Biologie a genetika II.

Sylabus

Přednášky: Úvod do biologie. Obecné vlastnosti biologických systémů. Základní atributy života. Princip hierarchie v živých systémech. Klasifikace živých systémů: nebuněčné a buněčné. Nebuněčné formy života. Biologie a genetika virů. Reprodukce virů. Viroidy, virusoidy. Priony. Buněčná teorie a přehled její historie. Klasifikace buněčných organizmů: prokaryota a eukaryota. Domény živých buněčných systémů: bakterie, archea, eukaryota. Charakteristika jednotlivých domén. Buňky rostlinné a živočišné. Extracelulární matrix. Mezibuněčné spoje.

Chemické složení buňky. Základní stavební prvky, anorganické a organické látky buněk, biopolymery. Lipidy: přehled jejich role v organizmu. Polysacharidy. Proteiny. Strukturní úrovně bílkovin. Funkce bílkovin. Domény bílkovin. Proces denaturace a renaturace bílkovin. Chaperony, proteosom. Degradace proteinů. Nukleové kyseliny (DNA, RNA - typy). Membránový princip buňky. Struktura, lokalizace a funkce biomembrán. Cytoplasmatická membrána. Endomembrány. Transport látek přes membrány (aktivní a pasivní transport, přenašečové proteiny a jejich funkce, sodnodraselná pumpa, iontové kanály). Endocytóza a exocytóza.

Cytoskelet. Mikrotubuly. Střední filamenta. Mikrofilamenta (aktinová vlákna). Funkce cytoskeletu. Pohybové buněčné funkce (bičíky, řasinky, molekulové motory, pohyb buňky-svalový stah). Mechanizmy pohybu na buněčné a podbuněčné úrovni. Membránový a jaderný skelet. Vnitrobuněčné oddíly a transport. Membránové organely (endoplasmatické retikulum, Golgiho aparát, peroxisomy, lysozomy, mitochondrie). Třídění proteinů - mechanizmy průniku proteinů do organel. Vezikulární transport. Sekreční a endocytotické dráhy. Paměťový systém buňky: genetická a epigenetická informace. Lidský genom. Gen. Cytoplazmatická dědičnost. Epigenetické mechanizmy. Exprese genetické informace. Transkripce. Posttranskripční modifikace. Translace. Struktura a biogeneze ribosomů. Kotranslační a posttranslační úpravy. Genetický kod a jeho charakteristiky.

Regulace genové exprese. Přehled jednotlivých úrovní regulace. Promotor a iniciace transkripce. Epigenetické regulační funkce. MikroRNA a RNA interference. Srovnání regulace genové exprese u prokaryot a eukaryot.

