STUDIEHANDLEDNING. LÄG013, Molekylär cellbiologi 16,5 högskolepoäng

Transkript

1 Institutionen för biomedicin STUDIEHANDLEDNING LÄG013, Molekylär cellbiologi 16,5 högskolepoäng Läkarprogrammet Grundnivå Vårterminen 2011 Kursansvarig: Susann Teneberg

2 LÄG013, Molekylär cellbiologi 16,5 hp Grundnivå KURSBESKRIVNING Uppläggning/innehåll Kursen i Molekylär cellbiologi motsvarar 16,5 högskolepoäng. Kursens syfte är att ge de studerande kunskaper om den molekylära grunden för cellers struktur och funktion, och en förståelse för ämnet som gör det möjligt för de studerande att följa med i den biomedicinska utvecklingen. De teoretiska studierna åtföljs av laborativa moment som avser att åskådliggöra betydelsefulla metoder, och att ge de studerande en viss praktisk färdighet i experimentellt arbete. Kursen består av fyra block: 1. Cellens byggstenar och biokemins verktyg 2. Grundläggande cell- & molekylärbiologi 3. Den eukaryota cellens molekylära biologi 4. Eukaryot cellbiologi: cellens uppbyggnad och tillväxtreglering Undervisningens utformning Kursens arbetsformer är föreläsningar, laborationer, litteraturstudier och temadagar. Föreläsningarna under kursen har olika karaktär: 1. Introduktionsföreläsningar som syftar till att introducera studenten till ett ämnesavsnitt. 2. Nyckelföreläsningar där syftet är att förklara avsnitt som kan vara svåra att penetrera. För att studenten ska tillägna sig lärandemålen krävs ett aktivt informationssökande med hjälp av kursslitteraturen och övriga informationskällor. Under kursen ges två olika slags laborationer: 1. Datorbaserade laborationer som syftar till att illustrera molekylära strukturer och skeenden. 2. Praktiska laborationer som som avser att åskådliggöra betydelsefulla molekylärbiologiska metoder och cellbiologiska fenomen. Lärandemål Efter avslutad kurs ska studenten kunna: 1. Kunskap och förståelse - redogöra för hur biologiska makromolekyler (proteiner, nukleinsyror, kolhydrater, lipider) är uppbyggda, och förklara sambanden mellan deras struktur och funktion. - redogöra för överföringen av genetisk information från DNA till protein. - redogöra för hur det humana genomet, och mikrobers genom, är uppbyggda, och förklara hur uttrycket av gener regleras. 2

3 - redogöra för cellcykeln och dess reglering, samt hur humana cellers DNA replikeras. - redogöra för mekanismer för uppkomst av DNAskador och mutationer, samt mekanismer för reparation av DNAskador. - redogöra för cellbiologiska skeenden såsom cellens interaktion med omgivningen, membrantransport, intracellulär transport, intracellulär signalering, cellens rörlighet, programmerad celldöd och mikrob-cell interaktion. 2. Färdighet och förmåga - diskutera biokemiska och molekylärbiologiska faktorers roller vid hälsa och sjukdom. - sammanfatta och jämföra information från vetenskaplig litteratur inom ämnesområdet. - använda grundläggande laboratoriemetodik. 3. Värderingsförmåga och förhållningssätt - identifiera och diskutera etiska frågeställningar inom biomedicinsk forskning. Former för bedömning och kriterier för godkänt Delförhör I kursen ingår fyra (ej obligatoriska) skriftliga delförhör. Varje delförhör ges en gång per termin. Resultatet på delförhöret ger 0-3 bonuspoäng enligt angiven mall. Bonuspoängen kan tillgodoräknas i den skriftliga sluttentamen (se nedan). Godkänd kurs (8,5 hp) För godkänd kurs krävs närvaro vid introduktionen, och godkända praktiska laborationer samt godkänt deltagande i den vetenskapsteoretiska temadagen (dessa moment är kursiverade i kursschemat). För godkända praktiska laborationer krävs aktivt deltagande, godkänd skriftlig labrapport för plasmidlabben (se Mall för labrapport i slutet av dokumentet), samt att studenten visar förmåga att arbeta i grupp och följa muntliga och skriftliga instruktioner. Godkänd kurs krävs för att få delta i sluttentamen. Igentagning av missade obligatoriska moment sker i samråd med kursansvarig lärare (kontaktas via mail). Skriftlig och muntlig sluttentamen (8 hp) Kursens tentamen är tvådelad. Den skriftliga delen syftar till att examinera basfaktakunskaper, och består av essäfrågor om 6 poäng samt korta-svarsfrågor om 2 poäng. För att erhålla 6 poäng på essäfrågorna fordras koncisa och logiskt sammanhängande svar i essäform. 3

