STUDIEHANDLEDNING. LÄG013, Molekylär cellbiologi 16,5 högskolepoäng

Transkript

1 Institutionen för biomedicin STUDIEHANDLEDNING LÄG013, Molekylär cellbiologi 16,5 högskolepoäng Läkarprogrammet Grundnivå Vårterminen 2017

2 Kursansvarig: Susann Teneberg 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. 2

3 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. - 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. - redogöra för några av de viktigaste hållbarhetsutmaningarna: kopplingen mellan planetär och mänsklig hälsa. - förstå centrala aspekter av hur människor påverkar varandra i grupp. 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. - diskutera begreppet hållbar utveckling ur ett medicinskt, socialt, miljömässigt och ekonomiskt perspektiv. - kunna ge exempel på när olika mänskliga rättigheter krockar och diskutera kring vilken rättighet som då bör ges företräde. 3. Värderingsförmåga och förhållningssätt - identifiera och diskutera etiska frågeställningar inom biomedicinsk forskning. Former för bedömning och kriterier för godkänt Godkänd kurs (8,5 hp) För godkänd kurs krävs närvaro vid introduktionen, och godkända praktiska laborationer, deltagande i temadagarna om hållbar utveckling och mänskliga rättigheter, godkänt deltagande i den vetenskapsteoretiska temadagen (dessa moment är kursiverade i kursschemat), samt godkänd skriftlig arbetsuppgift om patientfall från kursen i Tidig yrkeskontakt (se nedan). 3

4 För godkända praktiska laborationer krävs aktivt deltagande, godkänd skriftlig labrapport för plasmidlabben (skriven på engelska), samt att studenten visar förmåga att arbeta i grupp och följa muntliga och skriftliga instruktioner. Om labbrapporten för plasmidlabben inte är godkänd efter tre inlämningar ska laborationen göras om. Igentagning av missade obligatoriska moment sker i samråd med kursansvarig lärare (kontaktas via mail). Skriftlig och muntlig sluttentamen (8 hp) Kursens sluttentamen är består av tre delar; två skriftliga deltentamina och en muntlig tentamen. Den skriftliga delen syftar till att examinera basfaktakunskaper, och består korta-svars-frågor om 2-4 poäng. För att erhålla full poäng fordras koncisa och logiskt sammanhängande svar. På varje delskrivning krävs 2/3 av maxpoäng för godkänt. För varje delskrivning ges ett omskrivningstillfälle per termin; ytterligare omskrivningstillfällen ges i samband den nästföljande kurs skrivningstillfällen. Delskrivning I omfattar block 1 och 2. Delskrivning II omfattar block 3 och 4. 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. Efter examinationen ges studenterna omgående besked om godkäntunderkänt resultat. För godkänd sluttentamen krävs godkänt resultat på båda skriftliga deltentamina samt den muntliga tentamen. Omtentamen görs endast på eventuell underkänd del. Kontaktinformation Kursledare Susann Teneberg Institutionen för biomedicin 4

5 Tel Biträdande kursledare Martin Lidell Institutionen för biomedicin Kurssekreterare Andrea Frateschi Institutionen för biomedicin Tel Kursexpeditionen (lokal Medicinaregatan 7b) har öppet Mån To Mailadress: Klassansvarig lärare för kursen VT17 Tine Högberg Lärare Under kursen kommer du att möta följande lärare: MA Mikael Alsterholm Avd för dermatologi och venerologi RA Rune Andersson Avd för mikrobiologi och immunologi HB Håkan Billig Sektionen för fysiologi DB Dan Baeckström Avd för medicinsk kemi och cellbiologi AC Anders Clausen Avd för medicinsk kemi och cellbiologi JU Jay Uhler Avd för medicinsk kemi och cellbiologi PE Per Elias Avd för medicinsk kemi och cellbiologi CG Claes Gustafsson Avd för medicinsk kemi och cellbiologi OH Ola Hammarsten Avd för klinisk kemi, transfusionsmedicin VP Viktor Posse Avd för medicinsk kemi och cellbiologi RN Richard Nordén Avd för infektionssjukdomar GR Gustav Rydell Avd för infektionssjukdomar JS Johan Söderberg Inst för filosofi, lingvistik och vetenskapsteori MS Mats Sandberg Avd för medicinsk kemi och cellbiologi ST Susann Teneberg Avd för medicinsk kemi och cellbiologi BH Bengt Hallberg Avd för medicinsk kemi och cellbiologi PÅ Pierre Åman Avd för patologi EL Erik Larsson Avd för medicinsk kemi och cellbiologi SL Sara Lindén Avd för medicinsk kemi och cellbiologi CK Chandrasekhar Kanduri Avd för medicinsk kemi och cellbiologi 5

