Лекционный курс «Основы биологии»

Лекционный курс «Основы биологии»

для студентов 1-го курса ФБМФ МФТИ в 2013-2014 учебном году

Лектор – Д.В.Ребриков

Лекция 1 (2 часа). Молекулярная организация клетки. Углеводы. Липиды. Белки. Нуклеиновые кислоты

Химический состав клетки. Неорганические и органические соединения, входящие в состав клетки.

Строение моно-, ди- и полисахаридов. Жирные кислоты. Состав и размеры белков. Нуклеозиды. Нуклеотиды. Динуклеотиды. Полинуклеотиды.

 

Лекция 2 (2 часа). Клеточная теория. Строение клеточного ядра. Центральная догма молекулярной биологии. Структура хроматина.

Строение растительной и животной клеткок. Структурно- функциональные образования клетки. Роль ядра в жизнедеятельности клетки. Ядерные компоненты прокариотов. Ядро эукариотов. Клеточный цикл. Пространственное расположение хромосом в интерфазном ядре.

ДНК→ иРНК→ Белок. Гены. Принцип комплементарности ДНК. Транскрипция и трансляция. Функция тРНК и рибосом. Аминоацил-тРНК-синтетазы.

Строение ДНК. Эухроматин и гетерохроматин. Белки хроматина — гистоны. Структура хроматина. Уровни компактизации хроматина. Ядерный белковый матрикс. Ультраструктура митотических хромосом.

 

Лекция 3 (2 часа). Ядрышко. Синтез рРНК и мРНК. Ядерная оболочка.

Чем определяется число ядрышек в клетке. Строение и функционирование генов рРНК. Структура ядрышка и типы ядрышек. Ядрышко во время митоза. Механизмы транскрипции генов. Структурные изменения РНК в ядре. Синтез РНК в пуфах политенных хромосом.

Компоненты ядерной оболочки. Роль ядерной оболочки в ядерно-цитоплазматическом обмене. Импорт кариофильных белков. Экспорт из ядра в цитоплазму. Динамика ядерной оболочки в митозе.

 

Лекция 4 (2 часа). Общие свойства биологических мембран. Плазматическая мембрана. Гранулярный эндоплазматическии ретикулум. Гладкий ретикулум и другие мембранные вакуоли. Аппарат Гольджи. Лизосомы.

Агрегатные состояния мембраны. Белки мембраны и соответствующие функции мембраны: трансмембранные переносчики, рецепторы, эндоцитоз и экзоцитоз. Клеточная стенка (оболочка) растений. Клеточные оболочки бактерий.

Эндоплазматическая сеть. Строение гранулярного ретикулума. Синтез растворимых белков. Синтез клеточных мембран. Секреция белков и образование мембран у бактерий. Гладкий (агранулярный) эндоплазматический ретикулум. Сферосомы. Пероксисомы (микротельца).

Строение аппарата Гольджи. Секреторная функция аппарата Гольджи. Модификация белков в аппарате Гольджи. Сортировка белков в аппарате Гольджи. Общие характеристики лизосом.

 

Лекция 5 (2 часа). Митохондрии и пластиды.

Строение и функции митохондрий. Дыхание (гликолиз, цикл Кребса, окислительное фосфорилирование – на уровне учебника Макеева). Хлоропласт. Строение и функции хлоропластов. Жизненный цикл и функциональные перестройки пластид.

 

Лекция 6 (2 часа). Микрофиламенты, микротрубочки, промежуточные филаменты. Клеточный центр. Митотическое деление клеток.

Актиновые микрофиламенты. Мышечные клетки. Актиновые компоненты немышечных клеток Общая характеристика микротрубочек. Строение и движение ресничек. Микротрубочки цитоплазмы. Центриоль. Центросомный цикл.

Общая организация митоза. Кинетохор. Динамика митоза. Митоз растительной клетки. Понятие о промежуточных филаментах (на примере кератина). Двигательный аппарат бактерий. Клеточный цикл.

 

Лекция 7 (2 часа). Мейоз. Репликация ДНК.

Общая организация мейоза. Понятие о жизненных циклах.

Динамика мейоза. Кроссинговер. Принцип распределения генетической информации по гаметам.

