Практическое занятие № 11

1.Тема и ее актуальность: Биоинформатика

Биоинформатика как наука возникла в 80–х годах прошлого века на стыке молекулярной биологии, генетики, математики и компьютерных технологий. Важной предпосылкой послужила разработка быстрых методов секвенирования: появилась необходимость в хранении, систематизации и анализе большого объема новых экспериментальных данных

2. Учебные цели: овладение навыками получения и использования информации, накопленной в базах данных по структуре геномов, белков и другой биологической информации.

Для формирования профессиональных компетенций студент должен знать:

- химический состав и особенности организации нуклеиновых кислот у человека;

- особенности структурной организации генов у человека;

- основные закономерности биосинтеза белка и особенности

транскрипции и трансляции у человека;

- структурно-функциональную организацию белковых молекул

- механизмы регуляции экспрессии генов у человека

- основные базы данных по биоинформатике

- обозначения, принятые для нуклеиновых кислот по стандарту IUB/IUPAC

- обозначения, принятые в однобуквенном коде аминокислот по стандарту IUB/IUPAC.

Для формирования профессиональных компетенций студент должен уметь:

- получать и грамотно использовать информацию баз данных по структуре геномов, белков

- определять структуру ДНК по базам данных

- определять структуру РНК по базам данных

- определять структуру белка по базам данных

Для формирования профессиональных компетенций студент должен владеть общекультурными (ОК – 1) и профессиональными компетенциями (ПК – 2, ПК – 3, ПК – 5, ПК – 15, ПК – 17, ПК – 31, ПК – 32).

3. Материалы для самоподготовки к освоению данной темы:

Вопросы для самоподготовки:

1. Биоинформатика как наука, ее цели и задачи. Основные разделы биоинформатики.

2. Биополимерные молекулы, как материальный носитель информации.

3. Для чего нужно знать пространственную структуру белка?

4. Базы данных и Интернет для биоинформатики. NCBI. Genbank. PDBdatabank. Entrez. Принципы работы с основными базами данных. Классификация и практическое применение баз данных. В чем отличие интегрированных баз данных от других типов?

5. Как можно использовать биоинформатику для решения задач медицины и фармации.

4. Вид занятия: практическое.

5. Продолжительность занятия – 2 часа (90 минут).

6. Оснащение:

6.1. Дидактический материал - тестовые задания, таблицы, обучающая компьютерная программа ROSH.

6.2. ТСО - компьютеры, ноутбук, мультимедийный проектор.

7. Содержание занятия:

7.1. Контроль исходного уровня знаний и умений.

Выполнение тестовых заданий для самоконтроля

1.КАКУЮ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИМЕЕТ ФРАГМЕНТ ДНК, ПО РЕЗУЛЬТАТАМ СЕКВЕНИРОВАНИЯ КОТОРОГО ПОЛУЧЕНО:

1. А: 13, 18, 19, 26, 28

2. G: 11, 16, 17, 21 , 27

3. С: 12, 15, 20, 25

4. Т: 10, 14, 22, 23, 24

2.ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНУЮ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ В ПРОЦЕССЕ СИНТЕЗА БЕЛКА

1) ДНК → транспортная РНК → белок

2) ДНК → информационная РНК → белок

3) рибосомная РНК → транспортная РНК → белок

4) матричная РНК → ДНК → транспортная РНК → белок

3.ТРАНСКРИПТОМИКА ЭТО РАЗДЕЛ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ГЕНОМИКИ ИЗУЧАЮЩИЙ

1) условия трансляции, функции всех белков, которые присутствуют в разных клетках и тканях человека в определенный момент времени

2) условия транскрипции, совокупность всех молекул РНК, которые синтезируются в клетке, в каком-то органе или ткани

3) функции небольших молекул-метаболитов организма человека и животных

4) функции случайно обнаруженных последовательностей нуклеотидов в геноме человека

4.ПРОТЕОМИКА ЭТО РАЗДЕЛ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ГЕНОМИКИ ИЗУЧАЮЩИЙ

1) условия трансляции, функции всех белков, которые присутствуют в разных клетках и тканях человека в определенный момент времени

