Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.umo.msu.ru/docs/poop/poop-bioi-spec.doc Дата изменения: Mon Jul 4 17:53:26 2011 Дата индексирования: Mon Oct 1 19:50:13 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: воздушные массы

[pic]

Список профилей (специализаций) направления подготовки "специалиста"
020201 Биоинженерия и биоинформатика

Обучение по направлению подготовки специалиста 020201 Биоинженерия и
биоинформатика не предусматривает подготовку по специализациям.
Требования к результатам освоения основной образовательной
Программы

Выпускник по специальности «Биоинженерия и биоинформатика» с
квалификацией (степенью) специалист по биоинженерии и биоинформатике должен
обладать следующими компетенциями, предусмотренным соответсвующим ФГОС.
а) общекультурными (ОК)
- способен представить современную картину мира на основе целостной системы
естественно-научных и математических знаний, ориентироваться в ценностях
бытия, жизни, культуры (ОК-1);
- способен к анализу социально-значимых процессов и явлений, к
ответственному участию в общественно-политической жизни (ОК- 2);
- способен к осуществлению просветительной и воспитательной деятельности в
сфере публичной и частной жизни, владеет методами пропаганды научных
достижений (ОК -3);
- демонстрирует гражданскую позицию, интегрированность в современное
общество, нацеленность на его совершенствование на принципах гуманизма и
демократии (ОК-4);
- способен ориентироваться в базовых положениях экономической теории,
применять их с учетом особенностей рыночной экономики, самостоятельно вести
поиск работы на рынке труда, владеет методами экономической оценки научных
исследований, интеллектуального труда (ОК-5);
- свободно владеет литературной и деловой письменной и устной речью на
русском языке, навыками публичной и научной речи. Умеет создавать и
редактировать тексты профессионального назначения,владеет одним из
иностранных языков (ОК-6);
- способен к социальному взаимодействию на основе принятых моральных и
правовых норм, демонстрируя уважение к историческому наследию и культурным
традициям, толерантность к другой культуре, способен создавать в коллективе
отношения сотрудничества, владеет методами конструктивного разрешения
конфликтных ситуаций. (ОК-7);
- способен к работе в многонациональном коллективе, в том числе и над
междисциплинарными, инновационными проектами Способен в качестве
руководителя подразделения, лидера группы сотрудников формировать цели
команды, принимать решения в ситуациях риска, учитывая цену ошибки, вести
обучение и оказывать помощь сотрудникам.

(ОК- 8);
-способен на научной основе организовать свой труд, самостоятельно оценить
результаты своей деятельности. Владеет навыками самостоятельной работы, в
том числе в сфере проведения научных исследований (ОК- 9);
- демонстрирует понимание значимости своей будущей специальности,
стремление к ответственному отношение к своей трудовой деятельности
(ОК-10);
- способен самостоятельно или в составе группы вести научный поиск,
реализуя специальные средства и методы получения нового знания (ОК-11);--
владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, критическому
осмыслению, систематизации, прогнозированию, постановке целей и выбору
путей их достижения,умеет анализировать логику рассуждений и высказываний.
(ОК-12);
- способен самостоятельно применять методы и средства познания, обучения и
самоконтроля для приобретения новых знаний и умений, в том числе в новых
областях, непосредственно не связанных со сферой деятельности, развития
социальных и профессиональных компетенций (ОК-13);
- способен понимать сущность и значение информации в развитии современного
информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом
процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том
числе защиты государственной тайны (ОК-14);
- владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения,
переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством
управления информацией (ОК-15);
- владеет основными методами защиты производственного персонала и населения
от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ОК- 16);
- владеет средствами самостоятельного, методически правильного
использования методов физического воспитания и укрепления здоровья, готов
к достижению должного уровня физической подготовленности для обеспечения
полноценной социальной и профессиональной деятельности (ОК-17);
- способен самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий
и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том
числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой
деятельности (ОК-18);

б) профессиональными (ПК):
- способен грамотно и самостоятельно проводить теоретическую и
экспериментальную научно-исследовательскую работу в области биоинженерии,
биоинформатики и смежных дисциплин, а также оформлять ее в письменной
форме, излагать в устной форме, и участвовать в различных формах дискуссий
(ПК-1);
- способен проводить производственно-технологическую деятельность в области
биоинженерии, биоинформатики и смежных дисциплин (ПК-2);
- способен осуществлять организационно-управленческую деятельность в
области биоинженерии, биоинформатики и смежных дисциплин (ПК-3);
- способен заниматься преподавательской деятельностью в области
биоинженерии и биоинформатики и смежных дисциплинах на основе знаний
принципов педагогической деятельности и умения формировать и излагать
учебный материал (ПК-4)
-способен самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и
использовать в практической деятельности новые знания и умения в области
биоинженерии, биоинформатики и смежных дисциплин (ПК-5);
- способен создавать новые программные средства и базы данных, а также
использовать ресурсы Интернет (ПК-6)
- способен порождать новые идеи, выявлять фундаментальные проблемы,
формулировать задачи, связанные с реализацией профессиональных функций,
использовать для их решения методы изученных им наук (ПК-7).
- способен на научной основе организовать свой труд, владение методами
сбора, хранения систематизации и обработки информации, в том числе
статистическими и компьютерными методами, применяемыми в сфере его
профессиональной деятельности (ПК-8).
- знает распорядительные документы, методические и нормативные материалы в
области своей профессиональной деятельности и умеет их использовать при
организации и планировании работ по специальности (ПК-9).
- владеет основами организации труда на базе знаний трудового
законодательства, правила и нормы охраны труда (ПК-10).
- способен к приобретению новых знаний, спользуя современные информационные
образовательные технологии, и готов к изменению вида и характера своей
профессиональной деятельности (ПК-11);
- способен к проведению лабораторных работ и знает требования техники
безопасности и приемов оказания первой помощи при несчастных случаях (ПК-
12);
- способен использовать основные биологические базы данных, в том числе
содержащие геномную, структурную и другую информацию, в научно-
исследовательской работе (ПК-13);
- владеет основными средствами анализа геномной, структурной и другой
биологической информации (ПК-14);
- способен на базе изученных программных средств создавать компьютерные
программы, используемые в биоинженерии и биоинформатике и самостоятельно
осваивать новые ресурсы (базы данных и программы) и экспериментальные
методы (ПК-15);
- способен проводить экспериментальные работы с клетками и культурами
клеток и владеет методами исследования и анализа живых систем, а также
математическими методами обработки результатов биологических
исследований(ПК-16;.
- способен применять методы биоинженерии и биоинформатики для получения
новых знаний и для получения биологических объектов с целенаправленно
измененными свойствами, применять современные методы исследований;
определять актуальность целей и задач и практическую значимость
исследования; проводить анализ результатов и методического опыта
исследования применительно к общей фундаментальной проблеме в избранной
области (ПК-17);
- способен хорошо ориентироваться в основных проблемах и задачах биологии,
физико-химической биологии, биоинженерии и биоинформатики и использовать
эти знания в экспериментальной и теоретической деятельности (ПК-18);
- способен получать и грамотно использовать информацию, накопленную в базах
данных по структуре геномов, белков и другой биологической информации (ПК-
19);
- способен проводить наблюдения, описания, идентификации, классификации,
культивирования биологических объектов, выделять и исследовать
субмикроскопические структуры, использовать методические приемы для
целенаправленного изменения природных генов и геномов (ПК-20);
- способен владеть приемами экспериментальной работы с клетками и
культурами клеток, физико-химическими методами исследования макромолекул,
методами исследования и анализа живых систем, математическими методами
обработки результатов биологических исследований, опытом лабораторных
работ, основами биоинженерии, необходимыми для создания биоинженерных
объектов (ПК-21);
- способен проводить наблюдения, описания, идентификацию и классификацию
биологических объектов с целью формирования представлений о многообразии
животного и растительного мира ценностной ориентации на охрану жизни и
природы (ПК-22);
- способен использовать основные физико-химические и информационные методы
исследования, применяемые в области физико-химической биологии,
биоинженерии и биоинформатики (ПК-23);
- способен использовать специализированные знания фундаментальных разделов
математики, физики, химии, экологии для проведения исследований в области
биоинженерии, биоинформатики и смежных дисциплин (ПК-24).


ПРИМЕРНЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН

подготовки по специальности __биоинженерии и биоинформатике
___________________________________
Квалификация (степень) - специалист

Нормативный срок обучения - __5 лет

| ? п/п|Наименование дисциплин |Трудоемкос|Примерное распределение по семестрам |
| |(в том числе практик) |ть |(количество семестров указывается в соответствии с нормативным сроком|
| | | |обучения, установленным ФГОС) |
|1. |История | | |
|2. |Философия | | |
|3. |Иностранный язык | | |
|4. |Психология и педагогика | | |
|5. |Русский язык и культура речи | | |
|6. |Экономика | | |
| | | | |
| | | | |
| |Вариативная часть, в т.ч. | | |
| |дисциплины по выбору студента| | |
| | | | |
| | | | |
|2. |Математика |В соответствии с примерными программами дисциплин математического и | |
| | |естественнонаучного цикла (математика, физика, информатика, химия и | |
| | |экология), рекомендованными соответствующими НМС. | |
|3. |Информатика | | |
|4. |Физика | | |
|5. |Химия | | |
|6. |Экология | | |
| |Вариативная часть, в т.ч. | | |
| |дисциплины по выбору студента| | |


Б.3 Профессиональный цикл |106 |3816 | | | | | | | | | | | | | | |Базовая
часть |75 |2700 | | | | | | | | | | | |ОК-1,
ОК-16,
ПК-1-ПК-9,
ПК-11-ПК-24
| |1. |Модуль биология |28 |1008 | | | | | | | | | | | | | | |Ботаника |8
|288 | | | | | | | | | | | | | | |Генетика |4 |144 | | | | | | | | | | | |
| | |Зоология |8 |288 | | | | | | | | | | | | | | |Теория эволюции |2 |72 |
| | | | | | | | | | | | | |Физиология животных и человека |4 |144 | | | | |
| | | | | | | | | |Эмбриология |2 |72 | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | |2. |Модуль физико-химическая биология |27 |972 | | |
| | | | | | | | | | | |Биохимия |8 |288 | | | | | | | | | | | | | |
|Биоэнергетика |2 |72 | | | | | | | | | | | | | | |Вирусология |1 |36 | | |
| | | | | | | | | | | |Иммунология |2 |72 | | | | | | | | | | | | | |
|Клеточная биология |2 |72 | | | | | | | | | | | | | | |Методы исследования
биологических макромолекул |2 |72 | | | | | | | | | | | | | |
|Микробиология |4 |144 | | | | | | | | | | | | | | |Молекулярная биология
|4 |144 | | | | | | | | | | | | | | |Энзимология |2 |72 | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |3. |Модуль биоинформатика |12 |432
| | | | | | | | | | | | | | |Базы данных и основные методы биоинформатики
|3 |108 | | | | | | | | | | | | | | |Функциональная аннотация биополимеров
|3 |108 | | | | | | | | | | | | | | |Cтруктурная аннотация биополимеров |3
|108 | | | | | | | | | | | | | | |Геномика и протеомика |3 |108 | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |4. |Модуль биоинженерия |8
|288 | | | | | | | | | | | | | | |Биоинженерия |2 |72 | | | | | | | | | | |
| | | |Генная инженерия |4 |144 | | | | | | | | | | | | | | |Инженерная
энзимология |2 |72 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | |Вариативная часть, в т.ч. дисциплины по выбору студента |31 |1116 |
| | | | | | | | | | | | | |Гистология |3 |108 | | | | | | | | | | | | | |
|Клеточная инженерия |3 |108 | | | | | | | | | | | | | | |Биоинженерия
растений |1 |36 | | | | | | | | | | | | | | |Биоинженерия микроорганизмов
|1 |36 | | | | | | | | | | | | | | |Использование биоинженерных методов в
медицине |2 |72 | | | | | | | | | | | | | | |Медицинская биохимия |1,5 |54
| | | | | | | | | | | | | | |Методы прикладной статистики в биологии |1,5
|54 | | | | | | | | | | | | | | |Моделирование структур биополимеров |2 |72
| | | | | | | | | | | | | | |Квантовая химия и строение молекул |2 |72 | |
| | | | | | | | | | | | |Использование математических методов в биологии
|1,5 |54 | | | | | | | | | | | | | | |Патологическая гистология |1,5 |54 |
| | | | | | | | | | | | | |Кинетика и механизмы ферментативных реакций |4
|144 | | | | | | | | | | | | | | |Биофизика |2 |72 | | | | | | | | | | | |
| | |Цитогенетика |3 |108 | | | | | | | | | | | | | | |Молекулярная
генетика |2 |72 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
|Б.4 Физическая культура
|2 |72
(400) | | | | | | | | | | | |ОК-17 | |Б.5 Учебная и производственная
практики (разделом учебной практики может быть НИР обучающегося) |39 |1404
| | | | | | | | | | | |ОК-1, ОК-3, ОК-6 -
ОК-16,
ОК-18,
ПК-1-ПК-24 | |Б.6 Итоговая государственная аттестация |36 |1296 | | | | | |
| | | | | |ОК-1, ОК-3, ОК-6 -
ОК-16,
ОК-18,
ПК-1-ПК-24 | | Всего:
|300
|10800
| | | | | | | | | | | | | |
.
Примерные программы дисциплин
Примерные программы дисциплин по «Истории», «Философии», «Иностранному
языку», «Безопасности жизнедеятельности» и «Физической культуре»
разрабатываются соответствующими научно-методическими советами (НМС) и
рекомендуются Минобрнауки России.
В качестве примерных программами дисциплин математического и
естественнонаучного цикла (математика, физика, информатика, химия и
экология), рекомендуется использовать программы, рекомендованными
соответствующими НМС.
Примерные программы дисциплин профессионального цикла приведены ниже.