Строение дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) и рибонуклеиновых кислот (РНК). Формы ДНК. Кольцевые ДНК: топологические проблемы репликации. Макромолекулярная структура РНК. Матричный синтез нуклеиновых кислот, основные принципы репликации. Ферменты репликации. Особенности репликации кольцевых и линейных молекул ДНК. Репликация генома прокариот (E.coli) и эукариот.

Типы внутриклеточной передачи сигналов. Сигнальные каскады. G-белки и роль фосфорилирования белков.

 

Лекция 8 (2 часа). Репарация, рекомбинация, рестрикция и модификация ДНК.

Нарушения структуры ДНК. Прямая реактивация, эксцизионная и индуцируемая репарация. Роль метилирования ДНК в репарации.

Системы гомологичной рекомбинации. Сайт-специфическая рекомбинация, эволюционная роль рекомбинации. Системы рестрикции.

 

Лекция 9 (2 часа). Транскрипция. Особенности генома эукариот.

РНК-полимеразы, механизмы транскрипции у прокариот и эукариот. Регуляция активности промоторов и терминаторов. Аттенюация. Процессинг у прокариот и у эукариот, альтернативный сплайсинг, транссплайсинг.

Строение эукариотического генома. Повторы, сателлитные ДНК. Уникальные последовательности генома. Подвижные элементы генома. Прерванные гены эукариот.

 

Лекция 10 (2 часа). Биосинтез белка.

Генетический код, расшифровка кода. Функциональные участки и пространственная структура мРНК. Строение тРНК. Структура и функции рибосомы (прокариотической и эукариотической). Инициация, элонгация и терминация трансляции. Ко-трансляционное сворачивание, компартментализация и модификация белка. Посттрансляционная модификация белка.

 

Лектор – Доброчаев А.Е.

Лекция 11 (2 часа). Свойства живого

Свойства живого (чем оно отличается от неживого): упорядоченное строение, обмен веществ, размножение, рост, развитие, активное реагирование.

Способы питания организмов: автотрофы (фототрофы, хемотрофы), гетеротрофы. Получение и веществ и энергии при разных типах питания.

Археи и бактерии.

 

Лекция 12 (2 часа). Жизненные циклы и жизненные формы

Половой процесс (определение и разнообразие) Жизненные циклы: Гаплобионтный/диплобионтный жизненный цикл. Место мейоза в жизненном цикле (гаметическая, зиготическая и др редукция).

Половое и бесполое размножение.

Жизненные формы организмов клеточного уровня организации: монада, кокки, плазмодии, мицелий, нитчатые формы, таллом и др.

Лектор – Щепетов Д.М.

Лекция 13 (2 часа). Эволюция

Элементарное понятие об эволюции. Систематика естественная и искусственная. Кладистика. Общие принципы молекулярной систематики. Знакомство с современной филогенетической схемой.

Экологическое и систематическое значение терминов «растение», «грибы».

 

Лектор – Доброчаев А.Е.

Лекция 14 (2 часа). Филогенетическая линия растений

Особенности клеток красных водорослей. План строения и своеобразие жизненного цикла красных водорослей.

Разнообразие зелёных водорослей: таллом, жгутиковый аппарат, жизненные формы, распространение.

 

Лекция 15 (2 часа). Филогенетическая линия разножгутиковые организмы

Автотрофные и гетеротрофные представители. Разнообразие жизненных форм разножгутиковых.

Диатомовые, бурые, золотистые водоросли – их распространение и роль в природе.

Оомицеты, лабиринтуломицеты, опалины.

 

Лектор – Щепетов Д.М.

Лекция 16 (2 часа). Alveolata

Строение покровов Альвеолят. Apicomplexa: строение и роль в жизненном цикле апикального комплекса, подразделенность клетки на два компартмента. Dinoflagellata: сломанный гистонный аппарат ядра. Клептопластия. Ciliophora: ресничный покров и его скоординированые действия. Ядерный дуализм инфузорий.

 

Лекция 17 (2 часа). Rhizaria и Excavata

Rhizaria: ископаемые следы ползанья – Gromia; аксоподии и ретикулёзные псевдоподии; сложный минеральный скелет Радиолярий и Фораминифер, мел и радиоляриевые илы. Excavata, разнообразие Экскават. Склонность к редукции митохондрий и симбиозу (в широком смысле) с многоклеточными.