6 Information För mer information om schema, delförhör, målbeskrivningar mm se Kurslitteratur Rekommenderad kurslitteratur - Biochemistry, 8th edition (2015) Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, L. W.H. Freeman and company, New York - The Cell, a Molecular Approach 7th edition (2016) Cooper, G.M. Hausman, R.E. ASM Press, Washington DC Bredvidläsningslitteratur - Erlanson-Albertsson, Charlotte & Gullberg, Urban, Cellbiologi, Studentlitteratur - 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. Övrigt Obligatoriska moment Kursens obligatoriska moment är kursiverade i schemat. 1. Upprop och kursinformation 2. Laboration Labmetodik och säkerhet på lab 3. Temadag Hållbar utveckling 4. Laboration PCR 5. Laboration Plasmid 6. PU Mänskliga rättigheter 7. Laboration Erytrocyt 6

7 8. Temadag Evolution och/eller intelligent design 9. Laboration Cell/virusodling Den student som uteblir från ett obligatoriskt moment ska kontakta kursledaren via mail för diskussion om hur detta ska tas igen. OBSERVERA att Temadag Evolution och/eller intelligent design endast kan tas igen genom deltagande i nästföljande termins temadag. Utvärdering I samband med deltentamina 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 ( klassens halvtimme ). Kursnämnd Kursnämnd för Molekylär cellbiologi hålls måndagen 15 maj samling utanför Medicinaregatan 9A. Tentamensgenomgång Genomgång av deltentamen 1 kommer att schemaläggas under kursen och genomgång av deltentamen 2 under efterföljande kurs i Funktionell histologi. För att tentamensgenomgång ska genomföras skall de tentamensfrågor studenterna önskar få belysta mailas till kursledaren (Susann.Teneberg@medkem.gu.se) senast två dagar innan genomgången. Arbetsuppgift under kursen i Tidig yrkeskontakt Varje student ska under sin placering under kursen i Tidig Yrkeskontakt välja en patient med diagnosen anemi, infektionssjukdom eller tumörsjukdom. I slutet av terminen görs en kort (1/2 A4sida max) skriftlig redovisning. Denna ska innehålla: 1. Beskrivning av patientens symtom samt diagnos (ca 5 meningar). 2. Beskrivning av molekylär sjukdomsframkallande mekanism. Redovisningen ska lämnas in till kurssekretariatet och godkänd redovisning är ett av kriterierna för godkänd kursdel för Molekylär cellbiologikursen. 7

8 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 instuderings-/laborationsfrågor, definierar avsnittets innehåll, och ska fungera som en vägledning för inlärningen. Bakgrundskunskaper Undervisningen förutsätter att studenten är förtrogen med följande biokemiska grundbegrepp från gymnasieskolans kemikurser. Se även Biochemistry (2015) Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, L. Kap. 1. 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. 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. 8

9 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. Isomeri, stereoisomeri, strukturisomeri Hydrolys, kondensation - Oxidation, reduktion, redoxpotential 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, 8th edition (2015) Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, L. W.H. Freeman and company, New York *Cooper = The Cell, a Molecular Approach 7th edition (2016) 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 9

10 Cellbiologi och modern medicin: mitokondrien som exempel Lipider: Struktur, syntes och funktion Stryer kap 12 sid , kap 26, sid Aminosyror. Struktur, syntes och funktion Stryer kap 2, kap 24 Stryer sid , , , , Kolhydrater. Struktur, syntes och funktion Stryer kap 11 + 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 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 Redogöra översiktligt för det cellbiologiska perspektivet på dagens medicin Beskriva lipiders struktur och biologiska funktioner 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) 10

11 Från aminosyror till 3D struktur Stryer kap 2, förutom detaljer kring konstruktion av Ramachandran-diagram. Enzymer I Stryer Kap 8. Fokus på förståelse, ej matematiska härledningar. Enzymer II Stryer, Kap 9 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'. Prioner Olika typer av visualisering av proteinstrukturer. 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. Redogöra för proteiners struktur, och proteinstrukturens beroende av aminosyrornas egenskaper Redogöra för enzymkinetik och reglering av enzymkatalyserade reaktioner Beskriva enzymers och coenzymers struktur och funktion (Avsnittet Enzymer II 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.) 11