Аннотация программы по биологии

1. Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины является обучение специалиста в области биоинженерии и
биоинформатики основным общебиологическим понятиям, а также получение
знаний в различных областях биологии.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
После обучения по данной дисциплине специалист должен:
- иметь опыт наблюдения, описания, идентификации, классификации,
культивирования биологических объектов;
- знать принцип системной организации, дифференциации и интеграции
функций организма;
- знать регуляторные механизмы обеспечения гомеостаза живых систем;
- знать особенности строения и функционирования основных систем
органов животных и человека; иметь представление о молекулярных
механизмах физиологических процессов, о принципах регуляции обмена
веществ, сравнительно-физиологических аспектах становления функций,
о принципах восприятия, передачи и переработки информации в
организме;
- владеть методами исследования и анализа живых систем;
- знать проявления фундаментальных свойств организма -
наследственности и изменчивости на всех уровнях организации живого
(молекулярном, клеточном, организменном и популяционном);
- иметь представление о генетике популяций и эволюционной генетике,
генетике человека, генетических основах и методах селекции;
- иметь представление о структуре гена, принципах и методах
генетического анализа, мутагенезе, мутагенных эффектах природных и
антропогенных факторов; иметь представление о фундаментальных
принципах и уровнях биологической организации, регуляторных
механизмах, действующих на каждом уровне;
- иметь четкую ценностную ориентацию на охрану жизни и природы;
3. Содержание дисциплин.
Зоология
Положение царства животных в мире живого. Многообразие животных:
одноклеточные, многоклеточные; беспозвоночные, хордовые. Дискретность
многообразия животных; реальность таксонов: тип, класс, отряд, семейство,
род, вид. Внутривидовой полиморфизм как начало эволюционного пути от вида к
другим таксонам. Слагаемые зоологии: морфология, онтогенез, жизненный цикл,
экология, структура вида. Связь зоологии с экологией, физиологией,
биохимией, генетикой, с эволюционным учением. Отдельные курсы посвящены
зоологии беспозвоночных и зоологии позвоночных.
Зоология беспозвоночных включает следующие разделы.
Одноклеточные животные (Рrоtоzоа). Положение одноклеточных животных
в общей системе живого. Принципы систематики Protozoa. Основные черты
строения, размножения, жизненных циклов, образа жизни одноклеточных.
Значение одноклеточных в биосфере и их значение как возбудителей болезней
человека и животных.
Многоклеточные животные (Metazoa). Общие черты многоклеточных:
генетическое единство всех клеток, морфофункциональная дифференцировка
клеток, онтогенез, многообразие этапов онтогенеза, жизненные циклы как
последовательная смена условий свершения онтогенеза. Типы симметрии в общей
организации тела и их связь с образом жизни. Эмбриональные пласты
двухслойных и трехслойных многоклеточных. Жизненные формы животных;
свободноживущие (одиночные, колониальные), симбиотические (формы симбиоза).
Процессы размножения: половой, бесполый, двуполый, партеногенез;
чередование процессов размножения.
Тип Губки (Porifera). Образ жизни, распространение, возраст,
количество видов. Общий план строения тела, его усложнения. Состав клеток,
их функции, мезохил, морфофункциональная лабильность клеток, типы скелета
губок. Особенности эмбриогенеза. Размножение, питание губок. Роль в
биосфере.
Тип Кишечнополостные (Coelenterata). Общий план строения: радиальная
симметрия, двухслойность; мезоглея. Эмбриональные клеточные пласты,
дифференцировка клеток в эмбриональных пластах. Жизненные циклы одиночных и
колониальных Hydrozoa, Anthozoa, Scyphozoa. Процессы питания, выделения,
дыхания. Значение в биосфере.
Тип Гребневики (Ctenophora). Общий план строения: ограничение
многолучевой симметрии, особенности гастральной полости, структура
мезоглеи, мезодермальные клетки и мышечные тяжи. Образ жизни и роль в
биосфере.
Тип Плоские черви (Plathelminthes). Общие черты организации: форма
тела, паренхима. Особенности питания, выделения, дыхания свободноживущих
ресничных (Turbellaria) и паразитических (Trematodes, Cestodes) плоских
червей. Общие черты организации паразитических животных и их жизненные
циклы.
Тип Немертины (Nemertini). Образ жизни и основные черты организации,
особенности онтогенеза. Вопрос о связи немертин с плоскими червями, с
кольчатыми червями.
Тип Круглые черви (Nemathelminthes). Образ жизни и организация
свободноживущих и паразитических нематод. Особенности строения кутикулы,
кожно-мышечного мешка, пищеварительной и выделительной системы и значение
этих особенностей для перехода к паразитизму. Эмбриональный и личиночный
этапы онтогенеза.
Тип Кольчатые черви (Annelida). Кожно-мышечный мешок, вторичная
полость тела, пищеварительная система. Гомономная и гетерономная метамерия,
организация выделительной, кровеносной и нервной систем. Органы движения,
дыхания. Размножение, эмбриональное и личиночное развитие.
Тип Членистоногие (Arthropoda). Классы типа: Ракообразные (Crustacea
- подтип Branchiata - жабродышащие); Многоножки, Насекомые (Myriapoda,
Insecta - подтип Tracheata - трахейные); Трилобиты, Мечехвосты,
Паукообразные (Trilobita, Xiphosura, Arachnida - подтип Trilobitomorpha и
подтип Chelicerata - хелицеровые). Общие черты организации типа:
хитинизация покровов, группы отдельных мышц, миксоцель, гетерономная
метамерия и тагмы тела, членистость конечностей и многообразие их функций.
Роль в биосфере представителей классов. Филогенетические связи классов типа
членистоногих и кольчатых червей.
Тип Моллюски (Mollusca). Классы типа: Брюхоногие (Gastropoda).
Панцирные (Polyplacophora), Двустворчатые (Bivalvia), Головоногие
(Cephalopoda), Моноплакофоры (Monoplacophora). Общие черты организации
типа: отделы тела, мантия и раковина, мантийная полость и ее органы, следы
метамерии; вторичная полость тела, почки. Своеобразие общих черт
организации в классах типа. Своеобразие билатеральной симметрии у
брюхоногих (торсионный процесс, асимметрия мантийных органов.
Тип Иглокожие (Echinodermata). Основные черты типа, как целомических
билатерий с энтероцельной закладкой мезодермы и вторичным ртом:
энтероцельная закладка мезодермы, развитие целома, мезодермический скелет,
формирование нервной системы. Особенности организации типа: элементы
радиальной симметрии, осевой комплекс, структура скелета, амбулакральная
система, пищеварительная и нервная система. Личинки иглокожих.
Проблемы происхождения беспозвоночных. Краткие сведения об
организации Placozoa, Mesozoa, Priapulida. Echiurida, Brachiopoda,
Chaetognata, Pogonophora. Теории происхождения одноклеточных и
многоклеточных животных. Филогенетические связи типов; группировка типов по
плану строения, эмбриональным пластам, полостям тела, эмбриогенезу.
Строение, жизнедеятельность, экология, поведение, распространение животных;
многообразие животного мира.
Зоология позвоночных. Общая характеристика типа хордовых Хордовые
как тип животного царства: пример эволюции на основе единого плана
строения. Положение типа хордовых в системе животного царства. Связь с
другими типами. Билатеральная симметрия, вторичная полость тела.
Вторичноротость как признаки, отражающие этапы эволюционного становления
типа.
Подтип оболочники (личинкохордовые), подтип бесчерепные, подтип
позвоночные. Общая характеристика подтипа, принципы организации основных
морфо-функциональных систем. Деление подтипа на классы; их объединение в
разделы и надклассы; нетаксономические группы: анамнии и амниоты,
пойкилотермные и гомойотермные.
Водные позвоночные (круглоротые, хрящевые рыбы, костные рыбы).
Выход позвоночных на сушу. Биологические предпосылки освоения
позвоночными воздушной среды. Происхождение наземных позвоночных.
Земноводные. Амфибии как первый класс наземных позвоночных.
Особенности воздушной среды: преобразования морфо-функциональных систем,
определяющие приспособления к наземному образу жизни.
Наземные позвоночные (амниоты): пресмыкающиеся, птицы,
млекопитающие. Сравнительная характеристика анамний и амниот. Особенности
пресмыкающихся (рептилий) птиц и млекопитающих как первичноназемных
позвоночных животных. Диагностические характеристики классов
пресмыкающихся, птиц, млекопитающих. Место человека в системе позвоночных.
Биологические и социальные факторы становления человека. Современная роль
человечества в биосфере.
Практические занятия заключаются в исследовании с помощью
микроскопа представителей всех указанных в программе групп беспозвоночных,
а также в изучении анатомии внутренних органов и скелетов позвоночных
животных. Необходимым элементом обучения является проведение летних полевых
практик продолжительностью 2-4 недели, позволяющих познакомиться с животным
миром в естественной среде обитания.

Ботаника
Ботаника как - наука о растениях и ее место в системе биологических
дисциплин. Роль растений в жизни нашей планеты и человечества. Основные
разделы ботаники: морфология, систематика, флористика, экология,
фитоценология. Этапы истории ботаники. Принципы ботанической классификации.
Основные таксономические категории. Разделение царства растений на два
подцарства.
Низшие растения.
Краткая характеристика высших и низших растений. Понятие о талломе.
Основные отделы низших растений: сине-зеленые водоросли, красные водоросли,
зеленые водоросли, диатомовые водоросли, бурые водоросли, грибы, лишайники.
Распределение этих отделов по группам: прокариоты и эукариоты. Автотрофные
и гетеротрофные низшие растения и их роль в природе. Роль низших растений в
народном хозяйстве. Значение низших растений в качестве объектов
экспериментальных исследований.
Отдел сине-зеленые водоросли. Строение клетки, талломов,
систематическое деление на классы хлорококковые и гормогониевые,
представители. Общая характеристика отделов эукариотных водорослей.
Строение клетки водорослей. Размножение водорослей: вегетативное, бесполое,
половое. Смена ядерных фаз и чередование поколений. Условия образования
органов бесполого и полового размножения.
Отдел красные водоросли. Общая характеристика, деление на классы
бангиевые и флоридеи, представители.
Отдел зеленые водоросли. Класс равножгутиковые. Порядки:
вольвоксовые, хлорококковые, улотриксовые, хетофоровые, эдогониевые,
сифонокладиевые, бриопсидовые (сифоновые).
Отдел диатомовые водоросли. Классы центрические и перистые,
отличительные черты их, представители.
Отдел бурые водоросли. Классы изогенератные, гетерогенератные,
циклоспоровые. Представители.
Отдел грибы. Общая характеристика. Строение вегетативного тела у
грибов. Строение грибной клетки. Смена ядерных фаз в разных группах грибов.
Типы плодовых тел, главнейшие классы грибов: зигомицеты, аскомицеты,
базидиомицеты, несовершенные грибы.
Отдел лишайники. Общая характеристика. Строение таллома,
размножение, систематическое положение грибов и водорослей, входящих в
состав лишайников. Характер взаимоотношений гриба и водоросли в лишайнике.
Представители. Значение в природе и жизни человека.
Высшие растения. Общая характеристика высших растений Выход
растений на сушу. Особенности жизни растений в наземных условиях. Теломная
теория. Возникновение органов: корней, стебля, листьев. Специализация
клеток и возникновение тканей. Структурные особенности их клеток. Первичная
и вторичная меристемы. Первичные и вторичные постоянные ткани. Понятие о
побеге. Стебель и его основные функции. Формы и размеры стеблей. Ветвление
стеблей: дихотомическое, моноподиальное и симподиальное. Камбий и вторичное
утолщение. Особенности заложения и дифференциации ксилемы в стебле. Стебель
древесных растений. Годичные кольца древесины. Возрастные изменения
древесины и луба. Использование древесины и луба в народном хозяйстве. Лист
и его основные функции. Основные части листа. Морфология и анатомия
листовой пластинки. Листопад, его значение в жизни растений, механизм
листопада. Видоизменения побегов: корневище, столон, клубень, луковица,
колючка и т.д. Корень. Основные функции корня. Топографические зоны корня:
деления, растяжения, поглощения, проведения. Корневой чехлик. Корневые
волоски. Внутреннее строение корня: первичная кора, центральный цилиндр.
Отличие корня от стебля.
Размножение высших растений: Вегетативное и бесполое, половое
воспроизведение. Вегетативное размножение растений: корневищами, черенками,
порослью, клубнями, луковицами, выводковыми почками. Значение вегетативного
размножения растений в природе и сельскохозяйственной практике. Бесполое
размножение. Спорообразование у высших растений. Строение спор. Равно - и
разноспоровость. Половое воспроизведение. Особенности полового процесса у
высших растений. Строение половых органов (антеридиев и архегониев) и
гамет. Чередование ядерных фаз у высших растений и его экологическая
обусловленность. Понятие о спорофите и гаметофите. Редукция гаметофита в
связи с разноспоровостью. Две линии эволюционного развития высших растений
- с преобладанием гаметофита и спорофита.
Цели и задачи современной систематики растений. Отдел Моховидные.
Общая характеристика. Жизненный цикл. Деление на классы: антоцеротовые,
печеночники, листостебельные мхи. Происхождение мохообразных. Экология,
географическое распространение, значение в природе и народном хозяйстве.
Отдел Псилофитовидные (Риниофиты). Общая характеристика и
анатомическая структура основных представителей: ринии, хорнеофитона,
куксонии. Жизненный цикл. Разные точки зрения на положение отдельных
представителей и всего отдела в системе высших растений.
Отдел Псилотовидные. Строение спорофита и гаметофита. Черты сходства
с псилофитовидными.
Отдел Плауновидные. Общая характеристика. Жизненный цикл.
Особенности строения плауна и плаунка (селагинеллы): стебель, проводящая
система, листья; равноспоровость и разноспоровость. Половое поколение,
редукция гаметофита у разноспоровых представителей. Ископаемые
плауновидные.
Отдел Хвощевидные. Общая характеристика хвоща. Жизненный цикл.
Особенности строения спорофита: листья, ветвление, проводящая система.
Гаметофит. Ископаемые представители хвощевидных, их значение для выяснения
происхождения и эволюции хвощевидных, их геологическая роль.
Отдел Папоротниковидные. Общая характеристика. Жизненный цикл.
Крупнолистность. Происхождение листа. Разнообразие строения спорофита.
Гаметофит. Типы стелы. Особенности формирования спорангиев (эвспорангиатные
и лептоспорангиатные формы). Краткая характеристика папоротников. Значение
современных папоротниковидных в природе.
Отдел семенные папоротники. Общая характеристика. Возникновение
семезачатка и семени. Значение семени для эволюции наземных растений.
Значение этого отдела для дальнейшего развития семенных растений.
Отдел голосеменные. Общая характеристика. Жизненный цикл. Разделение
на классы: саговниковые, шишконосные, оболочкосеменные, гинкговые. Класс
саговниковые. Общая характеристика. Саговник, строение листьев, стебля,
органов спороношения. Особенности строения гамет офитов. Половой процесс.
Семя. Беннетиты. Значение голосеменных в природе и народном хозяйстве.
Отдел покрытосеменные. Общая характеристика. Разнообразие внутренних
форм и общего строения. Строение цветка: цветоложе; околоцветник и
многообразие его строения (симметрия, срастание, редукция); андроцей;
строение тычинки, пыльник, образование микроспор и пыльцы. Разнообразие
строения андроцея. Гинецей. Пестик. Апокарпия, ценокарпия. Положение завязи
в цветке. Строение семезачатка. Образование мегаспор, строение женского
гаметофита - зародышевого мешка. Основы экологии опыления. Абиотическое и
биотическое опыление. Двойное оплодотворение. Развитие семени. Строение
семян с эндоспермом, без эндосперма, с периспермом. Развитие плода.
Основные типы плодов: апокарпии, синкарпии, паракарпии, лизикарпии.
Многообразие плодов и семян. Плоды и семена - элементы расселения и
возобновления растений. Морфологическая природа и происхождение цветка
покрытосеменных растений - эвантовая, псевдантовая и теломная теории.
Соцветия, их основные типы. Направления эволюции соцветий.
Разделение покрытосеменных на классы. Класс двудольные. Класс
однодольные. Основные направления эволюции покрытосеменных. Главные порядки
покрытосеменных. Жизненный цикл покрытосеменных растений. Гомологии и
аналогии с голосеменными и папоротниковидными. Значение покрытосеменных для
человечества.
Понятие о растительных сообществах. Флора и растительность.
Растительное сообщество, общее понятие, определение. Процесс формирования
растительного сообщества на обнажении. Взаимоотношения между растениями.
Признаки растительного сообщества: условия существования, видовой состав,
ярусная структура, количественные соотношения видов, жизненность.
Воздействие на среду обитания и выработка фитосреды. Динамика растительных
сообществ: сезонные и годичные изменения, смены (сукцессии). Распределение
по земному шару флористических комплексов (флор) и типов растительности.
Практические занятия заключаются в знакомстве с общими
закономерностями строения вегетативных и репродуктивных органов высших и
низших растений, используя живой, гербарный или фиксированный в спирте
материал, а также в освоении техники приготовления анатомических
препаратов.
Необходимым элементом обучения является проведение летних полевых
практик продолжительностью 2-3 недели, позволяющих познакомиться с
разнообразием мира растений.

Генетика
Предмет генетики. Понятие о наследственности и изменчивости,
Место генетики среди биологических наук. Истоки генетики. Понятия:
ген, генотип и фенотип. Фенотипическая и генотипическая изменчивость,
мутации. Основные этапы развития генетики. Роль отечественных ученых в
развитии генетики и селекции (Н. И. Вавилов, А. С. Серебровский,
Н.К.Кольцов, Ю.А.Филипченко, С.С.Четвериков и др.). Значение генетики
для решения задач селекции, медицины, биотехнологии, экологии.
Материальные основы наследственности. Понятие о генетической
информации. Доказательства роли ядра и хромосом и явлениях
наследственности. Локализация генов в хромосомах. Роль
цитоплазматических факторов в передаче наследственной информации.
Деление клетки и воспроизведение. Митотический цикл и фазы митоза.
Мейоз и образование гамет. Конъюгация хромосом. Редукция числа
хромосом. Генетическая роль митоза и мейоза. Кариотип. Парность
хромосом в соматических клетках. Гомологичные хромосомы. Специфичность
морфологии и числа хромосом. Молекулярные основы наследственности.
Истоки биохимической генетики. Концепция "один ген - один полипептид".
Белок как элементарный признак. Доказательства генетической роли
нуклеиновых кислот (трансформация у бактерий, опыты с вирусами).
Модель ДНК Уотсона и Крика. Функции нуклеиновых кислот в реализации
генетической информации: репликация, транскрипция и трансляция.
Методологическое значение принципа передачи генетической информации:
ДНК<->РНК>белок. Свойства генетического кода. Доказательства
триплетности кода. Расшифровка кодонов. Вырожденность кода.
Терминирующие кодоны. Понятие о генетической супрессии.
Универсальность кода. Строение хромосом: хроматида, хромомеры,
эухроматические и гетерохроматические районы хромосом. Изменения в
организации морфологии хромосом в ходе митоза и мейоза. Репликация
хромосом. Политения. Онтогенетическая изменчивость хромосом.
Молекулярная организация хромосом прокариот и эукариот. Компоненты
хроматина: ДНК, РНК, гистоны, другие белки. Уровни упаковки хроматина,
нуклеосомы.
Генетический анализ Основные закономерности наследования. Цели
и принципы генетического анализа. Методы: гибридологический,
мутационный, цитогенетический, генеалогический, популяционный,
близнецовый, биохимический. Основы гибридологического метода: выбор
объекта, отбор материала для скрещиваний, анализ признаков, применение
статистического метода. Разрешающая способность гибридологического
метода. Генетическая символика. Моногибридные и полигибридные
скрещивания. Закономерности наследования при моногибридном
скрещивании, открытые Г.Менделем. Представление об аллелях и их
взаимодействиях: полное и неполное доминирование, кодоминирование.
Закон "чистоты гамет". Гомозиготность и гетерозиготность.
Анализирующее скрещивание, анализ типов и соотношения гамет у
гибридов. Расщепление по фенотипу и генотипу во втором поколении и
анализирующем скрещивании при моногенном контроле признака и разных
типах аллельных взаимодействий. Относительный характер доминирования.
Возможные биохимические механизмы доминирования. Закономерности
наследования в ди- и полигибридных скрещиваниях при моногенном
контроле каждого признака: единообразие первого поколения и
расщепление во втором поколении. Закон независимого наследования
генов. Статистический характер расщеплений. Общая формула расщеплений
при независимом наследовании. Значение мейоза в осуществлении законов
"чистоты гамет" и независимого наследования. Условия осуществления
"менделевских" расщеплений. Биохимические основы неаллельных
взаимодействий. Особенности наследования количественных признаков
(полигенное наследование). Использование статистических методов при
изучении количественных признаков. Представление о генотипе как
сложной системе аллельных и не аллельных взаимодействий генов.
Плейотропное действие генов. Пенентрантность и экспрессивность.
Хромосомное определение пола и наследование признаков, сцепленных с
полом. Половые хромосомы, гомо- и гетерогаметный пол; типы
хромосомного определения пола. Наследование признаков, сцепленных с
полом. Значение реципрокных скрещиваний для изучения сцепленных с
полом признаков. Наследование при нерасхождении половых хромосом.
Балансовая теория определения пола. Гинандроморфизм. Сцепленное
наследование и кроссинговер. Значение работ школы Т.Моргана в изучении
сцепленного наследования признаков. Группы сцепления. Кроссинговер.
Цитологические доказательства кроссинговера. Множественные перекресты.
Интерференция. Линейное расположение генов в хромосомах. Основные
положения хромосомной теории наследственности по Т.Моргану.
Генетические карты, принцип их построения у эукариот. Использование
данных цитогенетического анализа для локализации генов. Особенности
микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация
генетического аппарата у бактерий. Представление о плазмидах, эписомах
и мигрирующих генетических элементах (инсерционные последовательности,
транспозоны). Методы, применяемые в генетическом анализе у бактерий и
бактериофагов: клональный анализ, метод селективных сред, метод
отпечатков и др. Особенности процессов, ведущих к рекомбинации у
прокариот. Конъюгация у бактерий. Кольцевая карта хромосом прокариот.
Генетическая рекомбинация при трансформации. Трансдукция у бактерий.
Общая и специфическая трансдукция. Использование трансформации и
трансдукции для картирования генов. Сопоставление методов
генетического анализа у прокариот и эукариот.
Внеядерное наследование. Закономерности нехромосомного
наследования, отличие от хромосомного наследования, методы изучения.
Материнский эффект цитоплазмы. Пластидная наследственность.
Митохондриальная наследственность. Взаимодействие ядерных и внеядерных
генов. Цитоплазматическая мужская стерильность у растений.
Инфекционные факторы внеядерной наследственности. Плазмидное
наследование. Свойства плазмид: трансмиссивность, несовместимость,
детерминирование признаков устойчивости к антибиотикам и другим
лекарственным препаратам, образование колицинов и др. Использование
плазмид в генетических исследованиях. Значение изучения нехромосомного
наследования в понимании проблем эволюции клеток высших организмов,
происхождения клеточных органелл - пластид и митохондрий. Эндосимбиоз.