 

Лектор – Доброчаев А.Е.

Лекция 18 (2 часа). Настоящие грибы

Экологические группы грибов. Разнообразие спорангиев. Основные группы грибов (хитридиомицеты, зигомицеты, аскомицеты, базидиомицеты). Избранные жизненные циклы. Роль грибов в природе.

Лишайники.

Лектор – Окштейн И.Л.

Лекция 19 (2 часа). Многоклеточность: проблемы координации и специализации клеток.

Соматические и генеративные клетки. Смерть как следствие многоклеточности. Регуляция скорости процессов в организме, тканеспецифическая регуляция экспрессии генов. Предел Хейфлика и рак.

Введение в эмбриологию. Оплодотворение яйцеклетки, кортикальная реакция. Дробление зиготы и эмбриогенез на примере свободноживущих полихет с планктонной личинкой. Бластула и гаструла.

Детерминированное развитие. Деминуция хроматина у аскариды. Регуляционное развитие. Опыт с разделением бластомеров морского ежа, доказательство наличия полной генетической информации в клетке кишечного эпителия лягушки. Эмбриональная индукция, градиенты морфогенов, ооплазматическая сегрегация.

Формирование признаков в эмбриогенезе (введение в генетику).

Введение в эволюционную эмбриологию (теория филэмбриогенезов). Биогенетический закон Геккеля-Мюллера. Гомеозисные гены и гомеозисные мутации. Реконструкция эволюционного процесса: основные методы и проблемы.

 

Лекция 20 (2 часа). Eumetazoa (“настоящие” Metazoa) как монофилетическая группа, их общие признаки. Обсуждение разных гипотез происхождения многоклеточности у животных и из разных групп протистов: бластея и гастрея (Геккель); плакула (Бючли), билатерогастрея (Иегерстен), фагоцителла (Мечников), воротничковая фагоцителла (А.В.Иванов).

Примитивные многоклеточные животные: кооперация клеток и систематическое положение. Трихоплакс (Placozoa). Строение: три слоя клеток – верхний и нижний эпителии, волокнистые клетки и «блестящие шары».

2 основных способа питания. Размножение – деление и образование «бродяжек».

Гидра (регуляция формы и размеров тела). Ультраструктура (щелевые контакты между отростками клеток эктодермы и энтодермы, проходящими сквозь опорную пластинку, десмосомы, «зарастание» рта, синапсы), питание (полостное пищеварение, фаго- и пиноцитоз), миграция клеток из зоны их активного деления у основания щупалец. 4 независимые клеточные линии: интерстициальные (дифференцирующиеся в половые, стрекательные, нервные), эпителиально-мускульные (в эктодерме и в энтодерме), железистые. Регуляция почкования за счет образования “активатора головы” и “ингибитора головы”.

Лектор – Щепетов Д.М.

Лекция 21. (2 часа). Губки и кишечнополостные, Lophotrochozoa

Porifera: Строение и жизнедеятельность губок, их положение в филогенетическом древе животных. Coelenterata: общая схема строения кишечнополостных и их разнообразие; Ложность радиальной симметрии кишечнополостных. Строение и образ жизни личинок Lophotrochozoa. Моллюски и их разнообразие, жизненная форма двустворчатого фильтратора. Разнообразие Аннелид, гомономная и гетерономная сегментация.

 

Лекция 22. (2 часа). Lophotrochozoa, плоские черви, Экдизозои (Ecdysozoa)

Форониды, Брахиоподы и Мшанки. Строение и функционирование лофофора. Разнообразие и особенности строения плоских червей. Neodermata и особенности их строения. Линяющие животные и строение их кутикулы. Строение и жизненная форма Скалидофор. Круглые черви, их разнообразие, при однообразии плана строения.

 

Лекция 23. (2 часа). Экдизозои (Ecdysozoa), вторичноротые.

Тихоходки и Онихофоры. Настоящие членистоногие и их современная систематика. Сложно устроенные сегментированные животные и распределение ролей между сегментами. Вторичноротые как монофилетическая группа. Иглокожие, их разнообразие и план строения.

 

Лектор – Ястребов С.А.