4 Den skriftliga tentamen omfattar totalt 64 poäng och för godkänt resultat krävs 66 % rätta svar. När bonuspoäng inräknas krävs 62 % rätta svar för godkänt resultat. Den muntliga sluttentamen syftar till att examinera de studerandes förståelse för samt överblick över ämnet molekylär cellbiologi. Grupper om 3-4 studenter examineras av en lärare. Frågorna kan omfatta hela kursen med undantag av laborationer. För godkänt resultat på den muntliga tentamen krävs att studenten på ett strukturerat sätt presenterar frågeställningar inom ämnesområdet. Studenten ska visa förmåga att exemplifiera och diskutera biokemiska och molekylärbiologiska faktorers roller vid hälsa och sjukdom, och att integrera olika kunskaper till en helhetsbild. Vidare kommer studentens förmåga att diskutera etiska frågeställningar inom biomedicinsk forskning att bedömas. För godkänd sluttentamen krävs godkänt resultat på både den skriftliga och den muntliga tentamen. Omtentamen görs dock endast på eventuell underkänd del. Kontaktinformation Kursledare Susann Teneberg Institutionen för biomedicin Tel susann.teneberg@medkem.gu.se Kurssekreterare Isabell Lundberg Institutionen för biomedicin Tel kursexp@medkem.gu.se Kursadminstrationen (lokal Medicinaregatan 9A) har följande öppettider: Mån Tis Ons To Klassansvarig lärare från programkommittén för kursen VT11 är Gösta Axelsson (gosta.axelsson@amm.gu.se). 4

5 Lärare Under kursen kommer du att möta följande lärare: MA Mikael Alsterholm Avd för dermatologi och venerologi HB Håkan Billig Sektionen för fysiologi DB Dan Baeckström Avd för medicinsk kemi och cellbiologi IB Ingrid Bölin Avd för mikrobiologi och immunologi PE Per Elias Avd för medicinsk kemi och cellbiologi CG Claes Gustavsson Avd för medicinsk kemi och cellbiologi OH Ola Hammarsten Avd för klinisk kemi, transfusionsmedicin BM Bertil Macao Avd för medicinsk kemi och cellbiologi SO Sigvard Olofsson Avd för infektionssjukdomar FR Filip Radovic Inst för filosofi, lingvistik och vetenskapsteori TS Tore Samuelsson Avd för medicinsk kemi och cellbiologi BS Bo Svennerholm Avd för infektionssjukdomar ST Susann Teneberg Avd för medicinsk kemi och cellbiologi AU Anne Uv Avd för medicinsk genetik HW Holger Wigström Sektionen för fysiologi PÅ Pierre Åman Avd för patologi Information För mer information om schema, delförhör, målbeskrivningar mm se Kurslitteratur Rekommenderad kurslitteratur - Biochemistry, 6th edition (2006) Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, L. W.H. Freeman and company, New York - The Cell, a Molecular Approach 4th edition (2009) Cooper, G.M. Hausman, R.E. ASM Press, Washington DC Bredvidläsningslitteratur - Medical Microbiology, 4th edition (2002) Murray, P.L. m.fl. Mosby Inc. - A Clinical Companion to Accompany Biochemistry (2002) Saltsman, K., Berg, J., Tomaselli, G. W.H. Freeman and company, New York Webb-material Förutom de hemsidor som hör till Biochemistry och The Cell finns mycket användbar information på learn.genetics.utah.edu/ Rekommenderas. 5

6 Övrigt Utvärdering I samband med delförhören får studenterna möjlighet att utvärdera kursblocket genom att skriva ner synpunkter på undervisningen. En övergripande utvärdering av hela kursen sker i slutet av kursen. Kursens halvtimme Tid för kursinformation finns schemalagt varje månad. Kursnämnd Kursnämnd för Molekylär cellbiologi hålls torsdagen 5/ samling utanför kurssekretariatet Tentamensgenomgång Genomgång av tentamen kommer att schemaläggas under efterföljande kurs i Funktionell histologi. För att denna genomgång ska ske skall de tentamensfrågor studenterna önskar få belysta mailas till kursledaren (Susann.Teneberg@medkem.gu.se) senast två dagar innan genomgången. Forskning Alla institutioner som deltar i undervisningen bedriver också forskning inom olika medicinska ämnesområden. Studenter som är intresserade av att få veta mer om den forskning som bedrivs inom den medicinska fakulteten uppmanas att ta kontakt med kursledningen eller enskilda lärare för vidare information. Det finns som regel goda möjligheter för forskningsintresserade studenter att parallellt med sina egna studier delta i enskilda forskningsgruppers arbete. Målbeskrivning Målbeskrivningen (se nedan), samt ev. instuderings-/laborationsfrågor, definierar avsnittets innehåll, och ska fungera som en vägledning för inlärningen. 6