Генетическая изменчивость. Понятие о наследственной и
ненаследственной (модификационной) изменчивости. Формирование
признаков как результат взаимодействия генотипа и факторов среды.
Норма реакции генотипа. Адаптивный характер модификаций. Использование
математических методов при анализе изменчивости организмов.
Комбинативная изменчивость, механизм ее возникновения, роль в эволюции
и селекции. Геномные изменения: полиплоидия, анеуплоидия.
Автополиплоиды, аллополиплоиды. Роль полиплоидии в эволюции и
селекции. Анеуплоидия: нуллисомики, моносомики, полисомики, их
использование в генетическом анализе. Хромосомные перестройки. Внутри-
и межхромосомные перестройки: делеции, дупликации, инверсии,
транслокации, транспозиции. Механизмы их возникновения, использование
в генетическом анализе для локализации отдельных генов и составления
генетических карт. Классификация генных мутаций. Представление о
прямых и обратных, генеративных и соматических, адаптивных и
нейтральных летальных и условно летальных, ядерных и неядерных,
спонтанных и индуцированных мутациях. Общая характеристика
молекулярной природы возникновения генных мутаций. Роль мобильных
генетических элементов в возникновении генных мутаций и хромосомных
перестроек. Спонтанный и индуцированный мутационный процесс.
Количественная оценка частот возникновения мутаций. Радиационный
мутагенез. Химический мутагенез. Антимутагены. Мутагены окружающей
среды и методы их тестирования.
Теория гена. Структура генома. Представление школы Моргана о
строении и функции гена. Функциональный и рекомбинационный критерии
аллелизма. Множественный аллелизм. Мутационная и рекомбинационная
делимость гена. Работы школы Серебровского по ступенчатому аллелизму.
Псевдоаллелизм. Функциональный тест на аллелизм (цис-транс-тест).
Исследование тонкой структуры гена на примере фага Т4 (Бензер).
Сопоставление физических и генетических размеров единиц карты для
установления размеров гена и минимальной единицы мутирования и
рекомбинации. Ген как единица функции (цистрон). Явление межаллельной
комплементации, относительность критериев аллелизма. Молекулярно
генетические подходы в исследовании тонкого строения генов.
Перекрывание генов в одном участке ДНК. Интрон-экзонная организация
генов эукариот, сплайсинг. Структурная организация генома эукариот.
Классификация повторяющихся элементов генома. Семейства генов.
Псевдогены. Регуляторные элементы генома. Молекулярно-генетические
методы картирования генома. Проблемы происхождения и молекулярной
эволюции генов.
Молекулярные механизмы генетических процессов. Преемственность
проблем "классической" и молекулярной генетики. Мутационные модели.
Генетический контроль и молекулярные механизмы репликации. Нарушения в
процессах репарации как причина наследственных молекулярных болезней.
Генетика развития. Онтогенез как реализация наследственно
детерминированной программы развития. Стабильность генома и
дифференциальная активность генов в ходе индивидуального развития.
Первичная дифференцировка цитоплазмы, действие генов в раннем
эмбриогенезе, амплификация генов. Роль гомейозисных генов в
онтогенезе. Опыты по трансплантации ядер. Методы клонирования
генетически идентичных организмов. Тканеспецифическая активность
генов. Функциональные изменения хромосом в онтогенезе (пуффы,
"ламповые щетки"); роль гормонов, эмбриональных индукторов. Факторы,
определяющие становление признаков в онтогенезе: плейотропное действие
генов, взаимодействие генов и клеток, детерминация. Мутации,
переопределяющие пол в ходе онтогенеза.
Популяционная и эволюционная генетика. Понятие о виде и
популяции. Популяция как естественноисторическая структура. Понятие о
частотах генов и генотипов. Математические модели в популяционной
генетике. Закон Харди-Вайнберга, возможности его применения.
С.С.Четвериков - основоположник экспериментальной популяционной
генетики. Генетическая гетерогенность популяций. Методы изучения
природных популяций. Факторы динамики генетического состава популяции
(дрейф генов), мутационный процесс, межпопуляционные миграции,
действие отбора. Взаимодействие факторов динамики генетической
структуры в природных популяциях. Понятие о внутрипопуляционном
генетическом полиморфизме и генетическом грузе. Естественный отбор как
направляющий фактор эволюции популяций. Понятие о приспособленности и
коэффициенте отбора. Роль генетических факторов в эволюции.
Молекулярно-генетические основы эволюции. Задачи геносистематики.
Значение генетики популяций для медицинской генетики, селекции,
решения проблем сохранения генофонда и биологического разнообразия.
Генетические основы селекции. Предмет и методология селекции.
Генетика как теоретическая основа селекции. Учение об исходном
материале. Центры происхождения культурных растений по Н.И. Вавилову,
Понятие о породе, сорте, штамме. Сохранение генофонда ценных
культурных и диких форм растений и животных. Закон гомологических
рядов в наследственной изменчивости. Значение наследственной
изменчивости организмов для селекционного процесса и эволюции. Роль
частной генетики отдельных видов организмов в селекции. Роль
полиплоидии в повышении продуктивности растений. Системы скрещиваний в
селекции растений и животных. Аутбридинг. Инбридинг. Коэффициент
инбридинга - показатель степени гомозиготности организмов. Линейная
селекция. Отдаленная гибридизация. Особенности межвидовой и межродовой
гибридизации; скрещиваемость, фертильность и особенности расщепления у
гибридов. Пути преодоления нескрещиваемости. Методы отбора:
индивидуальный и массовый отбор. Отбор по фенотипу и генотипу (оценка
по родословной и качеству потомства). Сибселекция. Перспективы методов
генетической и клеточной инженерии в селекции и биотехнологии.
Генетика человека Особенности человека как объекта генетических
исследований. Методы изучения генетики человека: генеалогический,
близнецовый, цитогенетический, биохимический, онтогенетический,
популяционный. Использование метода гибридизации соматических клеток
для генетического картирования. Изучение структуры и активности генома
человека с помощью методов молекулярной генетики. Программа "Геном
Человека". Проблемы медицинской генетики. Роль генетических и
социальных факторов в эволюции человека.
Практические задачи проводятся на модельных генетических объектах:
горохе посевном (Pisum Sativum L.) и плодовой мушке (Drosofila
melanogaster) и позволяют выявить характер независимого и сцепленного
наследования признаков, типы взаимодействия аллельных и неаллельных генов,
сцепление генов и кроссинговер.

Физиология животных и человека
Физиология как наука о функциях организма и отдельных его частей.
Методы физиологических исследований. Роль физиологии в развитии медицины и
ветеринарии.
Физиология возбудимых клеток. Структура и свойства мембраны
возбудимых клеток. Механизмы трансмембранного транспорта ионов. Ионные
насосы. Соотношение основных потенциалообразующих ионов внутри клетки и в
межклеточной жидкости; понятие о потенциалах равновесия для этих ионов.
Механизм формирования потециала покоя. Формула Нернста. Возбуждение.
Раздражение клетки электрическим током. Законы раздражения. Электрически
управляемые ионные каналы и их свойства. Локальный ответ, критический
уровень деполяризации. Порог раздражения. Изменения возбудимости при
действии катода и анода. Потенциал действия - ответ по закону "все или
ничего". Ионный механизм генерации потенциала действия. Натриевая
инактивация. Рефрактерность. Аккомодация. Проведение возбуждения вдоль
нервного или мышечного волокна. Электротоническая и импульсная составляющая
процесса распространения возбуждения. Зависимость скорости проведения от
диаметра волокна. Особенности проведения возбуждения в миелинизированных
нервных волокнах. Передача возбуждения с одной клетки на другую.
Электрические и химические синапсы, их структурные и функциональные
различия. Передача возбуждения с нерва на скелетную мышцу как пример
функционирования химического синапса. Секреция ацетилхолина из
синаптического окончания, электро-секреторное сопряжение, роль Са.
Взаимодействие медиатора с холинорецепторами постсинаптической мембраны.
Химически управляемые ионные каналы. Постсинаптический потенциал, его
отличия от потенциала действия. Генерация потенциала действия в мышце.
Пластичность синаптической передачи.
Физиология мышц Поперечно-полосатые мышцы. Строение саркомера.
Сократительные белки. Теория скольжения нитей. Роль Са и АТФ.
Саркоплазматический ретикулум. Зависимость силы сокращения от исходной
длины мышцы. Одиночное и тетаническое сокращение. Фазные и тонические
мышечные волокна, особенности их иннервации и сокращения. Моторная единица.
Гладкие мышцы. Особенности структурно-функциональной организации и
свойства.
Физиология нервной системы. Нейрон как структурно-функциональная
единица нервной системы. Элементы нейрона: сома, дендриты, аксон, аксонный
холмик. Аксонный транспорт. Отличия центральных синапсов от нервно-
мышечного. Необходимость суммации постсинаптических потенциалов для
генерации потенциала действия. Множественность синаптических контактов на
нейроне. Временная и пространственная суммация как основа интегративной
деятельности нейрона. Пресинаптическое и постсинаптическое облегчение и
торможение. Ионная природа тормозных и возбуждающих постсинаптических
воздействий. Основные типы медиаторов и механизмы их взаимодействия с
рецепторами. Медиаторы и модуляторы. Особенности действия пептидных
медиаторов и модуляторов. Афферентные, промежуточные и эфферентные нейроны.
Понятие о рефлексе и рефлекторной дуге. Основная задача центральной нервной
системы (ЦНС) - выбор пути распространения возбуждения и объединение
нейронов в функциональные ансамбли. Принципы функциональных связей в
нервных центрах. Дивергенция и конвергенция. Явления окклюзии и облегчения.
Возбуждающие и тормозные связи между нейронами. Фиксированные нервные цепи
и стандартные программы как основа безусловных рефлексов и стереотипных
форм поведения. Механизмы модуляции эффективности синаптической передачи
как способ изменения стандартных программ, их роль в формировании
поведенческих реакций, процессах обучения и памяти. Сенсорные системы.
Генерация импульсной активности в рецепторе (на примере фоторецептора);
частотное кодирование силы воздействия. Механизмы, обеспечивающие
адекватность восприятия. Структурно-функциональная организация основных
органов чувств: органы слуха, зрения, равновесия, обонятельные, вкусовые и
кожные рецепторы. Пути поступления афферентной информации в головной мозг.
Общий план строения нервной системы позвоночных. Соматическая
система. Спинной мозг, рефлекторная и проводящая функции. Мотонейроны,
принцип общего конечного пути. Спинномозговые двигательные рефлексы.
Мышечные веретена и сухожильные органы. Гамма-мотонейроны и их
функциональное значение. Влияния структур головного мозга на спинальные
двигательные функции. Роль продолговатого, среднего, промежуточного мозга,
мозжечка, подкорковых ядер и коры больших полушарий в формировании
двигательных программ. Органы равновесия и их участие в позных и
двигательных реакциях. Вегетативная нервная система. Ее роль в регуляции
внутренних органов и поддержании гомеостаза. Структурно-функциональная
организация симпатического и парасимпатического отделов и их регуляторные
взаимоотношения. Медиаторы вегетативной нервной системы. Вегетативные
ганглии, их интегративная функция и участие в формировании конечного
регуляторного влияния на эффекторные структуры. Периферические вегетативные
рефлексы. Структуры ЦНС, участвующие в регуляции вегетативных функций.
Связь соматических и вегетативных механизмов регуляции.
Эндокринная система. Особенности гуморальной регуляции. Механизмы,
обеспечивающие адресованность влияний. Химическая природа основных групп
гормонов и особенности их взаимодействия с клетками-мишенями
(внутриклеточная и мембранная рецепция). Понятие о вторичных мессенджерах
(Са, циклические нуклеотиды). Основные железы внутренней секреции,
выделяемые ими гормоны и их функциональная роль: половые железы (механизм
дифференцировки пола), надпочечники (мозговой и корковый слой),
поджелудочная железа, щитовидная железа, околощитовидные железы, гипофиз.
Регуляция деятельности желез внутренней секреции. Связь нервных и
гормональных механизмов регуляции, гипоталамо-гипофизарная система. Тропные
гормоны. Гипоталамические регуляторные факторы. Гормоны желудочно-кишечного
тракта и почек. Атриопептид.
Защитные системы организма. Неспецифические и специфические
механизмы защиты. Процесс свертывания крови. Фагоцитоз. Иммунная система.
Основная задача иммунитета - защита от всего генетически чужеродного.
Антиген. Антитело. Клеточные основы иммунитета. В и Т лимфоциты. Роль
тимуса. Гуморальный и клеточный иммунитет, их особенности, взаимодействие
между собой и с неспецифическими системами защиты. Группы крови. Резус-
фактор. Патологии, связанные с нарушениями работы иммунных систем: иммунные
дефициты, аутоиммунные заболевания, аллергии.
Кровообращение. Функции системы кровообращения. Особенности
кровообращения у разных классов позвоночных животных. Строение сердца
теплокровного. Сердечный цикл. Автоматия; истинные и латентные водители
ритма. Проводящая система сердца. Атрио-вентрикулярная задержка и ее
функциональный смысл. Рабочий миокард; межклеточные контакты; соотношение
между длительностью потенциала действия и сокращения. Электрокардиограмма,
метод регистрации и информативное значение. Систолический и минутный объем
сердца. Механизмы регуляции сердечной деятельности: миогенные механизмы
(закономерности Франка-Старлинга и Анрепа); местные внутрисердечные
рефлексы; центральные (экстракардиальные) механизмы нервной регуляции.
Влияния симпатических и парасимпатических нервов на сердце. Основные
рефлексогенные зоны, участвующие в рефлекторной регуляции работы сердца.
Основные принципы гемодинамики и факторы, определяющие величину кровяного
давления. Общая характеристика изменений давления и линейной скорости
кровотока в различных частях кровяного русла. Артериолы, их строение и роль
в регуляции кровотока. Капиллярный кровоток (строение стенки капилляра;
фильтрация, диффузия, абсорбция; роль гидростатического и онкотического
давления в этих процессах). Регуляция капиллярного кровотока. Венозный
кровоток и его особенности. Иннервация сосудов. Бульбарный сосудо-
двигательный центр; основные рефлексогенные зоны сосудистого русла.
Механизмы перераспределения крови. Гуморальные механизмы регуляции
кровотока: вазопрессин, адреналин, система ренин-ангиотензин-альдостерон,
атриопептид, продукты метаболизма.
Дыхание. Строение легких. Механизм легочного дыхания. Дыхательные
мышцы и их иннервация. Дыхательный центр и его работа. Регуляция дыхания.
Рефлексы саморегуляции с рецепторов растяжения легких и их роль в
механизмах смены вдоха выдохом. Влияния газового состава крови на дыхание.
Рефлексы с хеморецепторов сосудистых рефлексогенных зон и продолговатого
мозга.
Пищеварение. Общее строение пищеварительного тракта. Особенности
пищеварения в различных отделах желудочно-кишечного тракта. Нервные и
гуморальные механизмы регуляции желудочной секреции и секреции
поджелудочной железы. Строение кишечной ворсинки. Пристеночное (мембранное)
пищеварение, его смысл и значение. Механизмы всасывания; особенности
всасывания аминокислот, углевода и жиров. Роль печени.
Выделение. Почки. Строение нефрона. Особенности почечного
кровообращения. Клубочковая фильтрация, канальцевые реабсорбция и секреция.
Активная реабсорбция натрия и сопряженный транспорт воды. Противоточно-
поворотная система и ее роль в механизмах концентрирования мочи. Регуляция
выделительной функции почки. Роль почки в регуляции АД и осмотического
давления плазмы. Антидиуретический гормон, система ренин-ангиотензин-
альдостерон, атриопептид.
Практические занятия заключаются в экспериментальном изучении
физиологии возбудимых тканей и нервно-мышечной физиологии (на примере
регистрации потенциала действия седалищного нерва, а также сократительного
ответа икроножной мышцы лягушки). Желательно также изучение нервной и
гуморальной регуляции работы сердца на препарате изолированного сердца
лягушки.

