Протеомика

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО НАУЧНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ
ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
УТВЕРЖДАЮ
Заместитель директора по науке
ИНЦ РАН
Д.б.н.
___________________ Скарлато С.О.
"____" __________________2014 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Протеомика
основная образовательная программа подготовки аспиранта
по направлению 06.06.01 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
специальность 03.03.04 Клеточная биология, цитология, гистология
Федеральный ГОС ВО
Форма обучения
Очная
Программу в соответствии с ФГОС ВО разработала:
к.б.н., доцент
А.А. Цимоха
Санкт-Петербург
2014
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
-целью освоения дисциплины является подготовить специалистов для
фундаментальной и прикладной науки в области клеточной биологии, цитологии,
гистологии, обладающих современными теоретическими знаниями, способных
формулировать научные и прикладные задачи и предлагать подходы для их решения,
нацеленных на совершенствование и развитие своего научного потенциала и своей
личности?
- задачей освоения курса является приобретение углубленных знаний о
современных теориях и представлениях в области протеомики, методических подходов в
изучении химии и физики белков;
- формирование комплексного подхода в теоретическом и методическом освоении
изучаемой дисциплины.
Результаты обучения (компетенции) аспиранта, на формирование которых
ориентировано изучение дисциплины «Протеомика»
Код
Результат обучения (компетенция) выпускника ООП
способностью самостоятельно осуществлять научно-исследовательскую
деятельность в соответствующей профессиональной области с использованием
ОПК-1
современных методов исследования и информационно-коммуникационных
технологий
способность получать, обрабатывать и систематизировать научную
ПК-4
информацию по теме исследования, выбирать и обосновывать методики и
средства решения поставленных задач
способность к профессиональной эксплуатации современного научного
ПК-5
оборудования и приборов
способность проводить учебные, лабораторные и практические занятия,
ПК-6
разрабатывать и обеспечивать практическую и научно-исследовательскую
работу обучающихся
способностью к критическому анализу и оценке современных научных
УК-1
достижений, генерированию новых идей при решении исследовательских и
практических задач, в том числе в междисциплинарных областях
готовностью участвовать в работе российских и международных
УК-3
исследовательских коллективов по решению научных и научнообразовательных задач
Планируемые результаты изучения дисциплины, обеспечивающие достижение
цели изучения дисциплины «Протеомика» и еѐ вклад в формирование результатов
обучения (компетенций) слушателя:
 умение ориентироваться в научной литературе, критически оценивать
методы для решения экспериментальных задач в области химии и физики
белков;
 знания о современных теоретико-методологических концепциях, лежащих в
основе дисциплины;
 знания о развитии и современном состоянии дисциплины;
Результаты изучения дисциплины «Протеомика» должны реализоваться в знания:
 о фундаментальных концепциях в современной науки о белках;
 о первичной, вторичной, третичной и четвертичной структуре белков;
 взаимозависимости структуры и функций белков;