7 Bakgrundskunskaper Undervisningen förutsätter att studenten är förtrogen med följande biokemiska grundbegrepp från gymnasieskolans kemikurser. Se även Biochemistry (2006) Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, L. Kap 1, sid Atomens uppbyggnad och principerna för grundämnenas periodiska system. Begreppen ädelgaskonfiguration, elektronegativitet och jonisering. Principen för kovalenta bindningar. Enkel- och dubbelbindningar etc. De olika atomernas antal bindningar i stabila molekyler. Bindningspolarisation. Kiralitet. Isomer. Aromaticitet. Dipol-moment. (Hybridisering och molekylorbitaler beskrivs översiktligt). Olika icke-kovalenta interaktioner: jonbindningar, vätebindningar, polära interaktioner, och van der Waals-krafter. Vattens egenskaper. Hydrofoba interaktioner och effekter. Funktionella grupper: alken, alkyn, aren, halid, alkohol, eter, karbonyl, aldehyd, keton, ester, karboxylsyra, amid, amin, sulfid, sulfon. Molekylära dimensioner, tidsskalor och energier. Energiformer. Begreppet bioenergetik. Energi-enheter. Inre energi, entalpi, entropi. Termodynamikens huvudsatser. Begreppet fri energi och dess betydelse inom bioenergitiken. Villkor för spontan kemisk reaktion. Kemiska reaktioners hastighet. Kemisk jämvikt och jämviktskonstanten. Vattens autoprotolys. Definition av ph. Svaga och starka syror och baser. Definition av pka. 7

8 MÅLBESKRIVNING Allmänt Kursens syfte är att ge de studerande kunskaper om den molekylära grunden för cellers struktur och funktion. En förståelse för ämnet som möjliggör för studenten att självständigt läsa och förstå vetenskaplig litteratur inom ämnesområdet eftersträvas. De teoretiska studierna åtföljs av laborativa moment som avser att åskådliggöra betydelsefulla metoder, ge de studerande en viss praktisk färdighet i experimentellt arbete, en träning i samarbete och problemlösning, samt en ökad datorkompetens. *Stryer = Biochemistry, 6th edition (2006) Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, L. W.H. Freeman and company, New York *Cooper = The Cell, a Molecular Approach 4th edition (2009) Cooper, G.M. Hausman, R.E. ASM Press, Washington DC Block 1. CELLENS BYGGSTENAR OCH BIOKEMINS VERKTYG Lärandemål för block 1 Efter avslutad kurs ska studenten kunna: - beskriva hur biologiska makromolekyler (proteiner, kolhydrater, lipider, nukleinsyror) är uppbyggda, och förklara sambanden mellan deras struktur och funktion. Moment Nyckelord Mål Studenten ska kunna Cellbiologi och modern medicin Lipider: Struktur, syntes och funktion Stryer kap 12 sid , kap 26, sid Introduktion till modern cellbiologi Energi-lager: Fria fettsyror och triacylglycerol Membranlipider: Amfipatibegreppet Kolesterol (struktur ska kunnas) Fosfolipider (principiell struktur ska kunnas) Glykolipider (principiellstruktur ska kunnas) Bildning av miceller och membraner Transportformer: Översiktligt om lipoproteiners struktur och funktion Redogöra översiktligt för det cellbiologiska perspektivet på dagens medicin Beskriva lipiders struktur och biologiska funktioner 8