Лектор – Доброчаев А.Е.

Лекционный курс «Основы биологии»

для студентов 1-го курса ФБМФ МФТИ в 2013-2014 учебном году

Лектор – Д.В.Ребриков

Лекция 1 (2 часа). Молекулярная организация клетки. Углеводы. Липиды. Белки. Нуклеиновые кислоты

Химический состав клетки. Неорганические и органические соединения, входящие в состав клетки.

Строение моно-, ди- и полисахаридов. Жирные кислоты. Состав и размеры белков. Нуклеозиды. Нуклеотиды. Динуклеотиды. Полинуклеотиды.

 

Лекция 2 (2 часа). Клеточная теория. Строение клеточного ядра. Центральная догма молекулярной биологии. Структура хроматина.

Строение растительной и животной клеткок. Структурно- функциональные образования клетки. Роль ядра в жизнедеятельности клетки. Ядерные компоненты прокариотов. Ядро эукариотов. Клеточный цикл. Пространственное расположение хромосом в интерфазном ядре.

ДНК→ иРНК→ Белок. Гены. Принцип комплементарности ДНК. Транскрипция и трансляция. Функция тРНК и рибосом. Аминоацил-тРНК-синтетазы.

Строение ДНК. Эухроматин и гетерохроматин. Белки хроматина — гистоны. Структура хроматина. Уровни компактизации хроматина. Ядерный белковый матрикс. Ультраструктура митотических хромосом.

 

Лекция 3 (2 часа). Ядрышко. Синтез рРНК и мРНК. Ядерная оболочка.

Чем определяется число ядрышек в клетке. Строение и функционирование генов рРНК. Структура ядрышка и типы ядрышек. Ядрышко во время митоза. Механизмы транскрипции генов. Структурные изменения РНК в ядре. Синтез РНК в пуфах политенных хромосом.

Компоненты ядерной оболочки. Роль ядерной оболочки в ядерно-цитоплазматическом обмене. Импорт кариофильных белков. Экспорт из ядра в цитоплазму. Динамика ядерной оболочки в митозе.

 

Лекция 4 (2 часа). Общие свойства биологических мембран. Плазматическая мембрана. Гранулярный эндоплазматическии ретикулум. Гладкий ретикулум и другие мембранные вакуоли. Аппарат Гольджи. Лизосомы.

Агрегатные состояния мембраны. Белки мембраны и соответствующие функции мембраны: трансмембранные переносчики, рецепторы, эндоцитоз и экзоцитоз. Клеточная стенка (оболочка) растений. Клеточные оболочки бактерий.

Эндоплазматическая сеть. Строение гранулярного ретикулума. Синтез растворимых белков. Синтез клеточных мембран. Секреция белков и образование мембран у бактерий. Гладкий (агранулярный) эндоплазматический ретикулум. Сферосомы. Пероксисомы (микротельца).

Строение аппарата Гольджи. Секреторная функция аппарата Гольджи. Модификация белков в аппарате Гольджи. Сортировка белков в аппарате Гольджи. Общие характеристики лизосом.

 

Лекция 5 (2 часа). Митохондрии и пластиды.

Строение и функции митохондрий. Дыхание (гликолиз, цикл Кребса, окислительное фосфорилирование – на уровне учебника Макеева). Хлоропласт. Строение и функции хлоропластов. Жизненный цикл и функциональные перестройки пластид.

 

Лекция 6 (2 часа). Микрофиламенты, микротрубочки, промежуточные филаменты. Клеточный центр. Митотическое деление клеток.

Актиновые микрофиламенты. Мышечные клетки. Актиновые компоненты немышечных клеток Общая характеристика микротрубочек. Строение и движение ресничек. Микротрубочки цитоплазмы. Центриоль. Центросомный цикл.

Общая организация митоза. Кинетохор. Динамика митоза. Митоз растительной клетки. Понятие о промежуточных филаментах (на примере кератина). Двигательный аппарат бактерий. Клеточный цикл.

 

Лекция 7 (2 часа). Мейоз. Репликация ДНК.

Общая организация мейоза. Понятие о жизненных циклах.

Динамика мейоза. Кроссинговер. Принцип распределения генетической информации по гаметам.