современных методах исследования различных уровней структурной организации
белков.
умения:
применять полученные знания для решения научных проблем в области клеточной
биологии и медицины;
неукоснительно следовать принципам научной методологии при решении проблем
фундаментальной науки и медицины;
навыки:
 примененять полученные знания при решении экспериментальных научных задач;
 ориентироваться в научной литературе;
 понимания сущности научных методов и подходов
при
решении
фундаментальных задач.
представления:
 о современных методических подходах, используемых в протеомике;
 о системности подходов в изучении на молекулярном уровне процессов,
протекающих в клетке.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ УЧЕБНОГО ПЛАНА
АСПИРАНТУРЫ
Согласно ФГОС ВПО направления 06.06.01 Биологические науки дисциплина
"Протеомика" является выборной дисциплиной Вариативной части учебного
плана, которую аспиранты изучают в 4 семестре второго года обучения.
Изучение дисциплины опирается на знания в области физики, химии,
молекулярной и клеточной биологии, освоенных аспирантами на предшествующих
этапах обучения.
3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТРУДОЕМКОСТИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ ПО
ВИДАМ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ И ФОРМЫ КОНТРОЛЯ
3.1. Виды учебной работы
Трудоѐмкость по семестрам
Виды учебной работы
Лекции (Л)
Лабораторные занятия (ЛЗ)
Практические занятия, семинары (ПЗ)
Самостоятельная работа (СР)
Зачет (З)
Итого,
ач
3-й сем.
ач/нед
ач/сем
2
36
36
1
3
18
54
18
54
1
в академических часах, ач
108
в зачѐтных единицах, ЗЕ
3
Общая трудоемкость освоения дисциплины
3.2. Разделы дисциплины и виды учебной работы
Разделы дисциплины
Л,
ач
ПЗ,
ач
СР,
ач
1.
Введение в протеомику
2
4
2.
Функциональная и структурная протеомика
12
8
3.
Принципы и методы анализа протеома
12
8
4.
5.
6
Базы данных по протеомике
4
6
12
4
8
10
Практическая протеомика
2
4
12
Итого по видам учебной работы
36
18
54
Методы предсказания пространственных
структур белков. Методы предсказания
функций белков.
Общая трудоемкость освоения а.ч./ЗЕ
108/ 3
ЗЕ
4. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И СОДЕРЖАНИЕ
Разделы дисциплины
1. Введение в протеомику
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ
Протеомика – наука, основным
предметом изучения которой являются белки,
их функции и взаимодействия в организме.
Основная
задача
протеомики
–
количественный анализ экспрессии белков в
клетках в зависимости от их типа, состояния
или влияния внешних условий. Протеом —
совокупность белков клетки в данный момент
времени. Протеом больше, чем геном, то есть
количество белков превышает количество
генов из-за альтернативного сплайсинг и
посттрансляционных модификаций белков.
Протеом крайне динамичен и меняется в
зависимости от функционального состояния
клетки, ее принадлежности к ткани и органу,
норме и патологии и т.д. Полный протеом
организма – совокупный набор протеомов
всех клеток.
2. Функциональная и структурная
Протеомика
включает
в
себя
протеомика
структурную протеомику и функциональную
протеомику. В структурной протеомике
проводится определение структуры не
Разделы дисциплины
3. Принципы
протеома
и
методы
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ
одного, а сразу множества белков, и к
настоящему времени для этого разработан
специальный цикл процедур и создан арсенал
соответствующих высокоточных приборов.
Задача структурной протеомики сводится к
выделению,
очистке,
определению
первичной, вторичной и третичной структур
всех белков живого организма
Наличие в организме того или иного
белка дает основание предполагать, что он
обладает (или обладал) определенной
функцией, а весь протеом служит для того,
чтобы
осуществлялась
полноценная
жизнедеятельность
всего
организма.
Функциональная протеомика занимается
определением
функциональных
свойств
протеома,
и
решаемые
ею
задачи
существенно сложнее, чем, например,
определение белково-пептидных структур.
Функциональная протеомика занимается
изучением сложных взаимосвязей структуры
и функций протеома.
Одним из важнейших инструментов
анализа протеомики является масс-спектрометрия
белков. В настоящее время для анализа
протеома используют два основных подхода:
комбинация двумерного электрофореза с
MALDI-масс-спектрометрией и сочетание
высокоэффективной
жидкостной
хроматографии
с
тандемной
массспектрометрией. Также к методам анализа
протеома
относятся:
иммуноблоттинг
(вестерн-блоттинг), сочетающий одномерный
или
двумерный
электрофорез
с
идентификацией белков с помощью антител);
гель-хроматография,
применяемая
для
разделения белков и пептидов по заряду,
молекулярной массе, степени гидрофобности
и
другим
признакам;
аффинная
хроматография,
основанная
на
специфическом взаимодействии белка с
носителем; инфракрасная спектроскопия,
применяемая
для
исследования
структурных
характеристик
белков;
рентгеновская кристаллография и ядерномагнитный резонанс, применяемые для
характеристики
трехмерной
структуры
пептидов и белков. Методы анализа белокбелковых
взаимодействий
включают
белковые микрочипы, которые позволяют
Разделы дисциплины
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ
одновременно
измерять
содержание
большого количества белков в клетке, и
дрожжевую двугибридную систему, которая
позволяет систематически изучать белокбелковые взаимодействия.
4. Базы данных по протеомике
Существование огромного количества
разнообразных
белков
привело
к
необходимости создания информационных
массивов – баз (или банков) данных, в
которые заносились бы все известные о них
сведения. В настоящее время существует
множество общих и специализированных баз
данных, которые доступны в Интернете
каждому
желающему.
Это
позволяет
идентифицировать белки по молекулярной
массе их фрагментов методом массспектрометрии.
Поскольку
протеомика
оперирует большим объемом данных, для
обработки
которых
требуются
специализированные алгоритмы и большие
вычислительные мощности, она тесно связана
с биоинформатикой. Важным этапом стало
развитие биоинформационных технологий
обработки
данных
протеомных
экспериментов.
Предсказание
пространственной
структуры с помощью компьютерных
5.
Методы
предсказания программ (in silico) позволяется строить
пространственных структур белков. модели белков, структура которых ещѐ не
экспериментально.
Методы
Методы
предсказания
функций определена
предсказания
пространственной
структуры
белков.
белков используются также в области
генетической инженерии белков, с помощью
которой уже получены новые третичные
структуры
белков.
Более
сложной
вычислительной
задачей
является
прогнозирование
межмолекулярных
взаимодействий, таких как молекулярная
стыковка и предсказание белок-белковых
взаимодействий.
Фолдинг
и
межмолекулярные взаимодействия белков
моделируются
с
использованием
молекулярной
механики.
Методы
предсказания функций белков делятся на две
основные группы: основанные на анализе
структуры и последовательности.
Главной задачей протеомики является
выявление
механизма
взаимодействия
Разделы дисциплины
6. Практическая протеомика
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ
огромного числа белков и пептидов в одном
организме. Очевидно, что в первую очередь в
результатах такой работы заинтересованы
фармакологи и медики, поскольку очень
часто прослеживается тесная связь между
изменениями в белковом составе и
болезненным
состоянием
человека.
Сравнение протеомов различных клеток в
норме и
при
патологиях
позволяет
расшифровать механизмы, участвующие в
развитии патологических реакций. Важное
медицинское приложение протеомики, в
частности, заключается в поиске белковых
маркеров для диагностики и терапии
социально-значимых заболеваний.
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В преподавании курса используются
образовательные технологии:
– лекции,
- самостоятельная работа слушателей.
преимущественно
традиционные
Вместе с тем, в преподавании курса используются современные технологии, такие
как проблемное обучение, обучение на основе опыта, индивидуальное обучение,
междисциплинарное обучение. Традиционным для курса является широкое использование
знаний аспирантов, полученных ими в ходе освоения курсов физических дисциплин.
Активно используется проблемное обучение, при разрешении противоречий
биологических систем, алгоритм решения задач при освоении структурных методов.
6. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
Темы практических занятий:
1. Базы данных по протеомике
2. Методы предсказания пространственных структур белков. Методы предсказания
функций белков.
3. Практическая протеомика
7. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ И
ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
7.1.Критерии оценивания
Оценкой успешной работы аспиранта при освоении дисциплины «Протеомика»
является приобретение им знания:
 о фундаментальных концепциях в современной клеточной биологии;
о современных теоретических и методологических концепциях, лежащих в основе
изучения структурной организации белков;
 об экспериментальных подходах при решении задач, связанных с освоением
современных методов протеомики;
умения:
 пользоваться базами данных для расчета экспериментальных данных
 использовать компьютерные программы для предсказания пространственной
организации белков.