9 Aminosyror. Struktur, syntes och funktion Stryer kap 2, kap 24 Stryer sid , , 779, 930, Kolhydrater. Struktur, syntes och funktion Stryer kap 11 sid , sid Från aminosyror till 3D struktur Stryer kap 2, förutom detaljer kring konstruktion av Ramachandran-diagram. Primära aminosyror: uppbyggnad, isomerer och joniseringstillstånd. De 20 aminosyrornas struktur och kemiska egenskaper. Syntes av aminosyror (översiktligt) Aminosyror som precursorer för biomolekyler Kolhydraters struktur: stereokemi, isomeri, ringbildning, glykosidisk bindning Monosackarider: glukos (struktur ska kunnas), galaktos, N- acetylglukosamin, N- acetylgalatosamin, fucos, sialinsyra Disackarider: laktos Galaktosemi Laktosintolerans Glykokonjugat: glykoproteiner (N-linked + O-linked) /glykolipider /proteoglykaner (principiell struktur ska kunnas) Diversitet - AB0systemet Peptiders kemiska uppbyggnad, peptidbindningens egenskaper, speciella egenskaper hos prolin och cystein. Innebörden av uppdelningen primär-, sekundär, tertiär- och kvartärstruktur. De viktigaste sekundärstrukturernas uppbyggnad: alfa-helix, betaflak och 'reverse turn'. (Detaljerna kring konstruktion av Ramachandran-diagram ingår inte.) Principer för stabilisering av proteiners tre-dimensionella struktur samt innebörden av begreppen 'veckning', 'kooperativitet', 'denaturering', 'sekundärstruktur-propensitet' och 'strukturprediktion'. Olika typer av visualisering av proteinstrukturer. Redogöra för proteiners struktur, och proteinstrukturens beroende av aminosyrornas egenskaper Beskriva kolhydraters struktur och biologiska roller (Kolhydratmetabolism dvs nedbrytning av kolhydrater för utvinnande av energi ingår inte) Redogöra för proteiners struktur, och proteinstrukturens beroende av aminosyrornas egenskaper 9

10 Enzymer Stryer Kap 8. Fokus på förståelse, ej matematiska härledningar. Enzymklasser och cofaktorer Stryer, Kap 9 Innebörden av begreppet 'post-translationell modifiering' och de exempel som nämns i Stryer. Innebörd av och samband mellan termodynamiska grundbegrepp: entalpi, entropi, fri energi. Aktiveringsenergi, övergångstillstånd, katalys. Enzymer: definition, samband mellan struktur och katalytisk funktion. "Active sites" och deras egenskaper. Kemisk reaktionskinetik: hastighetskonstanter och deras samband med jämviktskonstanten. Enzymkinetik: bildningen av enzym-substratkomplex som intermediär. "Steady-state". Antaganden som ligger till grund för Michaelis-Mentens ekvationer. Michaelis-Mentens parametrar K M och V ma x, och deras innebörd (ej härledning). Innebörden av k cat. Kompetitiva och nonkompetitiva inhibitorer och deras inverkan på de kinetiska parametrarna. Transition-state analoger som inhibitorer. Redogöra för enzymkinetik och reglering av enzymkatalyserade reaktioner Beskriva enzymers och coenzymers struktur och funktion (Avsnittet Enzymklasser och co-faktorer syftar till att ge en orienterande kunskap om de enzymer och begrepp som beskrivs, men avsnittet omfattar inte alla detaljer i t ex olika enzymatiska mekanismer.) Att utforska proteiner Stryer kap 3. Ej detaljer i avsnitten 3.2, 3.4 och 3.6. Kofaktorer och deras roll i enzymkatalys. Vitaminer. Kopplade enzymatiska reaktioner som en metod att generera energirika produkter Exempel på enzymkatalyserade reaktioner: Proteaser. Chymotrypsin. Den katalytiska triaden. Nukleaser. RNAs, restriktionsenzymer. Kinaser och fosfataser. Syntaser Oxidoreduktaser Innebörden av begreppet 'proteom'. Skillnader i proteiners Beskriva metoder för undersökning av proteiners struktur och funktion 10

11 kemiska och fysikaliska egenskaper samt hur dessa ligger till grund för olika principer för renframställning av proteiner. Gelfiltrering, jonbyteskromatografi, affinitetskromatografi, dialys. Principer och tillämpning av elektrofores (SDS-PAGE), isoelektrisk fokusering, 2Delektrofores, analytisk ultracentrifugering och massspektrometri. Översiktlig beskrivning av peptid-analys med hjälp av Edman-degradering och andra metoder baserade på proteolys. (Diagonal elektrofores ingår inte). Översiktlig beskrivning av protein-analys med immunologiska tekniker och 'blottning'. Antikropp och antigen. Skillnaden mellan monoklonals och polyklonala antikroppar m a p igenkänning av antigen. Principen för detektion av antikroppar m h a ELISAmetoden. Olika användningar av syntetiskt tillverkade peptider. (Detaljer kring peptidsyntes ingår inte). Förutsättningarna för proteinstrukturbestämning med röntgen-kristallografi och NMR såsom de beskrivs i Stryer. Fördelar och nackdelar med dessa två metoder. 11