2) условия транскрипции, совокупность всех молекул РНК, которые синтезируются в клетке, в каком-то органе или ткани

3) функции небольших молекул-метаболитов организма человека и животных

4) функции случайно обнаруженных последовательностей нуклеотидов в геноме человека

5.МЕТАБОЛОМИКА ЭТО РАЗДЕЛ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ГЕНОМИКИ ИЗУЧАЮЩИЙ

1) условия трансляции, функции всех белков, которые присутствуют в разных клетках и тканях человека в определенный момент времени

2) условия транскрипции, совокупность всех молекул РНК, которые синтезируются в клетке, в каком-то органе или ткани

3) функции небольших молекул-метаболитов организма человека и животных

4) функции случайно обнаруженных последовательностей нуклеотидов в геноме человека

6.ИНЦИДЕНТАЛОМИКА ЭТО РАЗДЕЛ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ГЕНОМИКИ ИЗУЧАЮЩИЙ

1) условия трансляции, функции всех белков, которые присутствуют в разных клетках и тканях человека в определенный момент времени

2) функции случайно обнаруженных последовательностей нуклеотидов в геноме человека

3) условия транскрипции, совокупность всех молекул РНК, которые синтезируются в клетке, в каком-то органе или ткани

4) функции небольших молекул-метаболитов организма человека и животных

7.2. Разбор с преподавателем узловых вопросов, необходимых для освоения темы занятия.

7.3. Демонстрация преподавателем методики практических приемов по данной теме.

Преподаватель знакомит студентов с планом и методикой проведения практической работы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Работа с базами данных по биоинформатике

Описания многих баз данных по биоинформатике можно найти на русскоязычном сайте, который находится по адресу: http://www.jcbi.ru/index.html

При подаче запросов в большинство существующих программ последовательности должны быть представлены в стандарте IUB/IUPAC. Этот стандарт предусматривает условные обозначения нуклеиновых кислот и аминокислот, представленные в таблицах 1, 2.

Таблица 1. Обозначения, принятые для нуклеиновых кислот по стандарту IUB/IUPAC.

Обозна–чение	Название	Обозна–чение	Название	Обозна–чение	Название
А	adenine	R	G, A (purine)	B	G, T, C
С	cytosine	Y	T, C (pyrimidine)	D	G, A, T
G	guanine	W	A, T	H	A, C, T
T	thymine	K	G, T (keto)	N	A, G, C, T
U	uracil	S	G, C
M	A, C (amino)	V	A, C, G

Таблица 2. Обозначения, принятые в однобуквенном коде аминокислот по стандарту IUB/IUPAC.

Обозна-чение	Название (англ.)	Название (рус.)	Обозна-чение	Название (англ.)	Название (рус.)
G	glycine	глицин	U	selenocysteine	селеноцистеин
H	histidine	гистидин	V	valine	валин
I	isoleucine	изолейцин	W	tryptophan	триптофан
K	lysine	лизин	Y	tyrosine	тирозин
L	leucine	лейцин	Z	glutamate or glutamine	глютамат или глютамин
M	methionine	метионин
*	translation stop	стоп–кодон	X	any	любая

Адрес DDBJ: http://www.ddbj.nig.ac.jp/

Адрес GenBank: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank/

Адрес EMBL: http://www.ebi.ac.uk/embl/

Адрес ENTREZ: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Database/index.html

Открыть сайт, ввести в строку поиска название интересующего гена (например XRCC1, XPD, MMP9). Из предложенных результатов поиска выбрать сиквенсную последовательность нуклеотидов Homo sapiens. Изучить последовательность нуклеотидов. Проанализировать структуру гена. Оценить число экзонов.

Заполните таблицу:

Базы данных по биоинформатике

№ пп	Название базы данных	Вид	Описание
1
2
…

7.4. Самостоятельная работа студентов под контролем преподавателя.

1. Составление конспектов,

2. Заполнение таблиц,

3. Составление граф-логических структур

4. Самостоятельная работа с обучающей компьютерной программой ROCH.

5. Самостоятельная работа с базами данных по биоинформатике.

6. Выполнение тестовых заданий.

7. Решение типовых и ситуационных задач.

(см. учебное пособие «Сборник задач по биологии и медицинской генетике».