Molekuláris biológia

A tantárgy angol neve: Molecular Biology

Adatlap utolsó módosítása: 2018. március 6.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Egészségügyi mérnöki szak, MSc képzés

kötelező tantárgy

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIEUM119 1 2/2/0/v 5  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Mandl József,
4. A tantárgy előadója Dr. Mandl József
7. A tantárgy célkitűzése

A genetikai információ tárolása, kifejeződése, a laboratóriumi géntechnológiák ismertetése. A biotechnológia molekuláris biológiai alapjainak elsajátítása.

8. A tantárgy részletes tematikája

1. Nukleinsavak szerkezete.

A genetikai információ tárolása és kifejeződése. Géncsaládok, szupergéncsaládok, génclusterek, genom változékonysága, szatellita DNS, non-repetitív gének – struktúrgének. A nukleotidok és a nukleinsav lánc szerkezete, polaritás, 3' 5' vég fogalma, a szekvencia jelölése, a DNS szerkezete, a komplementer láncokat összetartó kötések, a DNS denaturációja és a hibridizáció fogalma, DNS topoizomerek. Az RNS szerkezete, mRNS, tRNS, rRNS szerkezete. A prokarióta genom, az eukarióta genom és a vírus genom fogalma. Az információ áramlásának iránya, a gén fogalma, a genetikai kód, illetve a kodon fogalma.

2. A DNS replikációja.

A DNS replikációja prokariótákban, a replikáció elve. DNS dependens DNS polimerázok működése, templát, primer fogalma, a proofreading, a nick és a DNS ligáz által katalizált reakció. A cirkuláris prokarióta genom replikációja, a replikációs origo, a replikáció iránya, illetve a két lánc szintézisének iránya, Okazaki fragmentumok, a plazmidok fogalma. A DNS replikációja eukarióta sejtekben. Az eukarióta kromoszóma szervezõdése. DNS polimerázok, telomeráz. A DNS szintézis és a hiszton szintézis időpontja a sejtciklusban, a hisztonok megoszlása.

3. A DNS károsodásainak javítása, repair mechanizmusok, mutációk.

A DNS leggyakoribb kémiai károsodásai, a bázisok dezaminációja, depurinizáció. Timin dimérek kialakulása. Timin-uracil helyett, biztonsági szerepe a DNS-ben. DNS károsodások javításának mechanizmusai, a repair rendszerek kapacitásának határa, a mismatch repair. A kijavítatlan károsodások rögzülése, mutációk. A pontmutációk kialakulásának mechanizmusa, a spontán mutáció mechanizmusa, a pontmutációk következményei kódoló DNS szakaszon, a frame shift illetve a nonsense mutáció fogalma. A mutációk következményei csírasejtekben és szomatikus sejtekben, szuppresszor mutáció, Ames próba. Protoonkogének és tumor szuppresszor gének fogalma.

4. RNS, és a transzkripció.

A gén és a transzkripció prokariótákban. A DNS-dependens RNS polimeráz működése, a gén orientációja a kódoló, sense (+) DNS - lánc és a templát (-) DNS-lánc fogalma, a prokarióta transzkripciós egység, a promoter (erős, gyenge) fogalma, az operon fogalma, a lac-operon és a lac promoter szerkezete, a prokarióta mRNS szerkezete. A transzkripció és az RNS poszt-transzkripciós módosulásai eukariótákban. Az eukarióta DNS jellegzetességei, az eukarióta gén exon - intron szerkezete. Az expresszió mértéke és variabilitása emlős szövetekben, megszakított gének. Az eukarióta transzkripciós egység, az eukarióta RNS polimerázok. Az eukarióta promóterek, enhancerek és silencerek, a heteronukleáris RNS fogalma. Az mRNS érése, az 5' - cap, a 3' - poliA farok kialakulása és a splicing mechanizmusa. Az eukarióta mRNS szerkezete, az alternatív splicing.

5. A génkifejeződés szabályozása, transzkripciós faktorok, a sejtciklus szabályozása.

A transzkripció szabályozása prokariótákban, regulátor fehérjék, cisz és transz regulátor elemek. A laktóz (lac) -operon működésének negatív és pozitív szabályozása. Sztringens kontroll és a prokarióta riboszóma RNS transzkripciója. A transzkripció szabályozása eukariótákban. A transzkripció iniciációjának szabályozása, általános és specifikus transzkripciós faktorok. Protoonkogének és tumor szuppresszor gének által kódolt fehérjék szerepe a sejtciklus szabályozásában. A sejtciklus kontrol pontjai a Gl/S és a G2/M fázisok határán. Ciklinek és ciklin dependens protein kinázok. Magi (szteroid, tiroid) receptor géncsaládhoz tartozó transzkripciós faktorok.

6. A vírusgenom replikációja és az onkogének.

A vírusgenom, a fágok replikációjának lítikus és lizogén útja, a fág represszor. Az állati vírusok replikációja. A DNS genommal rendelkező vírusok. A kettős szálú RNS megjelenésének szerepe az interferonok hatásmechanizmusában. Az állati vírusok csoportosítása replikációs mechanizmusuk szerint. A retrovírusok replikációja, a reverz transzkriptáz. RNS dependens DNS polimeráz. Onkogéneket hordozó retrovírusok és a celluláris protoonkogének.