12 Hemoglobin Stryer kap 7 Nukleotider: Struktur, syntes och funktion Stryer sid , kap 25 Proteinreglering: posttranslationella modifieringar och reglerad turnover Stryer sid , Cooper sid Myoglobins och hemoglobins struktur inklusive porfyrinring och Fe Ko-operativitet - jämförelse av syrebindningsförmågan hos myoglobin och hemoglobin Alloster reglering - effekter av CO 2, H + och BPG molekylär bakgrund till dessa effekter Myoglobins och hemoglobins mättnadskurvor - dvs syretransport till vävnader Jämförelse av HbF (fetalt hemoglobin) och HbA (adult hemoglobin) konsekvens Den molekylära bakgrunden till sickle-cell anemi Principiell struktur för nukleotider och nukleosider, det strukturella underlaget för komplementär basparning, fysikaliska principer för dubbelsträngade DNA/RNA molekylers stabilitet (vätebindningar, stacking interaktioner och elektrostatisk repulsion). Fosforylering; Ser/Thekinaser och Tyr-kinaser Fosfataser Reglerad nedbrytning av proteiner (ubiquitinylering och proteasomen). Beskriva hur proteiners funktion är beroende av proteinstrukturen och enskilda aminosyrors egenskaper Beskriva byggstenarna för DNA och RNA Beskriva mekanismer för reglering av proteiners aktivitet samt mekanismer för omsättning av proteiner 12

13 BLOCK 2. GRUNDLÄGGANDE CELL- OCH MOLEKYLÄRBIOLOGI Lärandemål för block 2 Efter avslutad kurs ska studenten kunna: - beskriva hur nukleinsyrebaserade makromolekyler (DNA och de olika formerna av RNA) är uppbyggda, och förklara sambanden mellan deras struktur och funktion. - beskriva överföringen av genetisk information från DNA till protein. - beskriva hur mikrobers genom är uppbyggd, och förklara hur uttrycket av gener regleras - sammanfatta och jämföra information från vetenskaplig litteratur inom ämnesområdet Moment Nyckelord Mål DNA/RNA struktur och funktion Stryer kap 4, kap 28 sid , kap 29 sid DNA molekylens topologiska egenskaper: superhelicitet och topoisomeraser Kromosom, gen, virus, bakteriofag, plasmider, transposoner. rrna, trna, mrna. snrna Molekylärbiologiska begrepp: replikation, transkription, translation, den genetiska koden, läsram. Enzymatiska aktiviteter inom molekylärbiologin: DNA polymeras, RNA polymeras, reverse transcriptase, ribosomen, endonukleas, exonukleas, restriktionsendonukleaser, DNA ligas. Studenten ska kunna Beskriva - Primärstruktur och sekundärstruktur för DNA och RNA - Den biologiska funktionen för DNA - Funktioner hos RNA Den prokaryota cellen, plasmider och bakteriofager Kompendium, Stryer sid 153, Prokaryota genom och dess replikation Stryer kap 4 sid , kap 28 sid , Cooper kap 6 sid Molekylärbiologiska metoder Cooper sid Kromosom Plasmider Överföring av genetiskt material hos bakterier (transformation, konjugation, transduktion, transposition). Replikonbegreppet Struktur och funktion hos DNA polymeras I och III Processivitet och proofreading Replikationsgaffeln och den prokaryota replisomen Reglering av den den prokaryota cellcykeln. Klyvning, ligering och förmering av DNA Hybridiserings- och Beskriva det bakteriella genomets organisation Beskriva hur bakteriella genom replikeras Beskriva basala metoder för att karaktärisera och manipulera RNA och DNA 13

14 Stryer kap 5 Prokaryot transkription och genreglering Stryer kap 29 sid , kap 31 sid , Cooper kap 7 sid och Proteinsyntes Stryer kap 30, Cooper kap 8 sid sekveneringstekniker för identifiering av DNA eller RNA Mainpulering av genuttryck RNAi-mekanismen Struktur och funktion hos RNA polymeras Operonbegreppet Promotor Operator Initiering och terminering av transkription. Positiv och negativ reglering Repressorer och aktivatorer, inducers och co-repressorer Koppling av transkription och translation. trna stuktur Aminoacylering av trna Ribosomens struktur och funktion Mekanismen för proteinsyntes Regleringsmekanismer för proteinsyntesen. Beskriva - Överföring av genetisk information från DNA till mrna - Reglering av uttrycket av bakteriella genom Beskriva överföringen av genetisk information från mrna till protein BLOCK 3. DEN EUKARYOTA CELLENS MOLEKYLÄRA BIOLOGI Lärandemål för block 3 Efter avslutad kurs ska studenten kunna: - beskriva överföringen av genetisk information från DNA till protein. - beskriva hur det humana genomet är uppbyggdt och förklara hur uttrycket av gener regleras. - beskriva mekanismer för uppkomst av DNAskador och mutationer, samt mekanismer för reparation av DNAskador. - självständigt läsa och förstå vetenskaplig litteratur inom ämnesområdet. Moment Nyckelord Mål Eukaryot DNA replikation Stryer kap 28, kap 25 sid Cooper kap 6, kap 3 sid 96-99, sid , sid , sid Syntes av dntps Replikatorsekvenser (ARS,ori) initieringsproteiner (ORC,CDC6, MCM) Reglering med fosforylering och proteolys Den eukaryota Studenten ska kunna Beskriva hur humana cellers DNA replikeras 14