Эмбриология
Эмбриология (биология развития) как наука о закономерностях
онтогенеза многоклеточных организмов, начиная с гаметогенеза и включая
послезародышевое развитие. Эмбриология изучает строение и функции
зародышей на последовательных стадиях развития вплоть до становления
взрослых форм и последующего старения организма.
Предмет и история эмбриологии. Предмет эмбриологии, ее связь с
другими биологическими дисциплинами. Краткий обзор истории
эмбриологии. Воззрения Гиппократа и Аристотеля. Эмбриология ХYII-ХYIII
вв. Преформисты и эпигенетики. Работы К.Ф.Вольфа. Развитие эмбриологии
в XIX веке. Значение работ К. Бэра. Влияние дарвинизма на эмбриологию.
Сравнительно-эволюционное направление (А.С. Ковалевский, Э. Геккель,
И.И. Мечников). Исторические корни экспериментальной эмбриологии, ее
современные задачи. Каузально-аналитический метод, его сильные и
слабые стороны. Дискуссия неопреформистов и неоэпигенетиков (В. Гис,
В.Ру, Г.Дриш). Основные направления и задачи современной описательной,
экспериментальной, сравнительной и теоретической эмбриологии. Ее связь
с цитологией, генетикой и молекулярной биологией. Прикладное значение
эмбриологии.
Гаметогенез. Формирование первичных половых клеток (гоноцитов)
у различных групп животных (губки, кишечнополостные, круглые черви,
ракообразные, позвоночные). Миграции гоноцитов в гонаду. Оогенез, его
основные периоды: размножение, рост, созревание яйцеклеток. Типы
питания яйцеклеток; фагоцитарный, нутриментарный, фолликулярный. Связь
яйцеклетки с питательными клетками при разных типах питания;
поступающие в яйцеклетку вещества. Превителлогенез и вителлогенез.
Профаза мейоза, протекающие в ней цитологические и биохимические
перестройки. Амплификация генов. Синтез рРНК и мРНК. Поляризация
яйцеклетки. Характерные особенности сперматогенеза. Спермиогенез.
Оплодотворение. Дистантные взаимодействия гамет. Случаи
хемотаксиса. Гиногамоны, андрогамоны. спермиолизины, их роль.
Контактные взаимодействия гамет. Активация спермия - акросомная
реакция. Активация яйцеклеток - кортикальная реакция. Ее биохимические
основы. Поведение пронуклеусов и центриолей при оплодотворении, фаза
зрелости яйцеклеток различных групп животных при проникновении
сперматозоида. Синтез ДНК в пронуклеусах. Каригамия. Определение пола
при оплодотворении. Ооплазматическая сегрегация в разных типах яиц и
ее морфогенетическая роль. Цитологические механизмы определения
сагиттальной плоскости в яйцеклетке амфибии. Искусственный и
естественный партеногенез. Гиногенсз. Андрогенез. Теоретический
интерес и практическое применение этих явлений. Экстракорпоральное
оплодотворение у животных и человека.
Дробление. Общая характеристика процесса дробления. Его
биологический смысл. Особенности клеточного цикла при дроблении
Особенности синтетических процессов при дроблении. Моменты включения
материнских и отцовских генов. Пространственная организация дробления.
Значение количества и распределения желтка. Правила Сакса - Гертвига.
Основные закономерности спирального дробления. Значение взаимодействия
бластомеров для пространственной организации голобластическою
дробления. Ооплазматическая сегрегация при дроблении. Регуляционные
способности бластомеров у зародышей различных систематических групп
(кишечнополостные, моллюски, асцидии, иглокожие, амфибии). Механизмы
бластуляции. Типы 6ластул, связь их строения с морфологией дробления.
Гаструляция и формирование основных закладок органов у
позвоночных животных. Описание и результаты экспериментального
анализа. Способы гаструляции: деламинация, иммиграция, эпиболия,
инвагинация и различные их сочетания. Типы гаструл. Способы закладки
мезодермы. Осевая мезодерма и ее дальнейшая дифференцировка: боковая
пластинка. Нейруляция у зародышей амфибий. Морфогенетические движения
при гаструляции и нейруляции амфибий. Интеркаляция и конвергенция
клеток. Карты презумптивных зачатков. Гетерономная метамерия
Сегментация мезодермы и генетический контроль (гомеозисные гены).
Эмбриональная регуляция. Закон Дриша и "позиционная информация".
Эмбриональная индукция и ее этапы в раннем развитии амфибий. Индукция
нейральных закладок хордомезодермой (первичная индукция по Г.Шпеману).
Индукция мезодермы (П. Ньюкуп). Тангенциальная индукция. Современные
представления о молекулярных механизмах индукционных процессов.
Понятие компетенции эмбриональной закладки, ее роль в определении
отвода на индукционное воздействие.
Элементы сравнительной эмбриологии позвоночных. Закон
зародышевого сходства Бэра и его современная трактовка.
Морфогенетические движения в раннем развитии костистых рыб.
Особенности закладки зародышевых листков у рептилий. Гаструляция у
птиц, внезародышевая и зародышевая энтодерма у птиц. Первичная полоска
и бороздка, их дифференцировка. Гомологизация с бластопором амфибии.
Нейруляция: закладка осевых органов. Сегментация мезодермы и
днфференцировка сомита. Дифференцировка отделов головного мозга.
Развитие сердца. Формирование внезародышевых органов: оболочек,
желточного мешка и аллантоиса. Особенности биологии развития и
размножения млекопитающих. Дробление, формирование бластоцисты.
Внезародышевые образования, особенности их строения и функции. Типы
плацент. Экспериментальные исследования по эмбриологии млекопитающих,
их значение для сельского хозяйства и медицины.
Некоторые сведения об органогенезах. Формирование головного
мозга, глаз и конечностей позвоночных, Морфогенетические
взаимодействия между частями зачатка при развитии глаза, конечностей,
желез пищеварительного тракта. Детерминация и регуляции при развитии
органов. Вторичные эмбриональные индукции, их механизмы. Контактные и
дистантные взаимодействия клеток. Механизмы клеточной агрегации.
Дифференциация клеток. Дифференцировка клеток как синтез
специфических белков и сборка; надмолекулярных структур.
Дифференцирующая роль движений внутриклеточных компонентов,
Дифференцировка клеточных мембран. Современные представления о
механизмах регуляции синтезов специфических белков. Возможные уровни
регуляции: уровень соматических мутаций, транскрипционный,
трансляционный, посттрансляционный. Что дают опыты по пересадкам
клеточных ядер для суждения об уровнях регуляции? Дифференциальная
экспрессия генов, ее основные пространственные закономерности у
зародышей насекомых и позвоночных. Химические и физические регуляторы
клеточной дифференцировки.
Элементы эволюционной эмбриологии. Представления о
происхождении многоклеточности. Биогенетический закон и его
современная трактовка. Гегерохронии (Э. Геккель), их роль в эволюции.
Гетерохромная метамерия (П.П. Иванов) в понимании происхождения
сегментации. Понятие филэмбриогенезов (А.Н. Северцов) и основные их
типы. Значение принципов неустойчивости и периодичности развития для
некоторых вопросов феногенетики и теории эволюции.
Некоторые сведения о регенерации. Характеристика процесса
регенерации как общебиологического явления. Регенерация и онтогенез.
Регенерация физиологическая и репаративная. Способы регенерации -
эпиморфоз и морфотаксис, компенсаторная и регенерационная гипертрофия.
Соматический эмбриогенез.
Практические занятия заключаются в наблюдении за процессами
оплодотворения и дробления клеток, развитием амфибий (гаструляция,
нейруляция); изучением развития птиц и органогенеза.

Теория эволюции
Теория эволюции как область биологии, изучающая и описывающая
механизм и закономерности исторического развития биологических систем.
Основные черты биологической эволюции: адаптивность, поступательный
характер. Эволюционизм и креационизм.
Факторы эволюции. Микроэволюция Генетические основы эволюции.
Понятие наследственной и ненаследственной изменчивости. Индивидуальная и
групповая изменчивость. Мутационный процесс. Генеративные и соматические
мутации. Частота мутирования. Популяция, как элементарная единица эволюции.
Правило Харди-Вайнберга. Генофонд популяции. Факторы, формирующие генофонд.
Комбинативная изменчивость. Поток генов. Генотип и фенотип. Фенотипическое
проявление мутаций. Норма реакции. Морфозы. Адаптивные модификации.
Наследственная изменчивость, как материал эволюции. Экологические
основы эволюции. Понятие борьбы за существование. Биогеоценоз, как арена
борьбы за существование. Формы элиминации. Избирательная и неизбирательная
элиминации. Индивидуальная, семейная, групповая элиминация. Элиминация и
отбор. Формы борьбы за существование. Отношения в цепях питания. Типы
конкуренции. Соотношение борьбы за существование и естественного отбора.
Борьба за существование, как направляющий фактор эволюции.
Естественный отбор. Механизм естественного отбора. Отбор как
дифференциальное переживание особей и как дифференциальное воспроизведение
генотипов. Отбор, как причина эволюции онтогенеза. Факторы, влияющие на
преобразование генофонда популяции под действием отбора. Системы
скрещивания.
Формы естественного отбора. Стабилизирующий отбор, механизм
действия, значение в эволюции. Балансирующий отбор и генетический груз.
Движущий отбор, механизм действия, значение в эволюции. Формирование
сбалансированного генетического полиморфизма и нормы реакции под действием
отбора. Эффекты естественного отбора: поддерживающий, распределяющий,
накапливающий. Творческая роль естественного отбора. Адаптация, как
результат эволюции.
Вид и видообразование. Популяция, как структурное подразделение
вида. Иерархия популяций. Основные концепции вида: типологическая,
политипическая, морфологическая, биологическая. Реальность вида. Критерии
вида.
Основные модели видообразования. Изоляция. Формы репродуктивной
изоляции. Прекопуляционные и посткопуляционные изолирующие механизмы.
Теория аллопатрического видообразования. Теория симпатрического
видообразования. Другие модели видообразования. Темпы видообразования. Вид,
как этап эволюции и как уровень организации биологических систем.
Искусственный отбор. Формы искусственного отбора. Бессознательный
отбор. Методический отбор. Групповой и индивидуальный отбор. Генетические
основы селекции. Коэффициент отбора. Понятие о приспособленности и
селективной ценности. Селекционный дифференциал и ответ на отбор.
Асимметрия ответа на отбор. Накапливающий и творческий эффекты
искусственного отбора.
Общее заключение по проблеме микроэволюции. Эволюция, как
авторегуляторный процесс. Видообразование, как следствие действия факторов
эволюции.
Пути и закономерности эволюции. Макроэволюция. Соотношение микро- и
макроэволюции. Микроэволюция и макроэволюция, определение понятий.
Макроэволюция и филогенез. Принципы реконструкции филогенеза. Понятие
гомологии. Исторические метод в биологии.
Соотношение индивидуального и исторического развития.
Биогенетический закон. Понятие о рекапитуляции. Генетико-эволюционные
причины рекапитуляции. Теория филэмбриогенеза. Модусы филэмбриогенеза
органов, тканей и клеток. Педоморфоз и геронтоморфоз.
Корреляции индивидуального развития. Типы онтогенетических
корреляций и их эволюция. Автономизация и рационализация процессов
онтогенеза. Накопление корреляций общего значения. Рекапитуляция с точки
зрения теории корреляций.
Дифференциация и интеграция в филогенезе. Дифференциация, как
выражение прогрессивной эволюции. Мультифункциональность и множественное
обеспечение биологически важных функций - как основа дифференциации.
Основные типы преобразования мультифункциональных систем. Принцип блочной
эволюции А.М.Уголева, как механизм преобразования олиго- и
монофункциональных систем.
Координации - механизм интеграции в процессе филогенеза. Типы
координации. Координации и онтогенетические корреляции.
Закономерности филогенеза. Понятие об адаптивной зоне эволюции.
Принцип неспециализированности предков. Специализация как основа освоения
новых адаптивных зон. Дивергенция. Параллелизм и конвергенция. Закон
параллельных рядов в эволюции тканей. Принцип гетеробатмии.
Темпы филогенеза. Теории полифилии и монофилии происхождения
таксонов надвидового ранга. Инадаптивная эволюция.
Главные направления эволюционного процесса. Теория биологического
прогресса. Критерии прогресса. Основные пути достижения биологического
прогресса: ароморфоз, алломорфоз, специализация. Основные формы
специализации (теломорфоз, гипоморфоз, гиперморфоз, катаморфоз). Типичная
смена фаз адаптациоморфоза.
Проблема эволюции экосистем. Экологические кризисы. Коадаптивная
эволюция. Когерентная и некогерентная эволюция.
Основные не дарвиновские теории эволюции. Ламаркизм и неоламаркизм.
Теория Лысенко. Мутационизм. Сальтационизм. Автогенез. Номогенез.
Сопоставление селекционизма и антидарвинизма.
Практические занятия не предусмотрены.




Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения курсов: ОК-1,
ОК-16, ПК-1-ПК-9, ПК-11-ПК-24 ФГОС по направлению подготовки Биоинженерия и
биоинформатика, квалификация (степень) «специалист».



Аннотация программы по физико-химической биологии


1. Цели и задачи дисциплин по физико-химической биологии.
Целью дисциплины является обучение специалиста в области
биоинженерии и биоинформатики теоретическим и практическим аспектам физико-
химической биологии, которая является фундаментальной основой биоинженерии.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
. обучить специалистов теоретическим аспектам физико-химической биологии
(от изучения биологических макромолекул до функционирования организма в
целом) на основе преподавания курсов биохимии, биоэнергетики,
молекулярной генетики, молекулярной биологии, клеточной биологии,
иммунологии, вирусологии, микробиологии, энзимологии, химии и физики
нуклеиновых кислот и белков и методов исследования биологических
макромолекул.
. подготовить специалиста, способного глубоко понимать процессы,
происходящие в живых организмах как на молекулярном уровне, так и на
уровне клетки, ткани и организма, а также анализировать взаимосвязь этих
процессов.
. дать практические навыки в области физико-химической биологии, которые
позволили бы специалисту квалифицированно ставить экспериментальные
задачи и адекватно решать их на современном методологическом уровне.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
После обучения по данной дисциплине специалист должен :
- знать химию и физику нуклеиновых кислот и белков, а также основные
компоненты живых организмов, метаболизм углеводов, липидов и
азотистых соединений, ферметативную кинетику, физико-химические
механизмы ферментативного катализа;
- владеть физико-химическими методами исследования макромолекул (как в
теоретическом, так и в экспериментальном плане);
- иметь представление о методах выделения и исследования
субмикроскопических структур (электронная микроскопия,
дифференциальное центрифугирование и др.), о методах культивирования
клеток;
- знать биохимические характеристики основных субклеточных
компонентов, метаболические пути, клеточный цикл и его регуляцию;
- иметь представление о биологическом узнавании, матричных
макромолекулярных синтезах, термодинамических особенностях живых
систем и биоэнергетике, о современных методологических подходах в
области биологии клетки;
- знать современное учение о клетке и иметь представление об единстве
и многообразии клеточных типов;
- иметь представление о формировании иммунитета и о процессах,
отвечающих за иммунную реакцию у различных организмов;
- знать основные черты строения, метаболизма, закономерности
воспроизведения, специализации клеток, основные черты строения,
развития, функционирования и эволюции тканей животных и растений,
типы тканей;
- знать систематику микроорганизмов, морфологию, особенности
культивирования и метаболизма разных групп микроорганизмов;
- владеть основными биохимическими, молекулярно-биологическими,
иммунологическими и микробиологическими методами и уметь
квалифицированно поставить и реализовать экспериментальную задачу в
основных областях физико-химической биологии.

3. Содержание дисциплин.

Методы исследования биологических макромолекул
Основные методы исследования, используемые в современной физико-
химической биологии. Рентгеноструктурный анализ белков, нуклеиновых кислот
и надмолекулярных структур. Ядерный магнитный резонанс и особенности его
применения для исследования биополимеров. Электронный парамагнитный
резонанс. Современные методы масс-спектрометрии - основного
экспериментального подхода для решения задач в области протеомики.
Спектральные методы (ультрафиолетовая и инфракрасная спектроскопия,
использование флуоресцентной микросокопии, круговой дихроизм). Методы
изучения светорассеяния, использование метода лазерного светорассеяния для
определения молекулярной массы и размеров макромолекул. Дифференицальная
сканирующая калориметрия и ее использование для изучения белков, а также
комплексов белков с различными биомолекулами. Ультрацентрифугирование
(препаративное и аналитическое). Хроматографические методы разделения.
Различные типы электрофореза. Изотопные методы.
Практические занятия проводятся одновременно с проведением
практикума по биохимии. Возможно проведение практических заний в виде
демонстрационных занятий на базе научно-исследовательских институтов.

