Маркова_билеты

Билет 1.

1. Геномика и протеомика: предмет изучения и основные направления исследований. Основные методы геномики и протеомики.

2. Анализ сложных белковых смесей: гель электрофорез и двумерный гель-электрофорез. Принцип метода и его применение.

1) Геномика - раздел молекулярной генетики, посвящённый изучению генома и генов живых организмов.

Основные разделы геномики:

Структурная геномика — содержание и организация геномной информации. Имеет целью изучение генов с известной структурой для понимания их функции, а также определение пространственного строения максимального числа «ключевых» белковых молекул и его влияния на взаимодействия.

Функциональная геномика — реализация информации, записанной в геноме, от гена — к признаку.

Сравнительная геномика (эволюционная) — сравнительные исследования содержания и организации геномов разных организмов.

Музеогеномика — отрасль науки, занимающаяся расшифровкой генетической информации останков биологических объектов, хранящихся в зоологических, биологических, палеонтологических музеях/

Когнитивная геномика — область геномики относящаяся к когнитивной функции, в которой изучаются гены и некодирующие последовательности генома, связанные с активностью мозга. 

Медицинская геномика и тд.

Основные методы геномики – секвенирование (считывание) геномов, их анализ, сравнение с уже существующими базами данных, определение связи между свойствами организма и его геномом.

Протеомика - область молекулярной биологии, посвящённая идентификации и количественному анализу.

Объектом изучения протеомики являются белки, которые экспрессируются в данной клетке, ткани или организме в данный момент времени (то есть протеом).

Основная задача протеомики заключается в идентификации новых белков и их количественном анализе.

2) В 1970-м году швейцарский учёный Ульрих Лэммли предложил метод разделения белков при помощи электрофореза в денатурирующих условиях. Сначала белки подвергали жёсткой денатурации под действием додецилсульфата натрия который в виде слоя покрывал каждую белковую молекулу. Чем больше был белок, тем больше додецилсульфата связывалось с ним и тем больший отрицательный заряд приобретал их комплекс.

Поэтому при нанесении образцов на полиакриламидный гель они начинали двигаться под действием электрического поля; при этом скорость движения белковых молекул зависит от их массы (более лёгкие белки перемещаются по гелю быстрее). Метод хорошо подходит для разделения белков с массой от 5 до 250 кДа.

Метод Лэммли получил дальнейшее развитие. В 1975 году Патрик О’Фарелл и Йоахим Клозе независимо друг от друга предложили принцип так называемого двумерного электрофореза: перед разделением по массе с помощью додецилсульфата белки предварительно разделяются согласно их изоэлектрической точке.

Сначала белки вносят в стеклянную трубку, заполненную особыми полимерами, которые создают в ней неподвижный градиент pH. Белки распределяются по трубке, занимая места, pH которых равен их изоэлектрической точке. Далее содержимое трубки выдавливают и приплавляют к гелю для обычного электрофореза по Лэммли.

Таким образом, сначала белки делятся по изоэлектрической точке, а потом по массе. В результате двумерного электрофореза каждому белку соответствует не полоса, как при обычном электрофорезе, а сфокусированное округлое пятно, размер и интенсивность окрашивания которого соответствуют концентрации белка.

С помощью двумерного электрофореза можно разделять не только различные белки, но и изоформы одного и того же белка, а также формы белка с разными посттрансляционными модификациями. Были предложены различные усовершенствования методики двумерного электрофореза, некоторые его этапы, а также обработка отсканированных гелей, были автоматизированы.

По сути, двумерный электрофорез — единственный способ наглядного представления протеома

Билет 2.

1. Основные признаки и общая структура прокариотического гена. Структура эукариотического гена.

2. Современные методы установления пространственной структуры белковых молекул (3D).

1) Геном прокариот включают два типа генетических структур: нуклеоид (аналог хромосомы) и внехромосомные элементы (плазмиды, способные к автономной репликации). В состав хромосомы входят: структурные гены, кодирующие белки и РНК, межгенные участки (спейсеры), регуляторные элементы, определяющие работу генов, различные мобильные элементы. Большую часть генома прокариот (как правило, 80–90 %) составляют последовательности, кодирующие белки и РНК. Интроны у бактерий и архей встречаются как в генах, кодирующих рибосомные и транспортные РНК, так и в белок-кодирующих генах. Однако частота встречаемости интронов в генах прокариот гораздо ниже, чем у эукариот.

Геномы прокариот являются динамичными структурами даже в пределах одного вида.

Исходя из внутривидовой вариабельности геномов сложились представления о базовом (core) и гибком вспомогательном наборе генов. Консервативный базовый набор включает гены так называемого «домашнего хозяйства», ответственные за информационные системы репликации, транскрипции, трансляции, ключевые пути метаболизма и формирования клеточных структур, определяющих видовую/родовуюпринадлежность. В категорию вспомогательных входят операционные гены, контролирующие разные процессы метаболизма и морфофизиологические признаки, обеспечивающие приспособленность к определенной экологической нише. Многие из таких генов локализованыв плазмидах, мобильных элементах, геномных островках, которые не обязательно присутствуют во всех штаммах одного вида.

Билет 3.

1. Технологии рекомбинантных ДНК. Рестрицирующие эндонуклеазы и другие ферменты для молекулярного клонирования.

2. Структурная организация белковых молекул и ее иерархия. Элементы вторичной структуры белков.