15 Reglering av genexpression Stryer kap 31, Cooper sid , sid , sid Stryer kap 28, Cooper kap 7 Rekombination och transposition Stryer kap 28, sid , Cooper sid , sid , sid , sid 37 Det humana genomet Stryer kap 5 sid , (sid ) Cooper sid , sid replikationsgaffeln (DNA polymeras alfa/delta/epsilon, PCNA, RFC, RPA, DNA ligas) Nybildning av kromatin på replikerat DNA (epigenetisk nedärvning) Telomerer, telomeras och cellåldrande. Basal och aktiverad transkription RNA polymeras I, II och III Generella (basala) transkriptionsfaktorer och promotoraktivering Sekvensspecifika transkriptionsfaktorer (aktivatorer) och binding till regulatoriska regioner Eukaryota repressorer och coaktivatorer Interaktion mellan transkriptionsaktivatorer och mediatorn hos RNA polymeras II Fosforylering av CTD Posttranskriptionella modifieringar av primärtranskriptatet (capping, polyadenylering, splicing) Posttranskriptionell modifiering av pre-mrna: 7- metylguanosin(m7g) capping (sk 5 capping), poly-a svans, splicing och mekansismen bakom denna. Spliceosomladdningen snrnp Alternativ splicing och dess innebörd för proteinuttrycket RNA editing Homolog rekombination Site-specifik rekombination och dess betydelse för diversifieringens av immunglobulingener och T- cellreceptorgener under immunsystemets utveckling Somatisk hypermutation Class switch rekombination Transposoner och retrovirus Gener och pseudogener Sekvensinnehåll (unika och repeterade sekvenser, LINES, SINES, satelliter, mikrosatelliter) Funktionella element av betydelse för kromosomal stabilitet (ARS, centromer, Beskriva - Den eukaryota kromosomens uppbyggnad - Överföringen av genetisk information från DNA till mrna hos eukaryoter - Regleringen av transkriptionen hos eukaryoter - Modifieringar av eukaryot mrna Beskriva mekanismer för rearrangemang av DNA och dessas betydelse för kontroll av genuttryck i specifika celltyper (immunsystemets diversitet), replikation av retrovirus samt evolutionära betydelse Beskriva det humana genomets uppbyggnad 15

16 Cellkärnans arkitektur Cooper kap 9+ sid telomer) Genorganisation (enhancer, promotor, exon, intron, genfamiljer, pseudogener) Mekanismer för genomevolution (retrotransposition, rekombination, genduplikation, exonshuffling, replikationsfel) Kärnmembran, nukleär lamina, kärnporer, nukleol Sjukdomar vid defekter i nukleär lamina Transport över kärnmembranet (NLS, importin/exportin, Ran, energiberoende, koncentationsgradienter, reglerad transport, substratspecificitet) Cellcykelberoende förändringar i kärnans struktur Kromsomlokalisation Nukleära kompartments, nukeolen och bildning av ribosomer. Beskriva cellkärnans uppbyggnad och mekanismer för transport över kärnmembranet Genomisk stabilitet hos eukaryoter Cooper kap 6 Intro till virologin + Viral genetik Cooper sid 37-39, Stryer sid 118 Mekanismer för uppkomst av DNA skador och mutationer hos prokaryoter och eukaryoter. Molekylära mekanismer för reparation av DNA skador: Base-excision repair Nucleotide-excision repair Mismatch repair Reparation av dubbelsträngsbrott: (homolog rekombination) Koppling mellan transkription och reparation. Likheter och skillnader mellan prokaryota och eukaryota cellers reparationsmekanismer. Virus allmänna egenskaper (genom, kapsid, hölje) Klassificering och virusfamiljer Virusgenetik: Mutation och rekombination Selektionstryck Fylogeni Fenotypisk blandning Beskriva mekanismer för uppkomst av DNA skador och reparationsmekanismer hos eukaryoter, kopplingen mellan genetisk instabilitet och sjukdom (cancer, åldrande, strålbehandling och cytostatika, ärftliga sjukdomar), insikter i modern cancerteori sambandet DNAreparation och cancer). Beskriva virusspecifika genetiska mekanismer 16

