1.
Предмет клеточной биологии (цитологии), история изучения клетки,
методы клеточной биологии (световая и электронная микроскопия,
флуоресцентная микроскопия, иммуноцитохимия, цитохимия, методы культуры
клеток, клеточная гибридизация, компьютерная видеомикроскопия,
метод выявления клеточных структур in vivo с помощью флюоресцентных
белков); связь клеточной биологии с гистологией,
молекулярной биологией, генетикой, биохимией и биологией развития;
практическое применение достижений клеточной биологии.
2. Клеточная теория:
Основные
постулаты теории:
сходство строения клеток;
эукариоты и прокариоты, закон воспроизведения клеток, тотипотентность
генома клеток многоклеточных организмов; понятие дифференцировки
клеток; понятие о клетке как единой системы сопряженных субклеточных
подсистем, клетка как единица строения, функционирования, развития и
патологии организмов.
Основные
компоненты клетки: Ядро -
система хранения, воспроизведения и
реализации генетической информации. Цитоплазма - система
основного промежуточного обмена. Мембранные и немембранные
органеллы: вакуолярная система - (ЭПР, аппарат Гольджи лизосомы,
эндосомы)- система синтеза и внутриклеточного транспорта биополимеров;
митохондрии - органеллы энергетики клетки; плазматическая мембрана -
барьерная, рецепторная и транспортная система; рибосомы -
органеллы синтеза белка, цитоскелет - опорно-двигательная
система.
3. Клеточное ядро - система
поддержания, воспроизведения и реализации
генетической информации.
1).
Ядерный
аппарат прокариотических клеток: нуклеоид, особенности ДНК
прокариот, репликация бактериальных ДНК, упаковка ДНК в составе
нуклеоида, реализация генетической информации - особенности
транскрипции и трансляции.
2).
Ядро
эукариотических клеток: компоненты интерфазных ядер.
Хроматин: альтернативные состояния хроматина (интерфаза и митоз),
эухроматин и гетерохроматин; разнообразие структурной организации
интерфазных ядер; общая морфология митотических хромосом, виды
хромосом, их размеры, число, кариотип человека, генетическое
картирование хромосом. Клеточный цикл эукариотических клеток,
периоды клеточного цикла; типы клеточных популяций, регуляция
клеточного цикла; понятие о плоидности, способы полиплоидизации,
анэуплоидия; локализация хромосом в интерфазном ядре, хромосомные
территории.
4. Структура и химия ядра.
Химия
хроматина (хромосом);
1).
ДНК,
размеры, линейность, механизм репликации ДНК, особенности
репликации на ведущей и отстающей нити ДНК, репликация по длине
хромосомы, репликативные “фабрики” (ДНК полимеразные комплексы),
механизм репликации хромосом; гетерогенность ядерных ДНК, уникальные и
повторяющиеся последовательности, теломерная ДНК, центромерная ДНК, ДНК
ядрышковых организаторов.
2).
Белки
хроматина: гистоны и негистоновые белки. Гистоны:
общие свойства, типы гистонов, их связь с ДНК, структурная и
функциональная роль гистонов; нуклеосомный уровень компактизации ДНК,
структура нуклеосомы, нуклеосомы во время репликации и транскрипции; 30
нм фибрилла хроматина, способы укладки нуклеосом (суперсоленоид или
сверхбусина - нуклеомер), роль гистона Н1 в этом уровне укладки ДНК,
коэффициент компактизации ДНК в составе 30 нм фибриллы; петлевые домены
- третий уровень укладки ДНК: петлевые домены интерфазных ядер и
митотических хромосом, розетки петлевых доменов - хромомеры, размер
петель, роль негистоновых белков в создании и поддержании петель ДНК,
"осевые" структуры и латеральные петли митотических хромосом.
Негистоновые белки: легко экстрагируемые и неэкстрагируемые белки
ядерного матрикса.
3).
Ядерный
белковый матрикс: способы выявления, химический состав,
структурные компоненты, ДНК в составе матрикса, его РНК, роль ядерного
белкового матрикса в функционировании ядер.
5. Ультраструктурная организация митотических хромосом: модели упаковки
ДНК в составе митотических хромосом; высшие уровни структуризации ДНК -
хромомеры и хромонемы.
6. Ядерная оболочка: строение и компоненты, ламина, белки ламины, их
свойства и роль, строение комплекса ядерной поры, их число, размеры,
участие в импорте и экспорте макромолекул в интерфазном ядре.