Строение дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) и рибонуклеиновых кислот (РНК). Формы ДНК. Кольцевые ДНК: топологические проблемы репликации. Макромолекулярная структура РНК. Матричный синтез нуклеиновых кислот, основные принципы репликации. Ферменты репликации. Особенности репликации кольцевых и линейных молекул ДНК. Репликация генома прокариот (E.coli) и эукариот.

Типы внутриклеточной передачи сигналов. Сигнальные каскады. G-белки и роль фосфорилирования белков.

 

Лекция 8 (2 часа). Репарация, рекомбинация, рестрикция и модификация ДНК.

Нарушения структуры ДНК. Прямая реактивация, эксцизионная и индуцируемая репарация. Роль метилирования ДНК в репарации.

Системы гомологичной рекомбинации. Сайт-специфическая рекомбинация, эволюционная роль рекомбинации. Системы рестрикции.

 

Лекция 9 (2 часа). Транскрипция. Особенности генома эукариот.

РНК-полимеразы, механизмы транскрипции у прокариот и эукариот. Регуляция активности промоторов и терминаторов. Аттенюация. Процессинг у прокариот и у эукариот, альтернативный сплайсинг, транссплайсинг.

Строение эукариотического генома. Повторы, сателлитные ДНК. Уникальные последовательности генома. Подвижные элементы генома. Прерванные гены эукариот.

 

Лекция 10 (2 часа). Биосинтез белка.

Генетический код, расшифровка кода. Функциональные участки и пространственная структура мРНК. Строение тРНК. Структура и функции рибосомы (прокариотической и эукариотической). Инициация, элонгация и терминация трансляции. Ко-трансляционное сворачивание, компартментализация и модификация белка. Посттрансляционная модификация белка.

 

Лектор – Доброчаев А.Е.

Лекция 11 (2 часа). Свойства живого

Свойства живого (чем оно отличается от неживого): упорядоченное строение, обмен веществ, размножение, рост, развитие, активное реагирование.

Способы питания организмов: автотрофы (фототрофы, хемотрофы), гетеротрофы. Получение и веществ и энергии при разных типах питания.

Археи и бактерии.

 

Лекция 12 (2 часа). Жизненные циклы и жизненные формы

Половой процесс (определение и разнообразие) Жизненные циклы: Гаплобионтный/диплобионтный жизненный цикл. Место мейоза в жизненном цикле (гаметическая, зиготическая и др редукция).

Половое и бесполое размножение.

Жизненные формы организмов клеточного уровня организации: монада, кокки, плазмодии, мицелий, нитчатые формы, таллом и др.

Лектор – Щепетов Д.М.

Лекция 13 (2 часа). Эволюция

Элементарное понятие об эволюции. Систематика естественная и искусственная. Кладистика. Общие принципы молекулярной систематики. Знакомство с современной филогенетической схемой.

Экологическое и систематическое значение терминов «растение», «грибы».

 

Лектор – Доброчаев А.Е.

Лекция 14 (2 часа). Филогенетическая линия растений

Особенности клеток красных водорослей. План строения и своеобразие жизненного цикла красных водорослей.

Разнообразие зелёных водорослей: таллом, жгутиковый аппарат, жизненные формы, распространение.

 

Лекция 15 (2 часа). Филогенетическая линия разножгутиковые организмы

Автотрофные и гетеротрофные представители. Разнообразие жизненных форм разножгутиковых.

Диатомовые, бурые, золотистые водоросли – их распространение и роль в природе.

Оомицеты, лабиринтуломицеты, опалины.

 

Лектор – Щепетов Д.М.

Лекция 16 (2 часа). Alveolata

Строение покровов Альвеолят. Apicomplexa: строение и роль в жизненном цикле апикального комплекса, подразделенность клетки на два компартмента. Dinoflagellata: сломанный гистонный аппарат ядра. Клептопластия. Ciliophora: ресничный покров и его скоординированые действия. Ядерный дуализм инфузорий.

 

Лекция 17 (2 часа). Rhizaria и Excavata

Rhizaria: ископаемые следы ползанья – Gromia; аксоподии и ретикулёзные псевдоподии; сложный минеральный скелет Радиолярий и Фораминифер, мел и радиоляриевые илы. Excavata, разнообразие Экскават. Склонность к редукции митохондрий и симбиозу (в широком смысле) с многоклеточными.