17 Virus-cell interaktioner Cooper sid 37-39, , 768, kompendium Vetenskaplig litteratur/frågestund Virala attachment proteins VAPs Receptorförhållanden, coreceptorer Penetrationsförhållanden Lytiska virusinfektioner inkl. patogenes på cellulär nivå Onkolatenta virusinfektioner, latens på cellulär nivå, virusorsakad cellulär transformation Introdultion till biomedicinsk vetenskaplig litteratur med utgångspunkt från aktuella artiklar Redogöra för mekanismer för virus påverkan på eukaryota celler (viral patogenes) Självständigt läsa och förstå vetenskaplig litteratur inom ämnesområdet. BLOCK 4. EUKARYOT CELLBIOLOGI: CELLENS UPPBYGGNAD OCH TILLVÄXTREGLERING Lärandemål för block 4 Efter avslutad kurs ska studenten kunna: - beskriva cellcykeln och dess reglering, samt hur humana cellers DNA replikeras. - beskriva cellbiologiska skeenden (interaktion med omgivningen, transport, intracellulär signalering, cellens rörlighet, programmerad celldöd och mikrob-cell interaktion). Moment Nyckelord Mål Den eukaryota cellcykeln Cooper kap 16 Cellcykelns indelning (G0, G1, S, G2, mitos) Kromatinförändringar under cellcykeln Mitosens faser och dess reglering Skillnader mitos/meios Cellcykelns reglering (cykliner och cyklinberoende kinaser, proteolytisk degradation) Checkpoints (onkgener och tumörsuppressor gener) Cellcykelreglering och cancer Studenten ska kunna Beskriva den eukaryota cellcykeln och dess reglering Cellmembranets arkitektur och egenskaper Stryer sid Principiell uppbyggnad av biologiska membran: membranlipider och membranproteiners struktur och placering i membranet. Barriärfunktionen Membrandomäner Glykokalyx struktur Glykokalyx roll för Beskriva hur den eukaryota cellmembranet är uppbyggt 17

18 Transport över biologiska membran Stryer kap 13, kompendium Sekretoriska passagen Cooper kap 10 + sid Temadag: Evolution och /eller intelligent design Signaltransduktion Stryer kap 14, kompendium igenkänning - cell-cell + cellmikrob Cell-cell-interaktioner Celladhesionsmolekyler Passiv transport: - diffusion, - faciliterad transport Transportproteiner: permeaaser (uniport), jonkanaler Drivkrafter: - koncentrationsgradient - elektrokemisk gradient Aktiv transport: - ATP-driven - co-transport Transportproteiner: pumpar, co-transportörer (anti- resp symport) Drivkrafter/Energikällor: ATP-hydrolys, koncentrationsgradient Osmos/osmotiskt tryck Na+ kanalen Na+/K+ pumpen Laktospermeas Bakteriorhodopsin Morfologi och funktion hos organeller och transportformer i de sekretoriska och endocytiska vägarna Postranslationell modifiering av proteiner (glykosylering, myristoylering mm) Proteinsortering (till ER, mitokondrier, kärna, lysosom, membran) Bildande av transportvesiklar vid receptorberoende transport Bildande av transportvesiklar vid receptor-oberoende transport Fusion av transportvesikel med targetorganell Endocytos Mekanism för G-proteinmedierad signalering Fosfoinositid-kaskaden Kalcium som intracellulär messenger Aktivering av receptorer genom bildning av dimerer Beskriva mekanismer för transport över cellmembranet Beskriva mekanismer för intracellulär transport och endocytos Diskutera den naturvetenskapliga grunden för medicinsk kunskap Beskriva principer för cellkommunikation via signaltransduktionskaskader 18

19 Mitokondriens funktioner Cooper sid sid Cellskelettet/Cellens rörelseförmåga Cooper kap 12 Programmerad celldöd (apoptos) Cooper sid Bakterie-cell interaktioner Kompendium Temadag cancer Cooper sid Mitokondriens uppbyggnad Endosymbiosteorin Det mitokondriella genomet: struktur och funktion Transport över mitokondriens membran Mitokondriens innermembrans betydelse för den oxidativa fosforyleringen Cellskelettets struktur: aktin, intermediära filament, mikrotubuli uppbyggnad och fuktion Cell junctions Cellskelettets betydelse för cellrörlighet organelltransport, celldelning mm Morfologiska och molekylära kännetecken på apoptos Initiering av apoptos: Kaspaser och och mitokondriens roll vid reglering Trofiska faktorer och cell överlevnad Skillnader mellan apoptos och nekros. Bakterieadhesion och invasion i eukaryota celler Mekanismer för bakteriepåverkan på eukaryota signalsystem Beskriva mitokondriens uppbyggnad och funktioner Beskriva cellskelettets uppbyggnad och funktioner Redogöra för mekanismer för programmerad celldöd och dess reglering, samt apoptosens roll i fysiologiska och patologiska sammanhang Redogöra för mekanismer för bakteriers påverkan på eukaryota celler (bakteriell patogenes) Förstå och redogöra för de genetiska principerna för tumöruppkomst Följande strukturer ska kunna redogöras för i detalj: Kolesterol Glukos De 20 aminosyrorna För fölande komponenter ska principiell struktur kunnas: Fria fettsyror Triglycerider Fosfolipider Glykolipider 19