Белки порины, транспорт белков в ядро и из ядра, поведение компонентов
ядерной оболочки во время митоза. Механизмы
ядерно-цитоплазматического транспорта.
7. Морфология транскрипции: типы РНК, их функции и локализация в
ядерных доменах.
1).
Синтез
информационных РНК: единицы транскрипции у прокариот и
эукариот, интроны и экзоны, сплайсинг, малые ядерные РНК, сплайсосомы,
альтернативный сплайсинг, морфология активных транскрипционных
единиц, маркирование концов иРНК, транспорт через ядерную пору.
Биосинтез белка. Структура рибосом прокариот и эукариот. Строение
и химический состав рибосом, биосинтез белка в гиалоплазме.
Трансляция. Адаптерная роль тРНК в биосинтезе белка.
Укладывание белков, роль шаперонов. Деградация неправильно
уложенных белков. Протеасомы.
2).
Транскрипты
интерфазных ядер: перихроматиновые и интерхроматиновые
гранулы, малые ядерные РНК, тельца Кахаля, гранулы пуффов колец
Бальбиани политенных хромосом. РНК-содержащие субъдомены
ядра.
3).
Транскрипция рибосомных РНК: ядрышко, строение рибосом, рибосомные
РНК, этапы синтеза рибосомных РНК, процессинг предшественника р-РНК,
количество р-генов на геном, их локализация, характер расположения в
хромосоме, морфология работающих р-генов; ультраструктура ядрышка:
фибриллярные центры, плотный фибриллярный и гранулярный компоненты, их
молекулярные характеристики, ядрышковые белки и их роль в синтезе
рибосом, судьба компонентов ядрышка во время митоза, периферический
хромосомный материал.
8. Мембранные компоненты клетки.
Общие
свойства мембран, их
химический состав, роль липидов, белков и
гликопротеидов, ассиметрия липидов и белков, их латеральная
подвижность, связь с элементами цитоскелета, общность происхождения
мембран вакуолярной системы, трехмерная модель организации
биомембран.
9. Плазматическая мембрана – барьерно-транспортная рецепторная
система.
Плазматическая
мембрана как механический и диффузионный
барьер. Проницаемость искусственных билипидных слоев для
низкомолекулярных компонентов, трансмембранный перенос через
плазматическую мембрану, свободная диффузия, облегченная диффузия,
канальные белки и переносчики, пассивный и активный транспорт, ионные
насосы, поддержание внутриклеточного гомеостаза. Межклеточный
транспорт низкомолекулярных соединений: щелевые контакты, коннексоны,
метаболическая кооперация клеток.
Рецепторная
роль плазматической
мембраны: природа межклеточных
взаимодействий в многоклеточных организмах, кадгерины, интегрины и
другие молекулы клеточной адгезии.
Рецепторы
плазматической мембраны
и вторичные посредники,
аденилатциклазная система, фосфатидил-инозитольная система передачи
сигнала с поверхности клетки. Транспорт макромолекулярных
соединений: эндоцитоз – везикулярный перенос макромолекул, пиноцитоз и
фагоцитоз постоянные (конститутивные – жидко-фазный, опосредованные
рецепторами), опосредованный рецепторами регулируемый эндоцитоз;
окаймленные ямки, пузырьки, роль покрывающих белков, клатрин,
образование эндосом, их свойства, слияние, рециклирование рецепторов;
трансцитоз, фагоцитоз – роль рецепторов, коатомерные окаймления.
Межклеточные
соединения
(контакты). Простой адгезивный контакт:
типы белков, участвующих в узнавании и соединении клеток (кадгерины,
интегрины, селектины и др.). Заякоривающие соединения: десмосомы,
полудесмосомы, фокальные контакты, адгезивный поясок, их строение,
химические компоненты и функции. Плотный замыкающий контакт:
строение, встречаемость, функции.
10. Вакуолярная система – система синтеза и транспорта
макромолекул.
Состав:
эндоплазматический ретикулум (гранулярный и
гладкий), аппарат Гольджи, лизосомы, секреторные вакуоли,
эндосомы. Синтез цитоплазматических белков в цитозоле и их
транспорт в различные органеллы клетки. Общая схема организации
вакуолярной системы, ее компартментов и функциональных нагрузок в
каждом из них.
1).
Эндоплазматический ретикулум гранулярный. Морфология,
локализация, синтез растворимых и нерастворимых белков.
