supercoilling, chromatin.
  • 8. Výzkum struktury NK: RTG krystalografie, NMR spektroskopie, CD spektroskopie. Databáze struktur: NDB, PDB. Prohledávání podle různých kritérií, strukturní analýza na základě experimentálních dat.
  • 9. Výpočetní metody – molekulové simulace a kvantová chemie.
  • 10. Lokální konformační variace DNA.
  • 11. Strukturní variabilita G-kvadruplexů.
  • 12. Vývoj léčiv interagujících s DNA.
  • 13. Jádro kursu - Struktura, dynamika a funkce ribosomu. Ribosom jako stochastický biomolekulární stroj. Principy stuktury, strukturní dynamiky a evoluce RNA. Dynamické elementy ribosomu. Jak ribosom dékóduje mRNA. Antibiotika makrolidové skupiny blokující exit tunel ribosomu. Ja funguje obrana baktérií proti antibiotikům. Paromomycin a streptomycin, antibiotika interferující s přesností ribosomu.
  • 14. Struktura, dynamika a regulační funkce mRNA. Jak mRNA a syntetizovaná bílkovina dokáží řídit a přeprogramovat funkci ribosomu.
  • 15. RNA katalýza - ribozymy.
  • 16. Vznik života na planetě Zemi, aneb jak se objevila první RNA, formamidový vs. kyanovodíkový scénář.
Literatura
  • VOET, Donald, Judith G. VOET a Charlotte W. PRATT. Principles of biochemistry. 3rd ed. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons, 2008. xxx, 1099. ISBN 9780470233962. info
Výukové metody
Přednášky, diskuze, praktické ukázky.
Metody hodnocení
2h přednáška. Zkouška bude probíhat ústní formou na základě předem stanovených tématických otázek.
Informace učitele
Předpoklady pro úspěšné zakončení předmětu:
- ústní zkouška
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 2010 - akreditace, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, podzim 2007, podzim 2008, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2019.