Биохимия
Клетка как самовоспроизводящийся химический реактор. Потоки
вещества, энергии и информации в клетке. Единство химического состава и
типов превращений веществ в живых системах. Химический состав клеток.
Способы существования организмов: аутотрофия, гетеротрофия. Определение
основных биохимических понятий: метаболизм, катаболизм, анаболизм,
рецепторные системы, хранение и передача генетической информации.
Координация метаболизма в клетках, колониях микроорганизмов, тканях и
органах. Специализация метаболизма. Биохимическая эволюция.
Химическая природа и свойства компонентов клеток (статическая
биохимия). Вода - универсальная среда для химических превращений в живых
системах Свойства воды как растворителя. Динамическая структура воды.
Влияние растворенных веществ на свойства воды. Электрохимия водных
растворов. рН и буферные растворы. Специфика молекулярных взаимодействий в
водных растворах. Структура и физико-химические свойства мономерных
соединений, входящих в состав биологических объектов. Природные
аминокислоты. Способы классификации аминокислот. Необычные аминокислоты, их
производные, пептиды. Природные углеводы и их производные. Моносахариды и
их химические свойства. Стереохимия и изомерия углеводов. Гликозиды, амино-
, фосфо-, сульфосахариды. Олигосахариды. Альдо- и кетосахара и их
дезоксипроизводные. Реакционноспособность углеводов. Липофильные соединения
и их классификация. Насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Изомерия и
структура ненасыщенных жирных кислот. Нейтральные жиры. Фосфолипиды,
сфинголипиды, гликолипиды. Полиморфизм фосфолипидов в водных растворах.
Мицеллы и липосомы. Стерины, желчные кислоты. Методы очистки и разделения
липофильных соединений. Пуриновые и пиримидиновые основания. Нуклеозиды и
нуклеотиды. Циклические нуклеотиды. Витамины, коферменты и другие
биологически активные вещества. Амид никотиновой кислоты. Липоевая кислота.
Рибофлавин. Динуклеотиды (NAD, FAD). Биотин. Тиамин. Пантотеновая кислота,
кофермент А (СоА). Пиридоксин- и пиридоксальфосфаты. Аскорбиновая кислота.
Ретиноиды. Токоферол. Нафто- и убихиноны. Биогенные амины. Ацетилхолин.
Железо-порфирины и хлорофилл. Железо-серные кластеры. Минеральный состав
клеток и микроэлементы.
Структура и свойства биополимеров. Белки. Методы разделения и
очистки белков. Уровни структурной организации белков (первичная,
вторичная, третичная, четвертичная и надмолекулярные структуры).
Сравнительная биохимия и эволюция белков. Полисахариды. Химическое строение
крахмала, гликогена, целлюлозы, хитина. Гомо- и гетерополисахариды.
Протеогликаны. Гликолипиды. Первичная, вторичная и более высокие уровни
организации полисахаридов, гликопротеинов, сульфополисахаридов. Нуклеиновые
кислоты. Азотистые основания и пентозы, входящие в состав ДНК и РНК.
Биологические мембраны. Липосомы как модель биологических мембран.
Физико-химические свойства двойной фосфолипидной мембраны (проницаемость,
подвижность молекул фосфолипидов). Химическая гетерогенность фосфолипидов
мембраны. Холестерин. Специфичность фосфолипидного состава биологических
мембран. Динамическая модель биологических мембран Сингера-Никольсона.
Периферические и интегральные белки мембран. Двумерная диффузия белков в
мембранах. Ассиметрия биологических мембран. Топография белков и липидных
компонентов мембран. Каналы, поры, переносчики, рецепторы и избирательная
проницаемость биологических мембран.
Ферментативный катализ. Общие представления о катализе. Изоферменты.

Основы биоэнергетики. Изменение свободной энергии и равновесие
обратимых реакций. АТР -универсальный источник энергии в биологических
системах. Тепловые эффекты биохимических превращений и терморегуляция.
Активный транспорт веществ через биологические мембраны.
Метаболизм (динамическая биохимия). Аутотрофия, гетеротрофия.
Фотосинтез. Полисахариды и нейтральные жиры как запасные вещества клетки.
Аэробный и анаэробный обмен веществ. Конечные продукты метаболизма.
Биохимия пищеварения. Специфичность пищеварительных протеаз, липаз и
гликогидролаз. Энергетическая и пластическая функции обмена веществ.
Обмен углеводов. Фосфоролиз гликогена. Гидролиз крахмала.
Гексокиназная и глюкокиназная реакции. Гликолиз и гликогенолиз. Прямое
окисление глюкозы. Включение гексоз и пентоз в гликолитический распад.
Молочнокислое и спиртовое брожение. Стехиометрические уравнения гликолиза и
гликогенолиза. Образование АТР, сопряженное с распадом глюкозо-6-фосфата до
молочной кислоты. Гликолитическая оксидоредукция. Характеристика отдельных
ферментов гликолиза. Регулирование гликолиза. Регуляторные механизмы
фосфоролиза гликогена и фосфофруктокиназной реакции. Обратимость гликолиза
и глюконеогенез. Цикл Кори. Синтез гликогена. Стехиометрические уравнения
синтеза глюкозы и гликогена из молочной кислоты. Содержание глюкозы,
лактата и пирувата в крови как физиологический показатель.
Обмен липидов. Транспорт липофильных веществ: желудочно-кишечный
тракт - кровь - клетки. Липазы и фосфолипазы. Включение глицерина в
гликолитические реакции. Активация жирных кислот. Роль карнитина в
транспорте жирных кислот в митохондрии. Окислительный распад жирных кислот
(?-окисление). Конечные продукты распада "четных" и "нечетных" жирных
кислот. Образование ацетоацетата. Содержание "кетоновых" тел как
физиологический показатель. Источники ацетил-СоА для синтеза жирных кислот.
Система синтеза жирных кислот. СоА и ацилпереносящие белки. Синтез
фосфолипидов. Синтез нейтрального жира. Стехиометрические уравнения распада
жирных кислот до ацетил-СоА. Стехиометрические уравнения синтеза жирных
кислот из ацетил-СоА.
Обмен аминокислот и других азотистых соединений. Внеклеточный
(пищеварительный) протеолиз. Заменимые и незаменимые аминокислоты.
Переаминирование. Декарбоксилирование аминокислот. Окислительное
дезаминирование аминокислот. ?-Кетокислоты - продукты распада аминокислот.
Детоксикация аммиака. Синтез мочевины в качестве конечного продукта обмена
азотистых соединений. Стехиометрические уравнения образования мочевины.
Конечные продукты и схемы распада пуриновых и пиримидиновых оснований.
Глутамин как транспортная форма аммиака. Креатин и креатинин.
Внутриклеточный протеолиз. Общие представления о синтезе заменимых
аминокислот. Активация аминокислот и синтез аминоацил-t-РНК. Общие
представления о синтезе белка рибосомами.
Распад ди-, трикарбоновых кислот Окислительное декарбоксилирование
пирувата. Ацетил-СоА - универсальный интермедиат распада жиров, углеводов и
белков. Пути образования щавелево-уксусной кислоты. Цикл ди-, трикарбоновых
кислот (цикл Кребса). Стехиометрическое уравнение распада пирувата до СО2.
Энергетическая и пластическая функции цикла Кребса.
Терминальное окисление. Коферменты - продукты окислительных реакций.
Электрон-трансферазные реакции и понятие о дыхательных цепях. Структура
митохондрий и локализация компонентов дыхательной цепи млекопитающих.
Эффективность сопряжения окислительного фосфорилирования. Механизмы
термогенеза. Дыхательные цепи микросом. Цитохром Р-450 и окислительная
деструкция ксенобиотиков.
Регулирование и интеграция метаболизма. Ключевые пары метаболитов
(NАD(Р)+/NАD(Р)Н; АТР/АDР; Ацил-СоА/СоА; лактат/пируват) и факторы,
влияющие на их концентрации. Дивергенция катаболических и анаболических
цепей метаболизма. Типы регулирования активности ферментов и переносчиков.
Каскадный принцип регулирования ферментов. Гормоны в качестве первичных
управляющих сигналов метаболизма. Рецепторы гормонов и G-белки. Механизмы и
результаты действия инсулина, адреналина, глюкагона. Вторичные посредники
передачи сигналов: циклические нуклеотиды, ионы Са+2, фосфатидилинозитол.
Внутриклеточный протеолиз. Тканевая специфичность метаболизма.
Практические занятия являются одним из основных разделов практикума
по физико-химической биологии.

Биоэнергетика
Молекулярные основы превращения энергии в живых системах:
окислительное и фотосинтетическое фосфорилирование. Генерация и
использование трансмембранных электрохимических потенциалов в митохондриях,
хлоропластах, хроматофорах, бактериях. Изменение свободной энергии и
равновесие обратимых реакций. Сопряженные реакции. Ферменты-лигазы в
качестве устройств, обеспечивающих сопряжение. Соединения с высоким
потенциалом переноса групп. Концепция фосфорильного потенциала. АТР
-универсальный источник энергии в биологических системах. Другие "богатые
энергией" соединения (пирофосфат, креатинфосфат, фосфоенолпируват,
ацилтиоэфиры, ацилфосфаты). Регулирование фосфорильного потенциала.
Креатинкиназная и аденилаткиназная реакции. Нуклеозид моно-, ди- и
трифосфат киназные реакции. Энергетическая эффективность сопряженных
реакций. Тепловые эффекты биохимических превращений и терморегуляция.
Активный транспорт веществ через биологические мембраны. Транспортные
АТРазы. Коферменты - продукты окислительных реакций (NAD+/NADH;
NADP+/NADPH; убихинон/убихинол). Оксидазы и механизмы активации кислорода.
Электрон-трансферазные реакции и понятие о дыхательных цепях. Структура
митохондрий и локализация компонентов дыхательной цепи млекопитающих.
Перенос восстановительных эквивалентов через мембрану митохондрий.
Трансгидрогеназная реакция. Компоненты дыхательной цепи. Дыхательная цепь -
преобразователь энергии (теория электрохимического сопряжения П. Митчела).
Обратимая Н+-АТРаза -главное устройство для синтеза АТР в аэробных клетках.
Стехиометрические уравнения окисления NАDН и убихинола кислородом.
Эффективность сопряжения окислительного фосфорилирования. Механизмы
термогенеза. Дыхательные цепи микросом. Цитохром Р-450 и окислительная
деструкция ксенобиотиков. Методы изучения структура митохондрий. Роль
митохондрий в апоптозе (митоптоз).
Практические занятия являются одним из разделов практикума по
физико-химической биологии.

Молекулярная биология
Структура и биосинтез нуклеиновых кислот. Доказательства
генетической функции ДНК. Структура ДНК. Принцип комплементарности.
Неканонические формы ДНК. Пары Хугстина. Триплексы. Сверх-спирализация ДНК.
Топоизомеразы.
Репликация ДНК. Точность воспроизведения ДНК. Полимеразы,
участвующие в репликации, их ферментативная активность. Понятие о
процессивности. Роль димерной структуры в координации синтеза ДНК на
комплементарных нитях. Особенности ДНК-полимераз эукариот. Понятие о
репликаторе. Роль метилирования в регуляции репликации. Терминация
репликации у бактерий. Особенности регуляции репликации плазмид.
Репликоны у эукариот, их изменчивость. Понятие о стационарных
"репликативных фабриках". Молекулярные механизмы, связывающие клеточный
цикл и репликацию ДНК. Циклины и протеинкиназы. Протоонкогены, участвующие
в регуляции клеточного цикла. Расписание репликации участков хромосомы в
клеточном цикле. Проблема репликации линейного незамкнутого фрагмента ДНК.
Теломера. Теломераза. Искусственная хромосома у эукариот. Репликативное
метилирование ДНК. Доказательства роли метилирования в развитии
позвоночных.
Локальная амплификация участков ДНК. Ампликон. Представление об
эволюции мультигенных семейств. Репликация по типу "катящегося кольца"
(фаговая ДНК). Ошибки репликации, обусловленные скольжением нитей при
репликации. Механизм образования коротких повторов. Микро- и минисателлиты.
Короткие тандемные повторы, определяющие геномный рестриктный полиморфизм.
"Экспансия триплетов", хромосомные болезни и рак.
Репарация ДНК. Прямая репарация тиминовых димеров и метилированного
гуанина. Гликозилазы. Урацилгликозилаза. Болезни, обусловленные дефектами
репарации. Механизм репарации неспаренных нуклеотидов. Роль метилирования.
SOS-репарация.
Рекомбинация. Понятие об общей (гомологичной) и сайтспецифической
рекомбинации. Роль рекомбинации в пострепликативной репарации. Структуры
Холлидея в модели рекомбинации. Миграция ветви, гетеродуплексы, разрешение
структур. Пресинаптический филамент, параметры его молекулярной структуры.
Обмен нитями при синапсе. Особенности миграции ветви. Рекомбинация у высших
эукариот. Метод "нокаута" генов.
Генная конверсия. Ассиметричность генной конверсии. Размножение
интронов и генная конверсия. "Белковые" интроны, молекулярный механизм их
распространения.
Сайтспецифическая рекомбинация. Типы хромосомных перестроек,
осуществляемых при сайтспецифической рекомбинации. Молекулярный механизм
действия "рекомбиназ". Роль сайтспецифической рекомбинации в экспрессии
генов у фагов. Сайтспецифическая рекомбинация двунитевой плазмиды дрожжей.
Использование этой системы при анализе генов в развитии многоклеточных
эукариот. Особенности рекомбинации при образовании генов иммуноглобулинов и
рецепторов Т-клеток. Сигналы рекомбинации.
Подвижные элементы геномов про- и эукариот. IS-последовательности,
их структура. IS-последовательности как компонент F-фактора бактерий,
определяющего способность передачи генетического материала при конъюгации.
Транспозон бактерий (Тn3, Тn5, Тn9, Тn10). Механизмы транспозиции.
Резольваза. Транспозоны. Влияние транспозонов на активность генов у
растений и пространственный рисунок экспрессии. Представление о
горизонтальном переносе транспозонов.
Транскрипция у прокариот. Особенности структуры РНК-полимеразы.
Сверхспирализация и транскрипция. "Эукариотические элементы" в регуляции
транскрипции. Терминация транскрипции. Полярные мутации. Негативная и
позитивная регуляция транскрипции. САР-белок. Принципы узнавания ДНК
регуляторными белками.
Промотор у эукариот. Базальная транскрипция. Факторы транскрипции.
"Модули" последовательностей ДНК, узнаваемые специфическими белками. Роль
"обратной генетики" в развитии представлений о регуляции траскрипции у
эукариот. Белковые домены, узнающие специфические последовательности ДНК.
"Лейциновая молния", "цинковые пальцы". Рецепторы гормонов, их типы и
особенности узнавания ДНК. Внешние сигналы, активирующие транскрипцию
генов. Система передачи сигналов. Семейства протоонкогенов Jun, Fos.
Альтернативы при выборе пути в развитии: дифференцировка/пролиферация.
Понятие о морфогенах, примеры. ДНК-связывающие домены. Пространственно
ограниченные морфогенетические градиенты. Особенности структуры промоторов
генов, участвующих в установлении рисунка экспресии факторов транскрипции.
Хроматин. Структурная организация нуклеосом. Нуклеосомы и
транскрипция. Модификация гистонов и динамическая структура хроматина.
Сборка нуклеосом, ее этапы, нуклеоплазмин. Роль нуклеосомных структур в
активации экспрессии гена. Ядерный матрикс. Внутриядерная архитектура
хромосом.
Процессинг РНК. Определение процессинга. Интроны, сплайсинг.
Классификация интронов. Рибозимы, их специфичность. Возможности применения
для "нокаута" мРНК и химиотерапии. Сплайсинг пре-мРНК в ядре. Роль малых
ядерных РНК и белковых факторов. Сплайсосома. Особенности процессинга тРНК
и рРНК у бактерий. Транс-сплайсинг. Альтернативный сплайсинг.
Редактирование РНК.
Обратная транскрипция. Роль обратной транскрипции в эволюции и
изменчивости генома. Ретротранспозоны, их типы. Роль в поддержании
интактности теломер. Ретротранспозоны, содержащие длинные концевые повторы.
Псевдогены.
Структура рибосомы и биосинтез белка. Общая схема биосинтеза белка,
роль РНК в этом процессе. "Мир РНК", гипотеза о роли РНК в происхождении
жизни. Информационная РНК, ее структура и функциональные участки.
Расшифровка генетического кода. Основные свойства генетического кода.
Особенности кодового словаря. Открытие транспортных РНК. Их первичная,
вторичная и третичная структура, роль модифицированных нуклеотидов.
Аминоацилирование тРНК. Рибосомы, их локализация в клетке. Прокариотический
и эукариотический типы рибосом. Последовательное считывание мРНК
рибосомами, полирибосомы. Стадии трансляции: инициация, элонгация и
терминация. Бесклеточные системы трансляции. Химические реакции и общий
энергетический баланс биосинтеза белка. Морфология рибосомы. Рибосомные
РНК. их виды, первичные и вторичные структуры. Структурные домены и
компактная самоукладка молекул РНК. Значение рибосомной РНК. Рибосомные
белки, их разнообразие и номенклатура. Топография белков. Четвертичная
структура рибосомы. Рабочий цикл рибосомы. Элонгация: первый этап -
поступление аминоацил-тРНК в рибосому. Общая последовательность событий и
молекулярные механизмы. Второй этап элонгации - транспептидация. Инициация
трансляции. Общие принципы, значение, основные этапы инициации. Инициация
трансляции у прокариот. Регуляция трансляции мРНК бактериофага Т4.
"Antisense" -регуляция. Регуляция трансляции у эукариот. Общие механизмы
регуляции: модификации факторов инициации, формирование мРНП (информосом).
Возможные механизмы и модели маскирования.
Практические занятия являются одним из основных разделов практикума
по физико-химической биологии.