7.2. Оценочные средства
Критерием усвоения материала курса лекций по дисциплине «Протеомика»
является посещение лекций, успешная сдача зачета и использования самостоятельной
работы для приобретения дополнительных знаний, полезных для успешной сдачи
кандидатского экзамена по специальности 03.03.04 Клеточная биология, цитология,
гистология, выполнения квалификационной работы и последующей защиты кандидатской
диссертации.
В конце курса лекций слушатели сдают зачет.
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
8.1. Адрес сайта курса
http://www.cytspb.rssi.ru
8.2. Рекомендуемая литература
Основная литература
Дополнительная литература:
Электронные и Internet-ресурсы:
9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Чтение курса лекций осуществляется в малом конференц - зале Института цитологии
РАН, для презентаций используется компьютер ACER Model ZL1 с приставкой In FOCUS
Model LP70. Преподаватель может использовать компьютерные программы и все
иллюстративное оборудование, которым располагает Институт цитологии.
Федеральное агентство научных организаций
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ
ЦИТОЛОГИИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
(ИНЦ РАН)
УТВЕРЖДАЮ
Заместитель директора по научной работе
ИНЦ РАН
д.б.н.
___________________ Скарлато С.О.
"____" __________________2014 г.
Фонд оценочных средств
по учебной дисциплине Протеомика (дисциплина по выбору)
направление подготовки 06.06.01. Биологические науки
специальность 03.03.04 Клеточная биология, цитология, гистология
Санкт-Петербург
2014г.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
-целью освоения дисциплины является подготовить специалистов для
фундаментальной и прикладной науки в области клеточной биологии, цитологии,
гистологии, обладающих современными теоретическими знаниями, способных
формулировать научные и прикладные задачи и предлагать подходы для их решения,
нацеленных на совершенствование и развитие своего научного потенциала и своей
личности?
- задачей освоения курса является приобретение углубленных знаний о
современных теориях и представлениях в области протеомики, методических подходов в
изучении химии и физики белков;
- формирование комплексного подхода в теоретическом и методическом освоении
изучаемой дисциплины.
Результаты обучения (компетенции) аспиранта, на формирование которых
ориентировано изучение дисциплины «Протеомика»
Код
Результат обучения (компетенция) выпускника ООП
способностью самостоятельно осуществлять научно-исследовательскую
деятельность в соответствующей профессиональной области с использованием
ОПК-1
современных методов исследования и информационно-коммуникационных
технологий
способность получать, обрабатывать и систематизировать научную
ПК-4
информацию по теме исследования, выбирать и обосновывать методики и
средства решения поставленных задач
способность к профессиональной эксплуатации современного научного
ПК-5
оборудования и приборов
способность проводить учебные, лабораторные и практические занятия,
ПК-6
разрабатывать и обеспечивать практическую и научно-исследовательскую
работу обучающихся
способностью к критическому анализу и оценке современных научных
УК-1
достижений, генерированию новых идей при решении исследовательских и
практических задач, в том числе в междисциплинарных областях
готовностью участвовать в работе российских и международных
УК-3
исследовательских коллективов по решению научных и научнообразовательных задач
Планируемые результаты изучения дисциплины, обеспечивающие достижение
цели изучения дисциплины «Протеомика» и еѐ вклад в формирование результатов
обучения (компетенций) слушателя:

умение ориентироваться в научной литературе, критически оценивать методы для
решения экспериментальных задач в области химии и физики белков;
 знания о современных теоретико-методологических концепциях, лежащих в основе
дисциплины;
 знания о развитии и современном состоянии дисциплины;
Результаты изучения дисциплины «Протеомика» должны реализоваться в знания:

о фундаментальных концепциях в современной науки о белках;

о первичной, вторичной, третичной и четвертичной структуре белков;

взаимозависимости структуры и функций белков;

современных методах исследования различных уровней структурной организации
белков.







умения:
применять полученные знания для решения научных проблем в области клеточной
биологии и медицины;
неукоснительно следовать принципам научной методологии при решении проблем
фундаментальной науки и медицины;
навыки:
примененять полученные знания при решении экспериментальных научных задач;
ориентироваться в научной литературе;
понимания сущности научных методов и подходов при решении фундаментальных
задач.
представления:
о современных методических подходах, используемых в протеомике;
о системности подходов в изучении на молекулярном уровне процессов,
протекающих в клетке.
2. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ И
ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
2.1.Критерии оценивания
Оценкой успешной работы аспиранта при освоении дисциплины «Протеомика»
является приобретение им знания:
 о фундаментальных концепциях в современной клеточной биологии;

о современных теоретических и методологических концепциях, лежащих в основе
изучения структурной организации белков;

об экспериментальных подходах при решении задач, связанных с освоением
современных методов протеомики;
умения:

пользоваться базами данных для расчета экспериментальных данных

использовать компьютерные программы для предсказания пространственной
организации белков.
2.2. Оценочные средства
Промежуточная аттестация проводится в виде семинара.
Вопросы семинара:
1. Понятие протеома. Стабильность и динамика протеома.
2. Структурная протеомика.
3. Функциональная протеомика.
4. Методы и принципы анализа протеома. Масс-спекирометрия.
5. Методы анализа протеома: электорофоретические методы.
6. Методы анализа протеома: рентгено-структурный анализ; хроматография.
7. Методы предсказания пространственной структуры белков.
8. Практическое приложение протеомики в эксперименте и медицине. Достижения
и перспективы.
Критерием усвоения материала курса лекций по дисциплине «Протеомика»
является посещение лекций, успешная сдача зачета и использования самостоятельной
работы для приобретения дополнительных знаний, полезных для успешной сдачи
кандидатского экзамена по специальности 03.03.04 Клеточная биология, цитология,
гистология, выполнения квалификационной работы и последующей защиты кандидатской
диссертации.
В конце курса лекций слушатели сдают зачет.