 

Лектор – Доброчаев А.Е.

Лекция 18 (2 часа). Настоящие грибы

Экологические группы грибов. Разнообразие спорангиев. Основные группы грибов (хитридиомицеты, зигомицеты, аскомицеты, базидиомицеты). Избранные жизненные циклы. Роль грибов в природе.

Лишайники.

Лектор – Окштейн И.Л.

Лекция 19 (2 часа). Многоклеточность: проблемы координации и специализации клеток.

Соматические и генеративные клетки. Смерть как следствие многоклеточности. Регуляция скорости процессов в организме, тканеспецифическая регуляция экспрессии генов. Предел Хейфлика и рак.

Введение в эмбриологию. Оплодотворение яйцеклетки, кортикальная реакция. Дробление зиготы и эмбриогенез на примере свободноживущих полихет с планктонной личинкой. Бластула и гаструла.

Детерминированное развитие. Деминуция хроматина у аскариды. Регуляционное развитие. Опыт с разделением бластомеров морского ежа, доказательство наличия полной генетической информации в клетке кишечного эпителия лягушки. Эмбриональная индукция, градиенты морфогенов, ооплазматическая сегрегация.

Формирование признаков в эмбриогенезе (введение в генетику).

Введение в эволюционную эмбриологию (теория филэмбриогенезов). Биогенетический закон Геккеля-Мюллера. Гомеозисные гены и гомеозисные мутации. Реконструкция эволюционного процесса: основные методы и проблемы.

 

Лекция 20 (2 часа). Eumetazoa (“настоящие” Metazoa) как монофилетическая группа, их общие признаки. Обсуждение разных гипотез происхождения многоклеточности у животных и из разных групп протистов: бластея и гастрея (Геккель); плакула (Бючли), билатерогастрея (Иегерстен), фагоцителла (Мечников), воротничковая фагоцителла (А.В.Иванов).

Примитивные многоклеточные животные: кооперация клеток и систематическое положение. Трихоплакс (Placozoa). Строение: три слоя клеток – верхний и нижний эпителии, волокнистые клетки и «блестящие шары».

2 основных способа питания. Размножение – деление и образование «бродяжек».

Гидра (регуляция формы и размеров тела). Ультраструктура (щелевые контакты между отростками клеток эктодермы и энтодермы, проходящими сквозь опорную пластинку, десмосомы, «зарастание» рта, синапсы), питание (полостное пищеварение, фаго- и пиноцитоз), миграция клеток из зоны их активного деления у основания щупалец. 4 независимые клеточные линии: интерстициальные (дифференцирующиеся в половые, стрекательные, нервные), эпителиально-мускульные (в эктодерме и в энтодерме), железистые. Регуляция почкования за счет образования “активатора головы” и “ингибитора головы”.

Лектор – Щепетов Д.М.

Лекция 21. (2 часа). Губки и кишечнополостные, Lophotrochozoa

Porifera: Строение и жизнедеятельность губок, их положение в филогенетическом древе животных. Coelenterata: общая схема строения кишечнополостных и их разнообразие; Ложность радиальной симметрии кишечнополостных. Строение и образ жизни личинок Lophotrochozoa. Моллюски и их разнообразие, жизненная форма двустворчатого фильтратора. Разнообразие Аннелид, гомономная и гетерономная сегментация.

 

Лекция 22. (2 часа). Lophotrochozoa, плоские черви, Экдизозои (Ecdysozoa)

Форониды, Брахиоподы и Мшанки. Строение и функционирование лофофора. Разнообразие и особенности строения плоских червей. Neodermata и особенности их строения. Линяющие животные и строение их кутикулы. Строение и жизненная форма Скалидофор. Круглые черви, их разнообразие, при однообразии плана строения.

 

Лекция 23. (2 часа). Экдизозои (Ecdysozoa), вторичноротые.

Тихоходки и Онихофоры. Настоящие членистоногие и их современная систематика. Сложно устроенные сегментированные животные и распределение ролей между сегментами. Вторичноротые как монофилетическая группа. Иглокожие, их разнообразие и план строения.

 

Лектор – Ястребов С.А.