Вирусология
Краткие сведения об открытии вирусов. Две формы существования
вирусов: вирус покоящийся (вирусная частица) и внутриклеточный комплекс
"вирус-клетка". Вирусы как болезнетворные агенты и как модели в молекулярно-
биологических исследованиях. Связь вирусологии с другими биологическими
науками.
Химия вирусов. Чистые вирусные препараты. Особенности химического
состава вирусов (белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы в составе
вирионов). Вирусы простые и сложные. РНК или ДНК как генетический материал
вируса. Особенности структуры РНК и ДНК вирусного происхождения. Общая
классификация: двунитчатые ДНК и РНК, однонитчатые ДНК и РНК, кольцевые
формы, сверхспирализация. Особенности первичной структуры вирусных
нуклеиновых кислот. Минорные основания. Ферменты при синтезе этих
компонентов. Экстрасахарный компонент; глюкозилирование, метилирование.
Особенности структуры вирусных ДНК. Кольцевые перестановки и концевая
избыточность в двуспиральных ДНК.
Структура вирусных частиц. Общие принципы структуры вирусов.
Молекулярная организация вирионов простых вирусов. Спиральные вирусы
(принципы спиральной симметрии, вирус табачной мозаики). Сферические
вирусы, принципы икосаэдрической симметрии. Строение некоторых сложных
вирусов (орто- и парамиксовирусы, рабдовирусы, ретровирусы, вирус вакцины,
тогавирусы, бактериофаги).
Выражение генетической информации вируса. Система "вирус-клетка".
Две формы взаимодействия вируса с клеткой: продуктивная и интегративная.
Общие представления о процессах трансляции информационных РНК, транскрипции
ДНК и проблеме регуляции выражения генетической информации вирусов. Роль
генома клетки. Общая характеристика продуктивного типа инфекции. Выявление
и идентификация вирусов. Особенности тестирования и количественного
определения вирусов бактерий, растений и животных. Инфекционная единица.
Физические частицы. Цикл репродукции вируса. Опыт с одиночным циклом
размножения (ОЦР). Анализ репродукции вируса методом "единичного взрыва".
Этапы инфекционного процесса. Первые фазы (инициация) вирусной инфекции.
Пути проникновения вирусов в клетку. Адсорбция вируса клеткой. Понятие о
вирусных и клеточных рецепторах; проникновение вируса в клетку,
депротеинизация (модификация) вирусного генома. Разнообразие способов
проникновения вирусного генома в клетку хозяина в различных комбинациях
"вирус-клетка": первые фазы инфекции при заражении бактериофагами, вирусами
животных (пикорнавирусы, парамиксовирусы, вирусы группы оспы, осповакцины),
вирусами растений. Биологическая специфичность вирусов; роль первых фаз
инфекции в определении спектра хозяев вируса. Синтез вирус-специфических
белков. Вирус-специфические и вирус-индуцированные белки. Функции некоторых
неструктурных вирус-специфических белков: РНК-полимераза, ДНК-полимераза,
РНК-репликаза, РНК-транскриптаза, обратная транскриптаза; структурные
белки. Основные схемы репликации вирусов при продуктивной инфекции. Общая
схема репликации разных типов вирусов.
РНК-содержащие вирусы. РНК-содержашие бактериофаги. Общая
характеристика (биологические особенности, классификация). Структура генома
бактериофагов разных групп. Трансляция полицистронных РНК прокариот.
Условно-летальные мутанты. Понятие об информационной супрессии.
Комплементационный анализ мутантов. Фенотипическое проявление мутаций,
функциональная роль вирус-специфических белков. Синтез и регуляция синтеза
вирус-специфических белков in vitro и in vivo. Структурный белок как
репрессор трансляции. Факторы, ответственные за регуляцию синтеза вирусных
белков. Строение РНК-репликазы бактериофага Q. Синтез вирусных РНК in
vitro. Регуляция синтеза вирусных РНК. Связь процессов трансляции и
транскрипции вирусной РНК. Пикорнавирусы. Общая характеристика
(биологические особенности, классификация). Локализация в цитоплазме
клетки, ингибирование клеточных синтезов. Особенности структуры и
трансляции мРНК эукариот. Особенности трансляции РНК пикорнавирусов:
непрерывная трансляция с образованием белка предшественника, разрезаемого
на активные вирус-специфические белки. Структура генома пикорнавируса и
функции вирусных белков. Дефектные интерферирующие частицы. Флавивирусы.
Тогавирусы. Общая характеристика структуры и выражения генома. Вирус-
специфические субгеномные информационные РНК. Вирусы растений. Общая
характеристика, условность выделения вирусов растений в отдельную группу.
Информационные РНК вирусов растений. Вирусы содержащие РНК в виде
непрерывной полинуклеотидной цепи. Структура генома ВТМ, функции вирусных
белков. Вирусы с разделенным (фрагментированным) геномом. Вирусы с
двуцепочечным РНК-геномом. Общая характеристика генома и структура
вирионов. Вирионная РНК-полимераза. Синтез и трансляция вирусных
информационных РНК. Репликация двуцепочечных РНК и созревание вирионов.
Рабдовирусы. Структура вирионов. Вирионная РНК-полимераза. Синтез вирус-
специфических информационных РНК и геномных РНК. Парамиксовирусы. Структура
и выражение генома. Ортомиксовирусы. Структура вирионов; вирионные РНК.
Функции вирионных и неструктурных белков. Синтез и структура информационных
РНК, синтез геномных (-) РНК. Особенности вирусной РНК полимеразы
ортомиксовирусов. Локализация синтеза вирусных мРНК и белков в зараженной
клетке. Образование пандемических штаммов вируса гриппа. Буньявирусы.
аренавирусы. Структура и выражение генома вирусов с двусмысленными
геномными РНК. Ретровирусы. Структура и особенности репродукции. Вирионные
ферменты. Принцип обратной транскрипции. Вирус-специфические РНК, синтез
вирус-специфических белков. Онкогены.
ДНК-содержащие вирусы. Понятие о транскрипции вирусных ДНК.
Регуляция белкового синтеза на уровне транскрипции. Парвовирусы.
Особенности структуры и репликации ДНК. Синтез мРНК. Бактериофаги с
одноцепочечной ДНК. Бактериофаги ТЗ, Т7, Т4. Структура генома, синтез и
регуляция синтеза мРНК. Репликация ДНК. Морфогенез ДНК-содержащих фагов.
Вирусы группы оспы, осповакцины. Транскрипция генома. Регуляция синтеза
белков на уровне транскрипции и трансляции. Общая характеристика
(биологические особенности, классификация). Герпесвирусы. Структура и
механизмы репликации ДНК. Синтез вирусспецифических мРНК, регуляция синтеза
белков. Паповавирусы. SV-40, структура генома, механизмы репликации,
транскрипции, трансляции. Т-антиген, его регуляторная роль, альтернативный
сплайсинг. Аденовирусы. Структура генома, репликация. Ковалентно-связанный
белок как затравочный механизм при репликации. Транскрипция, регуляция
синтеза ранних и поздних мРНК.
Вирогения и умеренные вирусы. Общая характеристика взаимодействия с
клеткой умеренных бактериофагов. Профаг. Репрессор, механизм его
образования и действия. Синтез макромолекул в процессе лизогенизации.
Индукция и вегетативное размножение умеренных бактериофагов. Трансдукция.
Вироиды. Структура генома и принципы репликации. Сателлитные РНК,
вирусоиды.
Вирус гепатита дельта. Структура и выражение генома. Сходство и
различие между вироидами, сателлитными РНК вирусов растений и РНК вируса
гепатита дельта.
Прионы. Доказательства белковой природы прионов. Прионовые и прионо-
подобные заболевания. Возможные механизмы возникновения инфекционных
прионов.
Интерферон. Эффект интерференции между вирусами. Антивирусная
активность интерферона. Механизм индукции интерферона. Механизм действия
интерферона.
Практические занятия не предусмотрены.

Клеточная биология
Клеточная биология (цитология) - наука о строении, функциях,
метаболизме, взаимоотношениях со средой, развитии и происхождении клетки.
Биология клетки - молекулярные механизмы функционирования клеток. Место
цитологии среди других биологических дисциплин. Связь цитологии с
молекулярной биологией, генетикой, эмбриологией, физиологией и биохимией,
Значение цитологии для медицинской и сельскохозяйственной науки.
Клеточная теория. Подготовка клеточной теории. Клеточная теория
Шванна. Значение для клеточной теории работ Вирхова. Клеточная патология.
Современное состояние клеточной теории. Клетка - элементарная единица
живого. Клетки прокариот и эукариот. Гомологичность в строении клеток.
Клетка как единица строения, функционирования и развития. Митотическое
деление клеток - единственный путь увеличения их числа. Дифференциация как
процесс образования специализированных клеток.
Методы исследования клеток. Арсенал методов цитологии: от живых
клеток до макромолекулярных комплексов. Прижизненные наблюдения клеток.
Культура клеток вне организма. Метод темного поля. Фазовоконтрастная
микроскопия. Микроманипулятор. Микрохирургия. Методы исследования
физических свойств клеток. Суправитальная люминесцентная микроскопия.
Витальные красители.
Изучение фиксированных клеток. Понятие о фиксации. Принципы
окрашивания клеточных структур. Цитохимические качественные методы
исследования: реакции на белки, ферменты, нуклеиновые кислоты,
полисахариды, жиры, липиды, витамины, соли и т.д. Иммунохимия. Основы
физических методов определения локализации и количества веществ в клетке:
микроспектрометрия, цитофотометрия, интерференционная и люминесцентная
микроскопия. Авторадиографическое изучение локализации, динамики синтеза и
транспорта веществ в клетке. Электронная микроскопия: основы, преимущества
и недостатки метода. Электронные микроскопы просвечивающего и сканирующего
типа. Мегавольтная электронная микроскопия. Дифференциальное
центрифугирование - метод получения отдельных клеточных компонентов для
цитохимического и биохимического анализа.
Строение и функции клеток. Особенности строения клеток прокариот и
эукариот. Единство строения и функции клетки, ее органоидов и других
структурных элементов. Общая характеристика клетки, величина и форма
клеток. Основные различия между клетками животных и растений.
Ядро - система сохранения, воспроизведения и реализации генетической
информации. Роль ядра в жизни клетки и его значение в переносе информации
от ДНК к белку. ДНК ядра, ее строение и свойства, редупликация.
Транскрипция. Роль ядра в процессе трансляции: ядерное происхождение
аппарата белкового синтеза в клетке. Основные функции ядра: транскрипция,
редупликация и перераспределение генетического материала. Репликация
молекул ДНК у прокариот и эукариот. Репликон. Генетический аппарат
бактерий. Интерфазное ядро, основные элементы его структуры: хроматин
(хромосомы), ядрышко, ядерный сок (кариоплазма), ядерная оболочка, ядерный
белковый матрикс. Хроматин, его химическая характеристика. Диффузный и
конденсированный хроматин, эухроматин и гетерохроматин. Сателитная ДНК.
Ультраструктура хроматина. Нуклеосомы: строение, роль при функционировании
хроматина. Нуклеомерная фибрилла. Петлевые домены хроматина. Гистоны и
негистоновые белки: их роль в компактизации ДНК. Ядро в процессе
редупликации и перераспределения генетического материала. Два состояния
главных ядерных структур - хромосом. Поведение хроматина - хромосом - во
время митоза. Концепция о непрерывности хромосом в течение всего жизненного
цикла клетки. Общее строение, типы и формы митотических хромосом.
Дифференцировка хромосом по длине; центромера, вторичная перетяжка,
теломера. Дифференциальная окраска хромосом. Распределение
новосинтезированной ДНК в дочерних хромосомах. Уровни структурной
организации хромосом. Хромонема, понятие о субхроматидных структурах
митотических хромосом. Цикл конденсации хромосом во время митоза. Матрикс
митотических хромосом. Синтез РНК: транскрипционные единицы,
предшественники иРНК, созревание иРНК, сплайсинг. Рибонуклеопротеиды -
компоненты интерфазных ядер. Ядрышко - органоид синтеза клеточных рибосом.
Число ядрышек в ядре, их хромосомное происхождение. Химия ядрышка, РНК
ядрышка. Строение и химия рибосом. Предшественники рибосомных РНК. Пути
синтеза рибосом. ДНК ядрышка. Строение генов рРНК, полицистронность.
Амплификация генов рРНК. Строение и ультраструктура ядрышка. Цикл изменения
структуры ядрышка в связи с его функцией. Судьба ядрышка в митозе и его
связь с митотическими хромосомами. Ядерная оболочка, ее строение и
функциональное значение. Строение ядерных пор. Связь ядерной оболочки с
цитоплазматическими структурами и хромосомами. Ядерно-цитоплазматический
транспорт. Ядерный белковый матрикс, ламина.
Цитоплазма. Общий химический состав цитоплазмы. Теории строения
основной цитоплазмы. Органоиды цитоплазмы. Цитоплазма как
сложноструктурированная система. Матрикс цитоплазмы. Мембраны цитоплазмы.
Роль липидов и белков в организации клеточных мембран. Липопротеидные
мембраны, их молекулярная организация. Плазматическая мембрана - барьерно-
транспортная система. Рецепторная роль плазматической мембраны. Роль
мембраны в клеточной проницаемости. Пассивный и активный транспорт веществ
через мембрану. Теория клеточной проницаемости. Роль плазматической
мембраны в процессах фагоцитоза и пиноцитоза, эндосомы, связь этих
процессов с лизосомами. Десмосомы. Дериваты плазматической мембраны:
микроворсинки, структуры фоторецепторов, оболочки аксонов. Связь клеток
друг с другом и с внеклеточным матриксом. Гликокаликс животных клеток.
Строение клеточной стенки растительных и прокариотичсских клеток; их
химизм, свойства и развитие. Вакуолярная система внутриклеточного синтеза и
транспорта биополимеров. Эндоплазматическая сеть (ретикулум). Понятие и
общая характеристика. Гранулярная эндоплазматическая сеть - эргастоплазма,
ее строение, химическая композиция и основная роль как структуры,
участвующей в синтезе экспортируемых из клетки белков. Синтез белков в
гиалоплазме. Синтез, накопление и транспорт синтезированного белка в
системе эндоплазматической сети. Связь гранулярной эндоплазматической сети
с ядерной оболочкой. Аппарат Гольджи (пластинчатый комплекс): общая
характеристика, локализация в клетке, микроскопическое строение
ультраструктура и химия. Диктиосома, функции аппарата Гольджи: сегрегация,
накопление; созревание, сортировка и экскреция секретов и других веществ в
клетке. Лизосомы, история их открытия. Структура лизосом, их химическая
характеристика, типы лизосом. Функциональное значение лизосом.
Аутофагосомы. Рециклизация эндосом. Гладкая эндоплазматическая сеть,
структурная характеристика и химия. Связь гладкой эндоплазматической сети с
синтезом полисахаридов, жиров, стероидов и других молекул. Роль гладкой
эндоплазматической сети в дезактивации различных химических агентов. Связь
с функцией проведения возбуждения в мышечной ткани. Вакуолярная система
клеток растений. Центральная вакуоль. Тонопласт. Развитие и происхождение
вакуолярной системы, ее функциональное значение.
Митохондрии - система энергообеспечения клеток. Структура
митохондрий: мембраны, кристы, матрикс. Роль митохондрий в синтезе и
накоплении АТФ. Пути синтеза АТФ в клетке: анаэробный гликолиз и
окислительное фосфорилирование. Строение крист, локализация в
липопротеидных мембранах звеньев окислительного фосфорилирования. Изменение
структуры митохондрий в зависимости от их функционального состояния.
Матрикс митохондрий: РНК, ДНК, белки митохондрий. Проблема происхождения
митохондрий. Аналоги митохондрий у бактерий. Хондриом - его типы и
функциональные особенности,
Пластиды. Тонкое строение хлоропластов, и развитие. Функции пластид.
Лейкопласты, хромопласты. Проблема происхождения пластид.
Центриоль: встречаемость среди клеток растений и животных.
Ультраструктура, репликация, участие в делении клетки. Аналоги центриолей у
простейших. Связь центриолярных структур с органоидами движения клетки;
базальные тельца, Строение ресничек и жгутиков эукариотических клеток.
Механизм их движения. Строение жгутиков бактерий.
Цитоскелет - опорно-двигательная система клеток. Микротрубочки,
тонкое строение и химизм. Тубулины, их свойства и роль в образовании
микротрубочек. Роль микротрубочек в образовании ахроматинового веретена
деления клеток. Роль веретена в расхождении хромосом при митозе. Каркасная
роль цитоплазматических микротрубочек. Белки транслокаторы. Представления
Н.К.Кольцова о внутриклеточном скелете. Фибриллярные структуры цитоплазмы.
Микрофиламенты, структура и химия. Свойства актиновых микрофиламентов.
Микрофиламенты в мышечных и немышечных клетках. Промежуточные филаменты,
структура и химия. Включения в цитоплазму клеток животных и растений; их
локализация и функциональное значение. Функциональные системы клеток:
система синтеза белка, система энергетического обеспечения, система
поглощения, система экскреции. Система движения.
Деление клеток. Жизненный цикл клетки: пресинтетическая,
синтетическая и постсинтетическая фазы. Значение этих фаз в жизни клеток.
Деление прокариотических клеток. Общая схема непрямого деления (митоза)
эукариотических клеток. Митоз у простейших. Митоз у клеток животных и
растений. Стадии митоза, их продолжительность и характеристика. Механизм
движения хромосом. Цитокинез у животных и растительных клеток: образование
клеточной перетяжки и фрагмопласта. Судьба клеточных органелл в процессе
деления клетки. Метаболизм делящейся клетки. Регуляция митоза, вопрос о
пусковом механизме митоза. Мейоз, стадии мейоза. Конъюгация хромосом,
кроссинговер, редукция числа хромосом. Биологический смысл мейоза. Мейоз у
животных и растений. Хромосомы типа ламповых щеток. Различия между митозом
и мейозом. Эндомитоз и соматическая полиплоидия. Политения: политенные
хромосомы.
Дифференциация клеток. Дифференциация клеток - возникновение
гетерогенного клеточного состава организма, обеспечивающего разнообразие
его функций. Роль ядра и цитоплазмы в дифференциации клеток. Теории
дифференциации. Политенность ядер. Эмбриональная детерминация. Индукционные
влияния. Гуморальные и нервные факторы дифференцировки. Опухолевая
трансформация.
Патология клетки. Влияние повреждающих факторов на клетку. Теория
паранекроза. Специфические и неспецифические реакции клетки на повреждение.
Изменение структуры органоидов при повреждении клетки. Внутриклеточная
репарация. Гибель клетки: цитологические признаки смерти клетки.
Практические занятия в изучении различных клеточных препаратов с
помощью световой микроскопии. Занятия позволяют ознакомиться с методами
исследования клеток, приготовлением препаратов и различными способами
окраски препаратов, а также получить представление об организации ядра и
ядрышка, о строении цитоплазмы и делении клеток.