12 Enzymkinetik: bildningen av enzym-substratkomplex som intermediär. "Steady-state". Antaganden som ligger till grund för Michaelis-Mentens ekvationer. Michaelis-Mentens parametrar KM och Vmax, och deras innebörd (ej härledning). Innebörden av kcat. Kompetitiva, okompetitiva och non-kompetitiva inhibitorer och deras inverkan på de kinetiska parametrarna. Transition-state analoger som inhibitorer. 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 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 mass- Beskriva metoder för undersökning av proteiners struktur och funktion 12

13 Hemoglobin Stryer kap 7 Nukleotider: Struktur, syntes och funktion spektrometri. 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. 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, Beskriva hur proteiners funktion är beroende av proteinstrukturen och enskilda aminosyrors egenskaper Beskriva byggstenarna för DNA och RNA 13

14 Stryer sid , , , Proteinreglering: posttranslationella modifieringar och reglerad turnover Stryer sid , Cooper sid 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 mekanismer för reglering av proteiners aktivitet samt mekanismer för omsättning av proteiner 14

15 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 Studenten ska kunna 15

16 DNA/RNA struktur och funktion Stryer kap 4, kap 28 sid , kap 29 Den prokaryota cellen, plasmider och bakteriofager Kompendium, Prokaryota genom och dess replikation 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. Basal och aktiverad transkription RNA polymeras I, II och III Generella (basala) transkriptionsfaktorer och promotoraktivering 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 Kromosom Plasmider Överföring av genetiskt material hos bakterier (transformation, konjugation, transduktion, transposition). Replikonbegreppet Struktur och funktion hos Beskriva - Primärstruktur och sekundärstruktur för DNA och RNA - Den biologiska funktionen för DNA - Funktioner hos RNA Beskriva det bakteriella genomets organisation Beskriva hur bakteriella genom replikeras 16

17 Stryer 28 sid , Cooper sid Molekylärbiologiska metoder Cooper sid Stryer kap 5 Prokaryot transkription och genreglering Stryer kap 29 sid , kap 31, Cooper sid och Proteinsyntes Stryer kap 30, Cooper sid Regulatoriskt RNA Stryer sid 942, 943,944, Cooper micro RNA: pages: 158, 290, 358, , 271, , 747 Chromatin 172, 173, 174, 175, 266, 269, , 269, 270, 359, 360, 361, 362, 663 X-chromosome inactivation: 273, 274, 715 Genomic imprinting: 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 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. MicroRNA Chromatin X-chromosome inactivation Genomic imprinting Beskriva basala metoder för att karaktärisera och manipulera RNA och DNA Beskriva - Överföring av genetisk information från DNA till mrna - Reglering av uttrycket av bakteriella genom Beskriva överföringen av genetisk information från mrna till protein Redogöra för regulatoriskt RNA och dess funktion 17

18 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 cellcykeln och dess reglering, samt hur humana cellers DNA replikeras. - 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. Eukaryot DNA replikation Stryer kap 28, kap , , Cooper kap 7, sid 106, sid 213sid Reglering av eukaryot genexpression Stryer kap 32 Syntes av dntps Replikatorsekvenser (ARS,ori) initieringsproteiner (ORC,CDC6, MCM) Reglering med fosforylering och proteolys Den eukaryota replikationsgaffeln (DNA polymeras alfa/delta/epsilon, PCNA, RFC, RPA, DNA ligas) Nybildning av kromatin på replikerat DNA (epigenetisk nedärvning) Telomerer, telomeras och cellåldrande. Organisation av DNA i kromatin Packning av DNA i kromosomer Nukleosomen Histonmodifieringar och de komplex som är ansvariga för skapa dessa. Aktiverad transkription Sekvensspecifika transkriptionsfaktorer aktivatorer) och binding till regulatoriska regioner Eukaryota repressorer och co-aktivatorer Interaktion mellan transkriptionsaktivatorer och mediatorn hos RNA polymeras II Posttranskriptionell reglering av eukaryot genexpression Beskriva hur humana cellers DNA replikeras Beskriva - Den eukaryota kromosomens uppbyggnad - Överföringen av genetisk information från DNA till mrna hos eukaryoter - Regleringen av transkriptionen hos eukaryoter - Modifieringar av eukaryot mrna Rekombination och transposition Stryer sid 159,kap 28, sid , , , Cooper sid , sid , sid , sid 41 Homolog rekombination Site-specifik rekombination och dess betydelse för diversifieringens av immunglobulingener och T- cellreceptorgener under immunsystemets utveckling Somatisk hypermutation Class switch rekombination Beskriva mekanismer för rearrangemang av DNA och dessas betydelse för kontroll av genuttryck i specifika celltyper (immunsystemets diversitet), replikation av 18