Билет 4.

1. Полимеразная цепная реакция (PCR) и области ее применения.

2. Основные принципы метода масс-спектрометрического анализа белков и его применение в биологии и медицине.

Билет 5.

1. Методы получения рекомбинантных генов. Химический и ферментативный синтез ДНК.

2. Основные принципы метода рентгеноструктурного анализа белков.

Билет 6.

1. Понятие о клонирующем векторе, основные типы векторов. Векторы для клонирования крупных фрагментов ДНК.

2. Хроматографические методы разделения и очистки белков.

Билет 7.

1. Составные элементы вектора на примере бактериальной экспрессионной плазмиды.

2. Основные методы разделения и очистки белков.

Билет 8.

1. Общая схема молекулярного клонирования на примере трансформации бактерий плазмидным рекомбинантным вектором.

2. Доменная архитектура белков, ее связь с экзон-интронной структурой генов.

Билет 9.

1. Доставка рекомбинантной ДНК и РНК в клетку. Проблемы экспрессии чужеродных генов и аутентичности рекомбинантных белков.

2. Анализ неизвестного белка по последовательности и возможность установления его функции. Консервативность пространственной структуры белков.

Билет 10.

1. Понятие о генетически-модифицированных организмах (ГМО). Перспективы создания и сферы применения ГМ-организмов.

2. Формирование белками пространственной структуры (фолдинг). Значение нативной структуры белка для его функции. Шапероны.

Билет 11.

1. Общие принципы конструирования новых хозяйственно ценных организмов (ГМО). Аргументы за и против использования ГМ-организмов.

2. Базы данных белковых структур: белков и доменов. Сравнение пространственных структур белков (структурный элаймент), поиск гомологий.

Билет 12.

1. Проекты по созданию искусственной жизни: бактерия Синтия и эукариотический организм «Синтетические дрожжи». Значение и перспективы применения.

2. Анализ гомологий в белковых последовательностях. Множественный элаймент белков и выявление консервативных последовательностей. Аннотация и классификация белков.

Билет 13.

1. Основные методы секвенирования небольших фрагментов ДНК: химический и ферментативный. Автоматизация секвенирования коротких ДНК.

2. Аффинная очистка белков, основной принцип и примеры.

Билет 14.

1. Современные технологии полногеномного секвенирования. Общая схема и примеры.

2. Филогенетический анализ белков.

Билет 15.

1. Проект «Геном человека». Основные черты организации генома человека.

2. Связь структуры и функции белковых молекул. Предсказание функции белка по его структуре.

Билет 16.

1. Геномы вирусов. Ретровирусы.

2. Идентификация, сравнение и поиск гомологичных белков, количественная оценка сходства белковых последовательностей.

Билет 17.

1. Вариабельность генома. Типы вариабельности последовательности ДНК. Усредненный геном вида.

2. Взаимодействие биомолекул в клетке. Белковые сети и метаболические пути. Метаболом.

Билет 18.

1. Молекулярно-генетические маркеры. Их использование для идентификации организмов.

2. Методы детекции белок-белковых взаимодействий.

Билет 19.

1. Технологии ДНК-микрочипов и их применение. ДНК-микрочипы (DNA microarray) в оценке уровня экспрессии генов.

2. Протеомные карты нормальных и патологических тканей для разработки новых методов диагностики заболеваний.

Билет 20.

1. Повторяющиеся элементы геномов. Подвижные генетические элементы.

2. Протеомные карты нормальных и патологических тканей для разработки новых методов диагностики заболеваний.

Билет 21.

1. Организации бактериального генома. Фактор фертильности и половой процесс у бактерий.

2. Предсказание функции белка на основании нуклеотидной последовательности.

.

Билет 22.

1. Эукариотический геном. Генетический аппарат органелл.

2. Взаимодействия, обеспечивающие формирование и поддержание пространственной структуры белка.

Билет 23.

1. Происхождение и эволюция эукариотического генома. Взаимосвязь сложности генома и его размера.

2. Перспективы молекулярной диагностики заболеваний на основе исследований протеома.

Билет 24.

1. Происхождение и эволюция эукариотического генома. Гены-гомологи, ортологи и паралоги. Взаимосвязь сложности генома и его размера.

2. Перспективы молекулярной диагностики заболеваний на основе исследований протеома.

Билет 25.

1. Метагеном. Метагеномика окружающей среды и организма человека. Анализ метагеномов и его применение.

2. Транскриптом и виды РНК в клетке. Функциональное значение различных клеточных РНК.

Билет 26.

1. Уровни регуляции экспрессии генов в клетке. Координация экспрессии различных групп генов.

2. Сравнение пространственных структур белков (структурный элаймент), поиск гомологий.

Билет 27.

1. Структура мРНК. Альтернативный сплайсинг.

2. Прионы. Механизм развития прионных заболеваний.

Билет 28.

1. Генотипирование организмов для идентификации и определения степени родства. Молекулярная диагностика заболеваний.

2. Ионообменная хроматография для разделения и очистки белков.

Билет 29.

1. Редактирование геномов. Возможности и перспективы его использования.

2. Молекулярная филогенетика. Филогенетические дистанции между организмами.

Билет 30.

1. Стратегия секвенирования геномов de novo. Генетическое и физическое картирование геномов. Физические карты высокого и низкого разрешения.

2. Гель электрофорез для анализа макромолекул.