20 FRÅGEFÖRDELNING DELFÖRHÖR/TENTAMEN Frågor omfattar 2 poäng. Svaren bedöms med 0, 1 eller. Skrivningen betygssätts med en skala 0-3. Detta resultat (s.k. bonuspoäng) kan vägas in i det slutliga tentamensresultatet. DELFÖRHÖR 1. Frågor fördelas enligt nedanstående: 1. Cellbiologi och modern medicin 2. Lipider 3. Aminosyror. Struktur, syntes och funktion 4p 4. Kolhydrater. Struktur, syntes och funktion 5. Från aminosyror till 3D struktur 4p 6. Att utforska proteiner 7. Enzymer 8. Enzymklasser och co-faktorer 9. Hemoglobin 10. Kolhydrater 11. Nukleotider: Struktur, syntes och funktion 12. Proteinreglering 13. Datalab hemoglobin Tot 26 p: 0-5p = 0 bonuspoäng 6-13 = = = 3 DELFÖRHÖR 2. Frågor fördelas enligt nedanstående: DNA/RNA struktur och funktion Molekylärbiologiska metoder Den prokaryota cellen, plasmider och bakteriofager Prokaryota genom och dess replikation Prokaryot transkription och genreglering Proteinsyntes Lab Plasmid 4p 4p Tot 18 p: 0-4p = 0 bonuspoäng 5-8 = = = 3 20

21 DELFÖRHÖR 3. Frågor fördelas enligt nedanstående: Eukaryot DNA-replikation Rekombination och transposition Reglering av genexpression Det humana genomet/bioinformatik Cellkärnans arkitektur Genomisk stabilitet hos eukaryoter Virus och viral genetik/viruscell interaktioner Vetenskaplig litteratur och biomedicinsk forskning Lab: PCR 6p 2 p Tot 22 p: 0-5p = 0 bonuspoäng 6-10 = = = 3 DELFÖRHÖR 4 Frågor fördelar sig enligt nedanstående: Cellcykeln (OH) Programmerad celldöd Cellmembranets arkitektur och egenskaper Transport över biologiska membran Sekretoriska passagen Signaltransduktion Mitokondriens funktioner Bakterie-cell interaktioner Virus-cell interaktioner Cellskelettet/ Cellens rörelseförmåga Temadag cancer Lab: Erytrocytmembranet Datalab HIVproteiner 4p 4p 4p Tot 32 p: 0-8p = 0 bonuspoäng 9-16 = = = 3 21

22 SKRIFTLIG TENTAMEN Tentamen består av dels essäfrågor (6 poäng) och dels korta svarsfrågor (2 poäng). Frågefördelning: BLOCK 1: Cellens byggstenar och biokemins verktyg - 16p Frågeställare ST DB PE CG BM BLOCK 2. Den prokaryota cellens molekylära biologi - 14p Frågeställare PE, IB, BM BLOCK 3. Den eukaryota cellens molekylära biologi 14p P E, CG, OH, BS BLOCK 4: Eukaryot cellbiologi - cellens uppbyggnad och tillväxtreglering - 20 p Frågeställare OH, HB, ST, DB, HW, CG, IB, BS, AU Totalt 64p Godkänd 4 (66 %) "Med bonuspoäng" Totalt 64+12=76 Godkänd 47p (62%) 22

23 MALL FÖR LABRAPPORT Labrapporten ska innehålla följande rubriker Introduktion - ange bakgrunden till och syftet med laborationen Material och metoder - hur laborationen genomfördes Resultat -erhållna resultat beskrivs. - eventuell figur Diskussion - diskussion om erhållna resultat. - eventuella felkällor - ange några praktiska tillämpningar av metoden Referenser - anges i formen författare/åratal/titel/tidskrift/nummer/sidor Observera att webbadress accepteras inte som referens. 23

24 24