Иммунология
Определение иммунологии. Зарождение и развитие иммунологии -
эмпирический период, роль Пастера и его школы в создании научной
иммунологии, развитие инфекционной иммунологии в первой половине ХХ
века, переориентация и расширение фундаментальных задач во второй
половине ХХ века. Связь иммунологии с другими науками, специфическое
распознавание как основа иммунологии и гарантия ее суверенности.
Развитие иммунологических идей (изменение представлений о предмете
иммунологии и назначении иммунных процессов): защита от инфекционных
агентов, сохранение биологической индивидуальности, возможность других
трактовок; теории иммунитета. Основные понятия иммунологии - антиген,
антигенраспознающие структуры, включая рецепторы и антитела,
иммунологическая специфичность. Двойственность иммунной системы -
филогенеически древние механизмы естественной резистентности,
связанные с воспалением, как основа, на которой развиваются
антигенспецифические процессы адаптивного иммунитета, приводящие к
формированию иммунологической памяти.
Структурная организация иммунной системы. Клетки иммунной
системы. Лимфоциты Т, В, NK - морфология, маркеры, стадии развития,
гуморальные факторы, контролирующие развитие и пролиферацию.
Антигенраспознающие рецепторы - формирование в процессе
дифференцировки, последовательное появление проторецепторов и зрелых
рецепторов. Миелоидные клетки - моноциты, макрофаги, дендритные
клетки, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, тучные клетки. Костный мозг
как источник клеток иммунной системы. Центральные органы иммунной
системы. Тимус - строение, роль в развитии и селекции Т-лимфоцитов,
секреторная функция, структура и биологическая роль гормонов тимуса;
проблема внетимусного развития Т-лимфоцитов. Лимфатические узлы и
селезенка - строение, Т- и В-клеточные зоны. Лимфоидные структуры кожи
и слизистых. Микроокружение лимфоцитов - дифференциация стромальных
клеток в различных лимфоидных структурах. Рециркуляция и хоминг
лимфоцитов - пути рециркуляции, механизмы хоминга, роль молекул
адгезии и хемокинов в распределении лимфоцитов в организме,
особенности распределения наивных лимфоцитов и клеток памяти.
Обновление клеток иммунной системы.
Естественные факторы иммунной защиты. Воспаление как основа
иммунных процессов. Миелоидные клетки (моноциты, макрофаги, нейтрофилы
и т.д.) - главные эффекторы естественной резистентности. Фагоцитоз -
стадии, природа направленного движения, механизмы поглощения объектов,
факторы, определяющие бактерицидность, роль активных форм кислорода,
оксида натрия.
Естественные киллеры: природа распознавания, ограничение цитолиза
сингенных клеток, механизмы клеточноопосредованного цитолиза. Система
комплемента - природа факторов, принцип каскадной активации, С3/С5-
конвертазы - центральное звено системы комплемента, пусковые механизмы
альтернативного, классического и лектинового путей активации комплемента,
эффекторая фаза комплемент-зависимого цитолиза, место опсонизации и
цитолиза, опосредованных комплементом, в иммунной защите. Другие
гуморальные факторы естественного иммунитета - роль лектинового
распознавания в реализации активности гуморальных факторов естественного
иммунитета, острофазные белки, эйкозаноиды и их роль в нормальных и
патологических иммунных процессах, связь факторов естественного иммунитета
со свертывающей, кининовой и другими гуморальными системами организма.
Цитокины и цитокиновая сеть - классификация цитокинов, роль в гемопоэзе,
развитии воспаления, в реакциях естественной резистентности, природа
рецепторов, связь с активацией клеток, локальность действия, взаимодействие
между цитокинами, избыточность в системе цитокинов. Хемокины - роль в
организации иммунной системы, развитии воспаления и иммунных процессов.
Молекулярные основы иммунного распознавания.
Иммуноглобулины/антитела как типичные антигенраспознающие молекулы -
генетический контроль, строение полипептидных цепей, их доменная структура;
изотипы, аллотипы. Вариабельные домены как структурная основа
иммунологического распознавания; строение антигенсвязывающего участка,
идиотипия. Антигенраспознающие рецепторы лимфоцитов. Структура В-клеточного
рецептора - особенности мембранных иммуноглобулинов, вспомогательные
молекулы В-клеточного рецептора. Т-клеточный рецептор - разновидности,
полипептидные цепи рецепторов, их доменная структура, структура
антигенсвязывающего участка, дополнительные молекулы (CD3, ?-цепь).
Формирование антигенраспознающего репертуара лимфоцитов - разнообразие
зародышевых V-генов, их перестройка при дифференцировке лимфоцитов,
ферменты, участвующие в перестройке. Селекция клонов лимфоцитов как
средство адаптации антигенраспознающего репертуара к запросам
индивидуального организма. Структурные основы антигенности. Физико-
химические закономерности взаимодействия антигенов и антител. Особенности
распознавания антигенов Т-лимфоцитами. Главный комплекс гистосовместимости
- генетика, классы генов гистосовместимости и их связь с презентацией
антигенов. Структурные основы презентации антигенов - особенности
процессинга антигенов I и II классов, структура антигенсвязывающей бороздки
и взаимодействие с ней пептидов, сродство пептидов к аллельным формам
молекул главного комплекса гистосовместимости как основа генетического
контроля уровня иммунного ответа на конкретные антигенные эпитопы.
Презентация липидных и углеводных эпитопов, роль молекул CD1. Клеточные
основы представления антигенов - антигенпрезентирующие клетки, условия их
взаимодействия с Т-лимфоцитами, формирование иммунного синапса, роль
корецепторов, костимулирующих и адгезивных молекул. Последствия
представления антигенов - передача активационного сигнала, активация,
включение пролиферации, дифференцировки, анергии, апоптоза лимфоцитов.
Презентация антигена как центральное событие иммунного ответа, связывающее
неспецифическую и антигенспецифическую составляющие иммунной системы.
Иммунный ответ. Пусковые механизмы иммунного ответа - восприятие
антигена антигенпрезентирующими клетками, его транспортировка в лимфоидные
органы и представления Т-хелперам. Роль дифференцировки Т-хелперов в выборе
формы иммунного ответа - клеточного или гуморального: концепция Th1/Th2-
дивергенции, роль цитокинов в индукции иммунного ответа. Гуморальный
иммунный ответ - взаимодействие В-лимфоцитов с Т-хелперами, индукция
пролиферации и дифференцировки В-клеток, селекция в зародышевых центрах,
переключение изотипов иммуноглобулинов, созревание аффинитета, роль
цитокинов, дифференцировка плазматических клеток, секреция антител.
Клеточный иммунный ответ - его разновидности (цитотоксический ответ и
гиперчувствительность замедленного типа), дифференцировка цитотоксических Т-
лимфоцитов, особенности восприятия ими антигенного и хелперных сигналов,
роль цитокинов, взаимодействие CD4+ Т-клеток и макрофагов. Эффекторные
механизмы иммунитета - механизмы естественного иммунитета как основа, на
которой базируется действие специфических иммунных механизмов, эффекторные
функции антител, их нейтрализующая и опсонизирующая активность, активация
комплемента, связь с фагоцитарной и киллерной функциями, механизмы
клеточноопосредованного цитолиза, армирование макрофагов и нейтрофилов.
Генетический контроль иммунного ответа. Регуляция иммунитета - роль
иммунных комплексов и Fc-рецепторов, идиотипическая регуляция,
представления о клетках-супрессорах и их месте в регуляции иммунного
ответа, нейроэндокринная регуляция иммунных процессов. Иммунологическая
память - дифференцировка В- и Т-клеток памяти, их отличия от "наивных"
клеток, особенности активации клеток памяти, преимущества вторичного
иммунного ответа перед первичным. Антиинфекционная защита - спектр иммунных
механизмов, вовлекаемых в иммунный ответ на патогены, особенности защиты от
внутриклеточных и внеклеточных патогенов, теоретические основы
вакцинологии. Защита от паразитов и ее связь с аллергией немедленного типа.
Противоопухолевый иммунитет - иммуногенность опухолевых клеток, их
ускользание от иммунных факторов, механизмы и результативность
противоопухолевого иммунитета, роль цитокинов и возможности их
использования в противоопухолевой терапии. Трансплантационный иммунитет и
реакция трансплантат-против-хозяина. Иммунологическая толерантность -
естественная толерантность, ее связь с делецией и анергией клонов,
искусственная толерантность, нарушения естественной толерантности и
аутоиммунные процессы. Нарушения иммунных процессов - первичные
иммунодефициты и их молекулярные основы, иммунодефициты, вызванные
действием внешних факторов, вирусами (СПИД), сопутствующие заболеваниям.
Экологическая иммунология. Повреждения иммунитета.
Развитие системы иммунитета. Филогенез иммунитета. Иммунитет у
беспозвоночных. Зарождение антигенспецифического распознавания и
адаптивного иммунного ответа - происхождение суперсемейства
иммуноглобулинов, V-генов, антител, антигенраспознающих рецепторов.
Формирование процесса презентации антигенов - происхождение молекул
главного комплекса гистосовместимости, эволюция процессинга антигенов.
Эволюция системы иммунитета у позвоночных. Эволюция клеточного и
гуморального иммунитета, противоинфекционной и противоопухолевой защиты.
Уникальность иммунных процессов и их эволюционные истоки. Формирование
факторов антигенспецифического адаптивного иммунитета в эволюции. Онтогенез
системы иммунитета. Формирование в онтогенезе миелоидных и лимфоидных рядов
гемопоэза - роль желточного мешка, печени эмбрионов, тимуса, костного
мозга. Миграции клеток иммунной системы в онтогенезе: перемещения стволовых
кроветворных клеток, волны заселения тимуса и эмиграции Т-клеток из тимуса.
Изменение реакции лимфоцитов на стимуляцию в процессе отногенеза -
соотношение пролиферации и апоптоза, анергии и иммунного ответа. Иммунные
процессы в перинатальном периоде - перестройки в иммунной системе,
формирование основных типов иммунных процессов, формирование клеток памяти
к основным антигенам среды обитания, автономизация периферического звена
иммунной системы. Старение иммунной системы. Клетки, осуществляющие
иммунный ответ; лимфоидная система, комплемент, развитие иммунного ответа,
антитела, клеточные рецепторы антител, антигенраспознающие рецепторы,
антигены главного комплекса гистосовместимости, молекулярные механизмы
формирования вариабельных антигенраспознающих структур, взаимодействие
клеток при иммунном ответе, цитокины, толерантность, иммунитет, вакцинация,
патологии.
Практические занятия являются одним из разделов практикума по
физико-химической биологии.

Микробиология
Предмет и задачи микробиологии, ее место и роль в современной
биологии. Значение микроорганизмов в природных процессах, в народном
хозяйстве и здравоохранении.
Возникновение и развитие микробиологии. Открытие микроорганизмов А.
ван Левенгуком. Роль Л. Пастера в формировании микробиологии. Значение
работ Р. Коха, С.Н. Виноградского, Д.И. Ивановского, М. Бейеринка, А.
Клюйвера, А. Флеминга. Развитие отечественной микробиологии. Главные
направления развития современной микробиологии. Основные методы
микробиологических исследований.
Систематика микроорганизмов Мир микроорганизмов, общие признаки и
разнообразие. Прокариотные и эукариотные микроорганизмы; сходство и
основные различия. Вирусы, отличия от клеточных форм жизни. Принципы
классификаци прокариотных микроорганизмов. Правила номенклатуры и
идентификации. Прокариоты. Характеристика отдельных групп бактерий и архей.
Эукариоты. Краткая характеристика грибов, водорослей, простейших.
Морфология, строение и развитие. Микроскопические методы изучения
микроорганизмов. Разновидности световой микроскопии. Исследования живых и
фиксированных объектов. Использование электронной микроскопии. Прокариотные
микроорганизмы. Одноклеточные бактерии, размеры и морфология.
Многоклеточные формы бактерий. Строение, химический состав и функции
отдельных компонентов клеток. Слизистые слои, капсулы и чехлы. Клеточные
стенки грам-положительных и грам-отрицательных бактерий; L-формы и
микоплазмы. Жгутики, расположение, организация, механизм движения. Способы
размножения. Дифференцировка. Эндоспоры и другие покоящиеся формы.
Особенности состава и организации архебактерий. Эукариоты. Морфология
дрожжей, мицелиальных грибов, микроформ водорослей, простейших. Химический
состав и функции отдельных компонентов клетки. Циклы развития и
размножение.
Культивирование и рост. Культивирование. Накопительные культуры и
принцип элективности. Чистые культуры микроорганизмов. Методы получения и
значение. Основные типы сред, используемые для культивирования
микроорганизмов (по составу и физическому состоянию). Культивирование
аэробных и анаэробных микроорганизмов, метод Хангейта. Поверхностное и
глубинное выращивание. Рост микроорганизмов. Кривая роста, особенности
отдельных фаз. Синхронные культуры, способы получения и значение.
Действие физических и химических факторов. Радиация, характер ее
действия на микроорганизмы. Устойчивость микроорганизмов к ультрафиолетовым
лучам и ионизирующему излучению. Фотореактивация. Рост микроорганизмов в
зависимости от температуры. Психрофилы, мезофилы и термофилы. Особенности
осмофилов. Галофилы. Отношение микроорганизмов к молекулярному кислороду:
аэробы и анаэробы (облигатные и факультативные). Значение рН среды для
роста микроорганизмов. Понятие "питательные и антимикробные вещества".
Антибиотики. Мутагены, механизмы устойчивости.
Питание. Основные биоэлементы и микроэлементы. Типы питания
микроорганизмов. Фототрофия и хемотрофия, автотрофия и гетеротрофия;
литотрофия и органотрофия. Сапрофиты и паразиты. Прототрофы и ауксотрофы.
Ростовые вещества. Азотфиксация.
Метаболизм. Энергетические процессы. Способы обеспечения энергией.
Фотосинтез и хемосинтез. Экзогенные и эндогенные окисляемые субстраты.
Переносчики электронов и электронтранспортные системы; их особенности у
разных микроорганизмов. Роль АТФ и способы ее образования. Молочнокислое
гомо- и гетероферментативное брожение, пропионовокислое, маслянокислое,
ацетонобутиловое, спиртовое и другие брожения. Аэробное дыхание. Формы
участия молекулярного кислорода в окислении разных субстратов. Полное и
неполное окисление. Краткая характеристика важнейших микроорганизмов,
участвующих в аэробном окислении белков (аммонификация), углеводов,
углеводородов и других многоуглеродных веществ. Микроорганизмы
(метилотрофы), окисляющие метан, метанол и другие одноуглеродные
соединения. Светящиеся бактерии; механизм свечения. Окисление
неорганических соединений. Группы хемолитотрофных бактерий и осуществляемые
ими процессы. Анаэробное дыхание. Микроорганизмы, восстанавливающие нитраты
и другие соединения азота. Диссимиляционная нитратредукция и
денитрификация. Сульфатвосстанавливающие и серувосстанавливающие бактерии.
Диссимиляционная сульфатредукция. Метанообразующие бактерии; их
особенности. Ацетогенные бактерии, использующие углекислоту как акцептор
электронов. Путь Вуда-Льюнгдела синтеза ацетата. Использование световой
энергии (фотосинтез). Фототрофные прокариотные и эукариотные
микроорганизмы. Состав, организация и функции их фотосинтезирующего
аппарата. Фотосинтез с выделением и без выделения молекулярного кислорода.
Использование световой энергии галобактериями. Биосинтетические процессы.
Ассимиляция углекислоты автотрофами и гетеротрофами. Рибулозобисфосфатный
цикл и другие пути усвоения углекислоты автотрофами. Ассимиляция
формальдегида метилотрофами. Значение цикла трикарбоновых кислот и
глиоксилатного шунта в биосинтетических процессах. Усвоение соединений
азота. Ассимиляционная нитратредукция. Фиксация молекулярного азота.
Свободноживущие и симбиотические азотфиксаторы. Пути ассимиляции аммония.
Ассимиляционная сульфатредукция. Синтез основных биополимеров: нуклеиновых
кислот, белков, липидов, углеводов. Биосинтез порфириновых соединений и
других важнейших компонентов клеток (общее представление). Вторичные
метаболиты. Регуляция метаболизма.
Практические занятия проводятся для ознакомления студентов с
техникой микробиологических исследований: оптической микроскопией для
анализа материала, содержащего микроорганизмы; фиксацией и окраской
препаратов микроорганизмов и клеточных структур; методами приготовления и
стерилизации сред для микроорганизмов и современными способами их
культивирования; методами выделения микроорганизмов из различных субстратов
и определение их численности; правилами работы с чистыми культурами и
основными принципами идентификации микроорганизмов.
Практические занятия могут быть одним из разделов практикума по
физико-химической биологии или проводится в форме отдельного практикума.

Энзимология
Общие представления о катализе. Физический смысл константы скорости
химической реакции (энергетическая диаграмма реакции, переходное состояние,
энергия активации). Классификация каталитических механизмов (общий и
специфический кислотно-основной катализ, ковалентный катализ, промежуточные
соединения). Белки - биологические катализаторы. Стационарное приближение
при рассмотрении ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Бриггса-
Холдейна. Графические методы анализа ферментативных реакций. Физический
смысл константы Михаэлиса. Максимальные скорости ферментативных реакций.
Активность и числа оборотов ферментов. Общие принципы анализа более сложных
ферментативных реакций. Влияние температуры на скорость реакций в
биологических системах. Взаимосвязь кинетических и термодинамических
параметров. Роль конформационных свойств биополимеров. Специфичность
ферментативного катализа. Ингибиторы и активаторы ферментов. Обратимость
ферментативного катализа. Кофакторы. Регулируемость ферментативного
катализа. Изо- и аллостерическое связывание лигандов-регуляторов с белком-
ферментом. Кооперативные эффекты в ферментативном катализе. Мультидоменная
организация фементов и роль движения доменов в катализе. Изоферменты.
Международная классификация ферментов. Катализ и проницаемость мембран.
Химические механизмы ферментативного катализа (сериновые протеазы,
пиридоксалевый катализ, карбоангидраза и др.). Специфическая локализация
ферментов в клетке.
Практические занятия являются одним из разделов практикума по
физико-химической биологии.




Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения курсов:
ОК-1, ОК-16, ПК-1-ПК-9, ПК-11-ПК-24 ФГОС по направлению подготовки
Биоинженерия и биоинформатика, квалификация (степень) «специалист».


Аннотация программы по биоинформатике



Цель разработанной программы состоит в подготовке специалистов в
области биоинженерии и биоинформатики, владеющих современными базовыми
возможностями анализа массовых данных современной молекулярной биологии.

Базы данных и основные методы биоинформатики
1. Основные открытые базы данных, содержащие информацию о
последовательностях биополимеров.
a. Общие сведения о базах данных. Записи и поля. Архивные,
курируемые и автоматические базы данных.
b. Курируемый банк последовательностей белков Swiss-Prot. Формат
записи. Основные поля описательной части (ID, AC, DE, OC, OS,
FT).
c. Архивные банки нуклеотидных последовательностей GenBank, EMBL и
DDBJ. Формат записи EMBL. Классы данных и подразделения.
Основные поля описательной части записи EMBL. Коды неоднозначно
определённых нуклеотидов (ambiguity codes).
d. Автоматический банк предсказанных последовательностей белков
TrEMBL.
2. Банк MedLine и поисковая система PubMed.
3. Поисковые системы SRS и MRS.
4. Работа с пакетом EMBOSS.
a. Работа в операционной системе UNIX (Linux). Интерпретатор
командной строки.
b. Основы EMBOSS: программы, параметры, документация.
c. Формат «Универсального адреса последовательности» (Uniform
Sequence Address, USA). Базы данных, подключаемые к установке
EMBOSS, и работа с ними.
5. Банк PDB и работа с пространственными структурами белков.
a. Формат записи банка PDB.
b. Программа визуализации структур RasMol. Способы графического
представления структуры белка. Основные команды RasMol. Сценарии
(скрипты) в RasMol.

Функциональная аннотация биополимеров
1. Парное выравнивание последовательностей.
a. Понятие о последовательностей выравнивании. Биологический смысл
выравнивания. Особенности выравнивания последовательностей
белков, РНК и ДНК.
b. Вес выравнивания. Матрицы аминокислотных замен и штрафы за
вставки. Алгоритмы Ниделмана - Вунша и Смита - Ватермана.
c. Программы needle и water пакета EMBOSS.
2. Поиск по сходству в банках последовательностей.
a. Постановка задачи поиска по сходству. Основные принципы работы
программ поиска.
b. Понятие об ожидаемом числе случайных находок (E-value).
c. Программа BLASTP. Веб-интерфейсы к BLASTP на основных
биоинформатических порталах (NCBI, EBI, Expasy). Интерпретация
выдачи BLASTP.
d. Паттерны и профили. Банк ProSite. Программа PSI-BLAST.
e. Программы пакета BLAST, работающие с нуклеотидными
последовательностями: BLASTN, TBLASTN и BLASTX. Программы
MegaBLAST и Discontigous MegaBLAST.
3. Множественное выравнивание последовательностей.
a. Постановка задачи множественного выравнивания.
b. Обзор программ множественного выравнивания. Работа с программой
muscle.
c. Редактор множественных выравниваний GeneDoc.
4. Реконструкция филогении по последовательности.
a. Понятие о филогенетическом дереве. Связь филогении видов и
филогении белков. Ортологи и паралоги.
b. Неразрешённые и неукоренённые деревья. Смысл длин ветвей.
Ультраметрические деревья. Топология неукоренённого дерева и её
представление разбиениями множества листьев.
c. Основные алгоритмы реконструкции филогении и их особенности.
d. Укоренение неукоренённого дерева.
e. Использование приёма «bootstrap» в молекулярной филогенетике.
f. Работа с пакетом филогенетических программ PHYLIP.
5. Семейства белков
a. Понятие об эволюционном домене белка.
b. Банки семейств белковых доменов Pfam, SMART, InterPro.
6. Онтологии. База данных "Gene Onthology" (GO).
7. Метаболические пути. База данных KEGG.
8. Аннотация кодирующих участков нуклеотидной последовательности.
9. Сигналы в нуклеотидных последовательностях. Частотные матрицы, весовые
матрицы, информационное содержание позиции профиля. Поиск сигналов с
помощью программы MEME.
Структурная аннотация биополимеров
1. Структура ДНК и РНК.
a. A- и B-формы двойной спирали. Параметры двойной спирали.
b. Предсказание вторичной структуры РНК программой mfold.
2. Основы рентгеноструктурного анализа (РСА).
a. Общая схема рентгеноструктурного эксперимента.
b. Молекулярный кристалл и его характеристики.
c. Основы кинематической теории рассеяния.
d. Фазовая проблема и основные методы её решения.
e. Оптимизация моделей, полученных методом РСА.
3. Показатели качества моделей, полученных методом РСА.
a. Глобальные показатели (разрешение, R-фактор, свободный R-фактор,
карта Рамачандрана).
b. Локальные показатели (пространственный R-фактор, комфортность
окружения остатков, ротамеры).
c. Веб-ресурсы, оценивающие качество РСА-моделей.
4. Понятие о ядерном магнитном резонансе (ЯМР).
a. Физические основы ЯМР.
b. Особенности моделей, полученных методом ЯМР.
5. Водородные связи в структурах белков и их комплексов. Принципы работы
программ, выявляющих водородные связи и связи через воду в структурах
макромолекул.
6. Гидрофобный эффект и его роль в стабилизации структур макромолекул и
их комплексов. Гидрофобное ядро белка. Принципы работы программ,
выявляющих гидрофобные кластеры и гидрофобные ядра в структурах.
7. Вторичная структура белка. Принципы работы программ, выявляющих
вторичную структуру (DSSP, Stride).
8. Поверхность макромолекулы: различные определения. Вычисление площади
поверхности и площади контакта макромолекул. Визуализация поверхности
в программе PyMOL.
9. Структурные домены белка. Принципы выявления структурных доменов.
10. Пространственное выравнивание и пространственное совмещение белков.
Алгоритм совмещения Сиппла - Стейнбухера. Принципы работы программ
пространственного выравнивания (DALI, SSM).
11. Структурные мотивы в белках.
12. Классификация структурных доменов. Базы SCOP и CATH.
13. Предсказание пространственной структуры по последовательности:
основные подходы и состояние проблемы. CASP («чемпионат мира» по
предсказанию структур белков).
Геномика и протеомика
1. Источники данных.
(a) Секвенаторы второго поколения: характерные длины прочитанных
участков (reads), парноконцевые чтения, характерные длины фрагментов.
(b) Протеомные данные. Масс-спектрометрия. Связь с геномами.
(c) Белок-белковые взаимодействия. Дрожжевые двугибридные системы.
(d) Белок-ДНКовые взаимодействия. ChIP-Chip и ChIP-Seq. 2. Сборка
геномов
3. Сравнительная геномика.
(e) Функциональная аннотация генов
a. по сходству
b. по ко-локализации
c. по филогенетическим образцам (phyletic patterns)
d. по ко-регуляции
(f) Основные инструменты
a. COGs и KOGs; Homologene и другие базы данных гомологов
b. String
c. SEED
(g) Эволюция геномов
a. Сортировка перестановками (sorting by reversals) и построение
филогенетических деревьев
b. Полногеномные дупликации
c. Пан-геномы
4. Транскриптомика.
(h) Картирование секвенированных фрагментов на геном. Фильтрация
(i) Оценка уровней экспрессии генов и уровней включения экзонов
5. Метагеномика.
(j) Секвенирование 16S РНК и других маркеров
(k) Тотальное секвенирование и функциональные интерпретации
6. Протеомика
(l) Аннотация протеомов по масс-спектрометрическим данным
(m) Пост-трансляционные модификации
7. Системная биология: графовый подход
(n) Свойства (природных) графов:
a. диаметр
b. распределение степеней вершин
c. коэффициент кластеризации
(o) Особенные элементы
a. hubs, центральные вершины
b. графовые мотивы (graphlets)

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения курса:
ОК-1, ОК-16, ПК-1-ПК-9, ПК-11-ПК-24 ФГОС по направлению подготовки
Биоинженерия и биоинформатика, квалификация (степень) «специалист».

Аннотация программы по биоинженерии

1. Цели и задачи дисциплины.
Целью дисциплины является обучение специалиста в области
биоинженерии и биоинформатики теоретическим и практическим основам
биоинженерии.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
После обучения по данной дисциплине специалист должен быть:
. знакомым с принципами генетической инженерии и ее использованием в
биотехнологии, понимать механизмы сохранения информации живыми системами
и реализации программ, заложенных в геномах, в онтогенезе, при
дифференцировке и в процессе функционирования живых систем;
. владеть приемами экспериментальной работы с клетками и культурами клеток
(растительного, животного и микробного происхождения);
. проводить модификацию и иммобилизацию ферментов с целью использования для
биотрансформации различных соединений;
. уметь использовать методические приемы для целенаправленного изменения
природных генов и геномов с целью решения биотехнологических задач;
. иметь опыт лабораторных работ, знать требования техники безопасности
(особенности работы с генетически измененными организмами, приемы
оказания первой помощи при несчастных случаях).
3. Содержание дисциплины.

Биоинженерия
Проблемы и перспективы биоинженерии животных. Характеристика и
сравнение основных "модельных" животных, используемых в молекулярно-
биологических исследованиях.
Методы выделения и культивирования клеток животных.
Методы введения молекул ДНК в клетки животных. Принципы создания
молекулярных векторов животных. Стабильность гибридных молекул ДНК в
культивируемых клетках животных.
Вирус SV40 как молекулярный вектор млекопитающих.
Создание внехромосомных гибридных молекул ДНК на основе генома
вируса папилломы быка.
Применение аденовирусов в качестве молекулярных векторов
млекопитающих.
Создание молекулярных векторов млекопитающих на основе вирусов
семейства герпеса.
Экспрессирующие векторы млекопитающих на основе поксвирусов.
Бакуловирусы как векторы высокоэффективной экспрессии чужеродных
генов в клетках млекопитающих.
Ретровирусные молекулярные векторы млекопитающих.
Принципы и методы клонирования животных.
Принципы и методы получения трансгенных животных. Вопросы
безопасности работ с трансгенными животными.
Принципы и методы управления экспрессией генов животных.
Методы регуляции продуктивности сельскохозяйственных животных.
Регуляция пола. Современные подходы к созданию и сохранению новых пород.

Генная инженерия
Общие принципы и задачи генетической инженерии. Основные методы
получения вирусных, бактериальных и эукариотических культур. Методы
выделения и фракционирования нуклеиновых кислот из разных источников.
Ферменты, используемые в генетической инженерии. Электрофоретический анализ
нуклеиновых кислот.
Методы конструирования гибридных молекул ДНК in vitro. Векторные
молекулы ДНК. Методы введения молекул ДНК в клетки. Методы отбора гибридных
клонов.
Амплификация молекул ДНК in vitro.
Создание и применение рекомбинантных РНК.
Определение первичной структуры нуклеиновых кислот. Химический метод
секвенирования ДНК и РНК. Энзиматический метод секвенирования ДНК и РНК.
Методы секвенирования ДНК и РНК. Использование полимеразных цепных реакций
для анализа первичной структуры нуклеиновых кислот. Автоматизация процесса
секвенирования нуклеиновых кислот.
Общие принципы химико-ферментативного синтеза двухцепочечных ДНК.
Методы химического синтеза олигодезоксирибонуклеотидов. Твердофазный синтез
олигодезоксирибонуклеотидов и его автоматизация. Синтез генов и их
функционально важных участков.
Направленный мутагенез молекул ДНК in vitro. Методы введения
делеционных, инсерционных и точечных мутаций.
Создание доминантных мутаций, путем введения в клетки
"антисмысловой" РНК.
Методы достижения повышенной продукции белков, кодируемых
клонированными генами.
Особенности экспрессии клонированных эукариотических генов в клетках
прокариот.
Поддержание стабильности гибридных молекул ДНК в клетках.
Методы создания геномных библиотек и библиотек кДНК.
Определение положения клонированных сегментов в геномах.
Определение числа копий данной последовательности в геноме.
Методы картирования геномов.
Биомикрочипы: принципы разработки и применение.

Инженерная энзимология
Источники ферментов. Методы выделения и очистки ферментов. Носители
для иммобилизации ферментов. Физические и химические методы иммобилизации
ферментов.
Конформационные изменения ферментов при иммобилизации. Стабильность
иммобилизованных ферментов.
Роль диффузии в катализе иммобилизованными ферментами.
Кинетические закономерности катализа иммобилизованными ферментами.
Специфичность действия иммобилизованных ферментов. Методы исследования
кинетики действия иммобилизованных ферментов. Биореакторы на основе
иммобилизованных ферментов. Механохимическое регулирование каталитической
активности иммобилизованных ферментов.
Принципы, разновидности и сферы применения аффинной хроматографии.
Иммуноферментный анализ.
Растворимые фермент-полиэлектролитные комплексы: принципы их
создания и сферы применения.
Методы модификации ферментов. Инактивация и реактивация ферментов.
Стабилизация ферментов в растворе.
Методы и концепции создания ферментов с заданными свойствами.
Конструирование искусственных полиферментных систем.
Сферы применения ферментов в промышленности. Иммобилизованные
ферменты в системах конверсии энергии.
Регенерация кофакторов. Иммобилизованные кофакторы, их свойства и
использование.
Функционирование ферментов в органических растворителях и обращенных
мицеллах. Использование ферментов в тонком органическом синтезе.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения курса: ОК-
1, ОК-16, ПК-1-ПК-9, ПК-11-ПК-24 ФГОС по направлению подготовки
Биоинженерия и биоинформатика, квалификация (степень) «специалист».
Учебно-методическое и техническое обеспечение
ООП подготовки специалиста должна обеспечиваться учебно-методической
документацией и материалами по всем учебным курсам, дисциплинам (модулям)
основной образовательной программы. Содержание каждой из таких учебных
дисциплин (модулей) должно быть представлено в сети Интернет или локальной
сети образовательного учреждения.
Внеаудиторная работа обучающихся должна сопровождаться методическим
обеспечением и обоснованием времени, затрачиваемого на ее выполнение.
Каждый обучающийся должен быть обеспечен доступом к электронно-
библиотечной системе, содержащей издания по основным изучаемым дисциплинам
и сформированной на основании прямых договоров с правообладателями учебной
и учебно-методической литературы.
При этом должна быть обеспечена возможность осуществления
одновременного индивидуального доступа к такой системе не менее чем для 25
процентов обучающихся.
Библиотечный фонд должен быть укомплектован печатными и (или)
электронными изданиями основной учебной литературы по дисциплинам базовой
части всех циклов, изданными за последние 10 лет (для дисциплин базовой
части гуманитарного, социального и экономического цикла - за последние пять
лет), из расчета не менее 25 экземпляров таких изданий на каждые 100
обучающихся.
Фонд дополнительной литературы помимо учебной должен включать
официальные, справочно-библиографические и специализированные периодические
издания в расчете одного-двух экземпляров на каждые 100 обучающихся.
Электронно-библиотечная система должна обеспечивать возможность
индивидуального доступа для каждого обучающегося из любой точки, в которой
имеется доступ к сети Интернет.
Оперативный обмен информацией с отечественными и зарубежными вузами и
организациями должен осуществляться с соблюдением требований
законодательства Российской Федерации об интеллектуальной собственности и
международных договоров Российской Федерации в области интеллектуальной
собственности. Для обучающихся должен быть обеспечен доступ к современным
профессиональным базам данных, информационным справочным и поисковым
системам.
Высшее учебное заведение, реализующее основные образовательные
программы подготовки специалистов, должно располагать материально-
технической базой, обеспечивающей проведение всех видов лабораторной,
дисциплинарной и междисциплинарной подготовки, практической и научно-
исследовательской работы обучающихся, предусмотренных учебным планом вуза и
соответствующей действующим санитарным и противопожарным правилам и нормам.
Высшее учебное заведение должно обеспечить проведение научно-
исследовательских практик на собственной лабораторно-экспериментальной
базе, либо на базе других вузов, научно-исследовательских институтов (НИИ),
учреждений здравоохранения, производственных организаций с использованием
их материально-технических возможностей.
Для обеспечения эффективной и научно-практической подготовки
специалистов вуз должен иметь устойчивые связи с НИИ, предприятиями и
учреждениями, предоставляющими свою материально-техническую базу для
реализации специализаций основных образовательных программ подготовки
специалистов.
Минимально необходимый для реализации основной образовательной
программы подготовки специалистов перечень материально-технического
обеспечения включает в себя:
химическую, биохимическую, микробиологическую, генно-инженерную
лаборатории, оснащенные современным специализированным научным
оборудованием, позволяющим проводить обучение по соответствующим
дисциплинам и биоинженерные исследования;
специально оборудованные лаборатории, оснащенные оборудованием для
проведения физико-химических исследований (допустимо использование
соответствующего оборудования для обучения и научно-исследовательских
практик в институтах соответствующего профиля);
компьютерные классы с выходом в сеть Интернет;
аудитории, оснащенные мультимедийным оборудованием, необходимым для
презентации лекций по основным биоинформационным, биологическим и
биоинженерным дисциплинам, а также для проведения постоянных конференций
обучающихся.
Для использования электронных изданий вуз должен обеспечить каждого
обучающегося рабочим местом в компьютерном классе в соответствии с объемом
изучаемых дисциплин. Вуз должен располагать серверами, компьютерными
классами, современной компьютерной техникой и программными средствами,
позволяющими выполнять комплексные биоинформационные исследования, и
обеспечивающими максимально свободный доступ для обучающихся к сети
Интернет не менее 15 часов в неделю.
[pic]