Buněčné dělení. Buněčný cyklus a jeho regulace. Fáze buněčného cyklu. Pozitivní a negativní regulace buněčného cyklu. Přehled proteinů kontrolujících buněčný cyklus (cykliny, Cdk-kinásy, inhibitory Cdk, Rb protein). Replikace DNA. Stupně procesu replikace. Replikační vidlička. Primery pro syntézu DNA. Okazakiho fragmenty. Replikační enzymy. Replikační chyby v DNA. Množení (amplifikace) DNA: klonování DNA, polymerázová řetězová reakce (PCR). Mitóza (fáze mitozy, mitotické vřeténko, segregace dceřiných chromozomů). Cytokineze (u buněk živočišných a rostlinných). Meióza. Průběh a význam meiozy. Meiotická non-disjunkce. Buněčný stres. Reakce buňky na poškození. Adaptace. Hypertrofie a hyperplasie buněk. Stárnutí buněk. Buněčná smrt - zánik buňky. Apoptóza. Mechanizmus apoptózy a morfologické změny buňky při apoptoze. Význam apoptózy. Nekróza. Příčiny nekrozy a morfologické změny buňky. Komunikace mezi buňkami a obecné principy buněčné signalizace. Signální molekuly. Receptory signálních molekul. Transdukční proteiny. Přehled základních signálních drah. Přednášky z genetiky. Historie genetiky v návaznosti na současné poznatky (J. G. Mendel; T. H. Morgan; O. Avery; J. Watson; F. Crick; J. Monod). Struktura lidského genomu. Projekt mapování lidského genomu. Jaderný genom. Genové a negenové oblasti DNA. Repetitivní oblasti DNA. Mobilní elementy lidského genomu. Mitochondriální genom. Nestabilita lidského genomu - změny v genetické informaci. Genové mutace. Klasifikace genových mutací. Dynamické mutace. Polymorfizmy DNA. Typy polymorfizmů DNA a jejich význam. Proces mutageneze. Mutageny (chemické, fyzikální, biologické). Mutace spontánní a indukované a jejich mechanizmy. Opravné systémy DNA. Vybrané syndromy podmíněné poruchami reparačních mechanizmů. Strukturní a numerické aberace chromozomů. Mechanizmy a důsledky chromozomálních aberací. Robertsonská translokace. Základy klinické cytogenetiky. Metody klinické cytogenetiky. Inaktivace X chromozomu. Genomický imprinting. Zákonitosti přenosu genetické informace. Mendlovy zákony. Monogenní dědičnost. Typy monogenní dědičnosti. Atypické způsoby dědičnosti. Genová vazba. Interakce alelních a nealelních genů. Polygenní dědičnost a multifaktoriální dědičnost. Kvalitativní a kvantitativní dědičné znaky. Genetická analýza kvantitativních znaků. Studie dvojčat. Heritabilita. Genetika komplexních chorob. Geneticky podmíněné choroby. Molekulární a biochemická podstata dědičných chorob. Hemoglobiny a hemoglobinopatie. Vrozené odchylky metabolizmu. Vybrané enzymopatie. Receptory a poruchy jejich funkce. Familiární hypercholesterolémie. Poruchy molekulárního transportu. Cystická fibróza. Poruchy struktury buněk. Duchennova muskulární dystrofie. Imunogenetika. Mechanizmy imunitní odpovědi. Struktury imunoglobulinů. Genetická podstata diverzifikace imunoglobulinů. Somatické přestavby. Alelická exkluze. Izotypový přesmyk. Antigenní receptory T-buněk. Hlavní histokompatibilní komplex. Polymorfizmus a dědičnost HLA haplotypů. HLA a asociace s chorobami. Genetické aspekty vývoje. Proces fertilizace. Diferenciace buněk a tkání. Geny a genová exprese v průběhu vývoje. Působení a uspořádání genů HOX. Kmenové buňky. Nádorové kmenové buňky. Vývojová genetika a vrozené vady. Reprodukční genetika. Určení pohlaví u člověka. Molekulární podstata nádorů I. Biologie nádorového růstu a charakteristika nádorů. Nádorové mikroprostředí. Produkce energie v nádorech. Warburgův efekt. Molekulární základ nádorů. Kancerogeneze. Molekulární podstata nádorů II. Protoonkogeny a jejich úloha v regulaci buněčného množení. Mechanizmy měnící funkci protoonkogenů. Tumor supresorové geny. Mutace v tumor supresorových genech. Charakteristika vybraných cancer-related genů. Mutátorové geny. Epigenetika nádorů. Hereditární a sporadické nádory. Vrozené dispozice vzniku nádorů. Farmakogenetika - farmakogenomika. Farmakogenetické interakce. Metody a význam farmakogenomiky. Nutrigenetika-nutrigenomika. Nutrigenetické interakce. Cíle nutriční genomiky. Genetika orofaciální oblasti. Geny zahrnuté ve vývoji zubů. Dědičně podmíněné orofaci

Metody studia genu. Metody studia chromozomů. Metody a principy molekulární diagnostiky. Přímá a nepřímá DNA diagnostika. Vybrané kapitoly z lékařské genetiky (genetické poradenství, genetická prognóza, prenatální diagnostika, možnosti léčby dědičných chorob, etické a právní problémy lékařské genetiky).

Anotace

Cílem předmětu Biologie a genetika je poskytnout studentům solidní přehled současných poznatků z molekulární a buněčné biologie a genetiky se zaměřením na lékařskou problematiku a s důrazem na jejich návaznost na další studované předměty. Tyto poznatky jim umožní správné pochopení mnoha chorobných procesů a dědičných nemocí.

Zároveň studenti získají praktické mikroskopické dovednosti a budou schopni analyzovat základní genetické experimenty a řešit úlohy a problémy z oblasti genetiky. Získané vědomosti budou nezbytným základem pro studium dalších předmětů studijního programu jako histologie, fyziologie, biochemie, mikrobiologie, patologie a předmětů klinických.