19 Det humana genomet Stryer: Kap 5 sid Cooper: , Cellkärnans arkitektur Stryer sid Cooper kap 9 Intro till virologin + Viral genetik Cooper sid 40-42, , Stryer sid Virus-cell interaktioner Cooper sid , kompendium Den eukaryota cellcykeln Cooper kap 17 Transposoner och retrovirus Genomik och det mänskliga genomet (historia, sekvenseringstekniker) Gener och regulatoriska element (definition, klasser, organisation, exon, intron, enhancer) Andra genomiska element (unika och repeterade sekvenser, LINES, SINES, satelliter) Genomvariation och evolution (retrotransposition, rekombination, genduplikation, exonshuffling, replikationsfel, SNP, CNV, indel, homolog, paralog, ortolog) Bioinformatik (alignment av sekvenser, global/lokalt, substitutionsmatriser, BLAST, genombrowsers) 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. Virus allmänna egenskaper (genom, kapsid, hölje) Klassificering och virusfamiljer Virusgenetik: Mutation och rekombination Reassortment Selektionstryck Fylogeni Fenotypisk blandning Virala attachment proteins VAPs Receptorförhållanden, co-receptorer Penetrationsförhållanden Lytiska virusinfektioner inkl. patogenes på cellulär nivå Onkolatenta virusinfektioner, latens på cellulär nivå, virusorsakad cellulär transformation Cellcykelns indelning (G0, G1, S, G2, mitos) Kromatinförändringar under cellcykeln Mitosens faser och dess reglering Skillnader mitos/meios Cellcykelns retrovirus samt evolutionära betydelse Beskriva det humana genomets uppbyggnad Beskriva cellkärnans uppbyggnad och mekanismer för transport över kärnmembranet Beskriva virusspecifika genetiska mekanismer Redogöra för mekanismer för virus påverkan på eukaryota celler (viral patogenes) Beskriva den eukaryota cellcykeln och dess reglering 19

20 reglering (cykliner och cyklinberoende kinaser, proteolytisk degradation) Checkpoints (onkgener och tumörsuppressor gener) Cellcykelreglering och cancer BLOCK 4. EUKARYOT CELLBIOLOGI: CELLENS UPPBYGGNAD OCH TILLVÄXTREGLERING Lärandemål för block 4 Efter avslutad kurs ska studenten kunna: - beskriva cellbiologiska skeenden (interaktion med omgivningen, transport, intracellulär signalering, cellens rörlighet, programmerad celldöd och mikrob-cell interaktion). Moment Nyckelord Mål Studenten ska kunna DNAskador och reparation Cooper sid 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. 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). Cellmembranets arkitektur Principiell uppbyggnad av Beskriva hur den eukaryota 20

21 och egenskaper Stryer sid Transport över biologiska membran Stryer kap 13 biologiska membran: membranlipider och membranproteiners struktur och placering i membranet. Barriärfunktionen Membrandomäner Glykokalyx struktur Glykokalyx roll för 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 cellmembranet är uppbyggt Beskriva mekanismer för transport över cellmembranet 21

22 Sekretoriska passagen Cooper kap 11 + sid Temadag: Evolution och /eller intelligent design Signaltransduktion Cooper kap 16 Mitokondriens funktioner Cooper sid Cellskelettet/Cellens rörelseförmåga Cooper kap 13 Programmerad celldöd (apoptos) 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 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 Beskriva mekanismer för intracellulär transport och endocytos Diskutera den naturvetenskapliga grunden för medicinsk kunskap Beskriva principer för cellkommunikation via signaltransduktionskaskader Beskriva mitokondriens uppbyggnad och funktioner Beskriva cellskelettets uppbyggnad och funktioner Redogöra för mekanismer för programmerad celldöd och 22

23 Cooper sid Bakterie-cell interaktioner Kompendium Temadag cancer Cooper kap 19 översiktligt 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 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 ATP AMP För följande komponenter ska principiell struktur kunnas: Fria fettsyror Triglycerider Fosfolipider Glykolipider Nukleotider och nukleosider SKRIFTLIGA DELTENTAMINA De skriftliga deltentamina består av korta svarsfrågor (2-4 poäng). Dessa skrivningar avser att i första hand examinera basfakta. På varje delskrivning krävs 2/3 av maxpoäng för godkänt. För varje delskrivning ges ett omskrivningstillfälle per termin; ytterligare omskrivningstillfällen ges i samband den nästföljande kursens skrivningstillfällen. Delskrivning I omfattar block 1 och 2, förutom momentet Regulatoriskt DNA. Delskrivning II omfattar block 3 och 4, samt förutom momentet Regulatoriskt DNA från block 2. 23

24 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. 24