7. Fehérjeszintézis.

A transzláció mechanizmusa és a polipeptidlánc további sorsa. Kódszótár, a transzlációs apparátus komponensei. A transzlációhoz szükséges sejtorganellumok és makromolekulák. A tRNS szerkezet és funkció kapcsolata, aminoacil-tRNS szintetázok. mRNS, kodon-antikodon kapcsolat, a lötyögés biológiai jelentősége. Prokarióta és eukarióta riboszómák szerkezete és kötőhelyei. A polipeptidlánc szintézisének mechanizmusa. A transzláció folyamata prokariótákban és eukariótákban, a riboszóma ciklus, tRNS töltés, tRNS kötés, iniciáció, elongáció, peptid kötés kialakulása, terminálás. A transzláció szabályozása, eIF2 foszforilációja. A fehérje szintézist gátló antibiotikumok hatásmechanizmusa. A fehérjék sejtorganellumokba irányítása és a transzláció utáni módosulások. Szekréciós fehérjék szintézise és transzportja az ER membránban. Glikoprotein szintézis.

8. Molekuláris biológiai és egyéb biológiai laboratóriumi módszerek.

Fizikai-kémiai és biológiai alapú elválasztási módszerek (elektroforézis, kromatográfia) alapelvei. Az enzimdiagnosztika alapjai. Makromolekulák szintézisének mérése jelzett prekurzorokkal. Immunológiai analitikai módszerek (ELISA).

9. Rekombináns géntechnológia.

Alapvető módszerek: DNS fragmentek izolálása, szekvenálása, azonosítása. Restrikciós enzimek, restrikciós endonukleázok gyakorlati jelentősége. DNS fragmentek elektroforézise - Restrikciós térképek. DNS szekvencia meghatározási módszerek. Hibridizáció – Southern blot, Northern blot, (Western blot), in situ hibridizáció, (immunhisztokémia). Genetikai rekombináció, integráció, mobil genetikai elemek, géntérkép.

10. Vektorok és könyvtárak.

Rekombináns DNS vektorok - plazmid, fág, cosmid, YAC, expressziós vektorok. Vektor tervezés - példák: klónozás - szelekciót optimalizáló módszerek. Expressziós vektorok - prokarióta, eukarióta, - konstitutív, regulálható expressziós vektorok. Géntranszfer - genetikailag módosított vírusok.

07Genom könyvtár: készítése, felhasználása – kromoszóma séta, génkeresés ("screenelés"), gén struktúra vizsgálatok (regulátor szekvenciák, exon-intron szekvenciák). cDNS könyvtár: készítése, felhasználása, teljes fehérje szekvencia megfejtése. A Humán Genom Project program, gén-adatbank.

11. Génamplifikációs eljárások.

A polimeráz láncreakció elve, optimalizálása. RT-PCR. Allél-specifikus PCR. Restrikciós fragment hosszúság polimorfizmus – orvosi, igazságügyi orvostani alkalmazása. A PCR orvosi alkalmazása - virológia, prenatalis diagnózis mutációk kimutatására.

12. Génreguláció vizsgálata (transzkripciós szabályozás).

A promoter vizsgálata - DNA footprinting. DNS fehérje kapcsolat vizsgálata - gélretardáció, riporter gének. Funkció vizsgálatok – irányított mutagenezis. Gyakorló példák az eddigi információkból. (Mol. Biol. gyakorlat.)

13. A rekombináns géntechnológia gyakorlati alkalmazásai.

Géndiagnosztika: Betegségre jellemző gének megtalálása (cisztikus fibrózis). Ismert genetikai mutációk, vírus nukleinsavak kimutatása (RFLP, PCR). DNS chip. Génterápia: Antiszensz RNS. Génbevitel - előnyei, hátrányai (ADA, TIL).

Transzgenikus és knock-out állatok. A géntechnológia gyógyászati alkalmazása: rekombináns géntechnológiával előállított biológiai aktív anyagok (inzulin, véralvadási faktorok, antikoagulánsok, interferonok, interleukinek, monoklonális antitestek, vakcinák). A génmódosított élelmiszerek problémája – előállításuk, egészségügyi, ökológiai és gazdasági veszélyek, a génmanipuláció törvényi korlátozása.

14. Bioinformatika. Az in silico vizsgálatok alapjai.

DNS és fehérje szekvencia adatbankok. Az adatbankok használata. Egy baktérium (Mycobacterium tuberculosis) PCR-azonosításához szükséges primer megtervezése DNS-adatbank segítségével. Az alvadási zavarok egyik típusában szerepet játszó Leiden-mutáció PCR-kimutatásához szükséges primer megtervezése. Két izoenzim (vagy két bármely fehérje) homológiájának vizsgálata fehérje-szekvencia adatbank felhasználásával.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

Előadás és gyakorlat.

10. Követelmények

A szorgalmi időszakban: Az előadások látogatása kötelező. Azon hallgatók, akik 4-nél többször mulasztottak, „nem teljesítette” minősítést kapnak, a vizsgán nem vehetnek részt.

A vizsgaidőszakban: szóbeli vizsga

Elővizsga: --

12. Konzultációs lehetőségek

Szükség szerint, megbeszélés alapján.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Ádám-Dux-Faragó-Fésűs-Machovich-Mandl-Sümegi: Orvosi biokémia (szerkesztette: Ádám Veronika), Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2001

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Készülés előadásokra7

Készülés gyakorlatra

14
 Önáló tananyag feldolgozás
  33
Vizsgafelkészülés40
Összesen150
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Mandl József egyetemi tanár SE Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Pathobiokémiai Intézet

Dr. Csuka Ildikó egyetemi adjunktus SE OVMBPI

Dr. Hrabák András egyetemi docens SE OVMBPI