Котрансляционный перенос растворимых белков, сигнальные
последовательности синтезируемых пептидов, SRP-частицы, транслоконы,
синтез нерастворимых – мембранных белков, стоп-сигналы,
асссиметричность синтезируемых мембранных белков; первичная модификация
синтезированных белков, первичное гликозилирование, синтез и
встраивание липидов в мембрану ЭПР, перенос липидов в составе мембраны,
перенос липидов из ЭПР в другие мембраны. Гранулярный ЭПР –
источник всех мембран вакуолярной системы включая плазматическую
мембрану; механизмы отщепления вакуолей от мембраны ЭПР и принципы их
адресования в мембраны аппарата Гольджи.
Гладкий
эндоплазматический
ретикулум. Морфология и функции:
участие в синтезе секретируемых гликопротеидов, стероидных гормонов, в
синтезе гликогена, роль цитохрома Р-450 в клетках печени при
интоксикации, саркоплазматический ретикулум и его роль в депонировании
кальция при мышечном сокращении.
2).
Аппарат
Гольджи. Ультраструктурное строение, локализация,
основная роль в клеточной секреции. Биохимические превращения
(вторичная модификация) белков: вторичное гликозилирование секреторных
белков, их сульфатирование, фосфорилирование лизосомных белков, синтез
экскретируемых полисахаридов и гликопротеидов; сортировка белков в
транс-Гольджи сети, рецепторы лизосомных и секреторных белков; участие
аппарата Гольджи в транспорте лизосом и секреторных вакуолей.
3).
Лизосомы. Химические особенности, наличие кислых гидролаз, их
активация, морфологическая гетерогенность Роль лизосом во
внутриклеточном пищеварении. Участие лизосом во внутриклеточном
расщеплении биополимеров; лизосомные болезни.
11. Митохондрии: общая ультраструктурная организация, локализация
отдельных этапов окислительного фосфолирирования в компонентах
митохондрий; форма и число митохондрий, понятие хондриома, гигантские
митохондрии и митохондриальный ретикулум, межмитохондриальные
соединения и их роль в энергетике клетки; автономная система синтеза
белка митохондрий, ДНК митохондрий, количество митохондриальных генов,
рибосомы и синтез белков, транспорт белков в митохондрии, гипотеза
симбиотического происхождения митохондрий, роль митохондрий в
апоптозе.
12. Цитоскелет - опорно-двигательная система.
Формы
клеточной
подвижности: перемещение в пространстве (амебоидное, жгутиковое),
внутриклеточная подвижность органелл, мышечное сокращение, компоненты
системы – микрофиламенты, промежуточные филаменты, микротрубочки.
Общая характеристика белковых полимеров цитоскелета.
Промежуточные филаменты: морфология, состав, способ организации, белки
в их составе, функции. Микрофиламенты: характеристика актина, его
полимеризация, нуклеация актиновых филаментов, ингибиторы
полимеризации, актин-связывающие белки, участие в образовании
ламеллоподий, стресс-фибриллы, регуляция сборки разных компонентов
активнового цитоскелета, фокальные контакты. Миозин: классы
миозинов, их свойства, взаимодействие с актином. Механизм
движения с помощью акто-миозинового комплекса, сокращение фибрилл
поперечно-полосатых мышц, немышечные миозины и их роль во
внутриклеточном транспорте. Микротрубочки: встречаемость, типы,
альтернативные распределения в клеточном цикле; строение и свойства,
тубулины, ингибиторы полимеризации, полярность микротрубочек, механизмы
полимеризации, динамическая нестабильность и тредмиллинг, белки,
связанные с микротрубочками (МАР), их разнообразие и функциональное
значение, нуклеация микротрубочек, роль гамма-тубулиновых
комплексов. Моторные белки кинезины и динеины, их строение,
разнообразие, роль во внутриклеточном транспорте. Центры
организации микротрубочек: клеточный центр, центросома, центриоли
и их строение, химия центриолей, центриолярный цикл, механизм
удвоения центриолей формирования центриолей de novo, роль
центриолей в организации центросомы и аппарата клеточной
подвижности. Жгутики и реснички, аксонема, базальное тело.
Отличия жгутиков прокариот и эукариот. Первичная ресничка, ее сходство
и отличия.
13. Митоз – единственный способ размножения клеток.
Митотический
аппарат: кинетохоры хромосом, веретено деления, клеточные центры;
классификация митозов: астральный митоз, его компоненты, структура
кинетохоров, особенности прицентромерной ДНК, центромерные белки и их
роль; профаза, расхождение центросом, образование веретена,
прометафаза: захват хромосомами микротрубочек и образование
кинетохорных пучков. Метафаза, анафаза: обособление хроматид,
анафаза А и В, механизмы движения хромосом к полюсам и движения полюсов
веретена; телофаза, цитокинез. Гипотезы о способах образования
веретена.
14. Мейоз - образование половых клеток.
“Зародышевый
путь”,
соматические и герминативные клетки; два клеточных цикла с одним
раундом репликации ДНК; профаза 1 первого мейотического деления, ее
длительность, стадии: лептотена, зиготена, синапсис гомологичных
хромосом, синтез z-ДНК, синаптонемный комплекс, пахитена, механизм
кроссинговера, синтез р-ДНК, хиазмы, диплотена, активация транскрипции,
хромосомы типа ламповых щеток, диакинез – расхождение бивалентов,
редукция числа аллелей, второе митотическое деление, расхождение
гомологичных хроматид – редукция числа хромосом, созревание половых
клеток.
15. Регуляция клеточного цикла.
Характеристика
фаз клеточного
цикла. Общие закономерности прохождения клеточного цикла и его
фаз. Открытие фазы G0 (фазы “вне цикла”). Способность
клеток выходить из цикла в фазе G2. Представление о состоянии
пролиферативного покоя. Общие принципы регулирования клеточного
цикла в живых системах. Понятие об экзогенных и эндогенных
факторах регуляции. Основные механизмы эндогенной регуляции клеточного
цикла. Роль комплексов циклинов и циклин-зависимых киназ
(Cdk-cyclin complexes). Обнаружение фактора, вызывающего митоз
(MPF); состав MPF: М-циклин и Сdk-киназа, циклины и Сdk-киназы
разных периодов клеточного цикла. Роль
фосфорилирования/дефосфорилирования. Фосфатазы – регуляторы
клеточного цикла. Ингибиторы комплексов циклинов
/циклин-зависимых киназ и циклин-зависимых киназ (CKIs). Роль
протеолиза в регуляции клеточного цикла (APC и SCF, протеасомная
деградация регуляторных белков). Механизмы прохождения пункта
ограничения (restriction point) и пунктов проверки (check
points). Роль белков-факторов транскрипции в регуляции клеточного
цикла. Экзогенные регуляторы: факторы роста и цитокины.
17. Клеточная гибель.
Основные
понятия: программированная
клеточная гибель, апоптоз и некроз. Варианты программированной
клеточной гибели и их классификация: некроз, программированная
клеточная смерть: апоптоз, аутофагическая гибель, программированный
некроз, клеточный каннибализм. Клеточные проявления
апоптоза. Сопоставление морфологических признаков апоптоза и
некроза. Методы регистрации апоптоза. Молекулярные
механизмы апоптоза. Рецепторный путь индукции апоптоза.
Митохондриальный путь индукции апоптоза. Каскад действия
каспаз. Действие нуклеаз. Генная регуляция апоптоза.
Гены апоптоза млекопитающих. Эндогенные индукторы и ингибиторы
апоптоза. Механизм фагоцитоза апоптотических телец. Роль
апоптоза в патогенезе и лечении заболеваний. Аутофагическая
гибель клеток. Механизм аутофагии. Индукция аутофагии и
аутофагической гибели. Роль аутофагии в выживании клеток.
Взаимосвязь между апоптозом и аутофагической гибелью.
Программированный некроз. Механизм программированного
некроза.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ на 2013
1. Клетка как элементарная единица живой материи, клеточная теория,
современные методы клеточной биологии.
2. Структура интерфазного ядра и митотических хромосом.
3. Ядерная оболочка, пора, ламина. Ядерно-цитоплазматический транспорт.
4. Репликация ДНК.
5. Ядрышко и транскрипционные процессы в ядре.
6. Биосинтез белка.
7. Строение клеточных
мембран. Плазматическая
мембрана, межклеточные
контакты.
8. Вакуолярная система – ЭПР
9. Аппарат Гольджи, лизосомы
10. Митохондрии.
11. Цитоскелет – актиновые филаменты и промежуточные филаменты.
12. Цитоскелет – микротрубочки и центросома.
13. Клеточный цикл.
14. Митоз.
15. Мейоз.
16. Клеточная гибель.