Μοριακή Βιολογία

Κληρονομικότητα, γονίδια και DNA. Κληρονομικότητα και γονίδια. Γονίδια και ένζυμα. Η ταυτοποίηση του DNA ως γενετικού υλικού. Δομή και οργάνωση του γονιδιώματος. Γονιδίωμα φυτικών κυττάρων και υποκυτταρικών οργανιδίων (μιτοχόνδρια, πλαστίδια). Ο αναδιπλασιασμός του DNA. Έκφραση της γενετικής πληροφορίας. Σχέση γονιδίων-πρωτεϊνών. Ο ρόλος του αγγελιοφόρου RNA. Ο γενετικός κώδικας. RNA ιοί και αντίστροφη μεταγραφή. Μεταγραφή, πολυμεράση του RNA και μεταγραφικοί παράγοντες (κατάταξη, δομή και δράση). Ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων στο επίπεδο της μεταγραφής, στο μετα-μεταγραφικό επίπεδο και στο επίπεδο της μετάφρασης. Μεταφορά πρωτεϊνών σε υποκυτταρικά οργανίδια και η ρύθμιση της. Μετάδοση βιολογικών μηνυμάτων. Ορμόνες και άλλα μόρια μεταφοράς σήματος και οι υποδοχείς τους. Λειτουργικές δράσεις των υποδοχέων της επιφάνειας του κυττάρου και των ενδοκυτταρικών υποδοχέων. Μηχανισμοί ενδοκυτταρικής μεταφοράς σήματος. Μεταφορά σήματος και κυτταρο-σκελετός. Εισαγωγή στο ανασυνδυαζόμενο DNA. Ενδονουκλεάσες περιορισμού. Σχηματισμός ανασυνδυασμένων μορίων DNA. Φορείς για ανασυνδυαζόμενο DNA. Έκφραση κλωνοποιημένων γονιδίων. Αρχές προσδιορισμού της αλληλουχίας των νουκλεϊνικών οξέων. Ενίσχυση του DNA με την αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης. Ανάλυση της λειτουργικότητας των γονιδίων. Γενετική ανάλυση σε ζυμομήκυτες. Εισαγωγή μεταλλάξεων σε κλωνοποιημένα DNA. Εισαγωγή μεταλλάξεων σε κυτταρικά γονίδια.

Στόχοι Μαθήματος

Γνωστικοί στόχοι: Nα δημιουργηθεί ένα υπόβαθρο βασικής γνώσης της Mοριακής Bιολογίας του κυττάρου. Nα κατανοηθούν οι μηχανισμοί με τους οποίους οι κυτταρικές διαδικασίες αλληλεπιδρούν και αλληλορυθμίζονται έτσι ώστε να δημιουργηθεί και να επιβιώσει ένα λειτουργικό κύτταρο. Nα παρασχεθούν γνώσεις σχετικά με το πως οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ βιομορίων (π.χ. αλληλεπιδράσεις μεταξύ πρωτεϊνών, ή αλληλεπιδράσεις μεταξύ πρωτεϊνών-νουκλεϊνικών οξέων) συνεισφέρουν στη ρύθμιση των κυτταρικών λειτουργιών και συνολικά στη βιολογία του κυττάρου. Nα δοθούν γνώσεις για τους μοριακούς μηχανισμούς με τους οποίους πολύπλοκες κυτταρικές διαδικασίες (π.χ. κυτταρική διαίρεση, μεταγραφή ή μετάφραση) αποκρίνονται διαφορετικά ανάλογα με το περιβάλλον του κυττάρου. Nα δοθεί στους φοιτητές πρακτική γνώση, μέσα από εργαστηριακές ασκήσεις, για μερικές από τις μεθοδολογίες που χρησιμοποιούνται συχνά στη διερεύνηση της μοριακής βιολογίας του κυττάρου. Oι παραπάνω στόχοι επιτυγχάνονται μέσα από συνδυασμό διαλέξεων και εργαστηρίων που αντιπροσωπεύουν διαφορετικές προσεγγίσεις των διαδικασιών διδασκαλίας και εκμάθησης και αλληλοσυμπληρώνονται. Oι διαλέξεις είναι το κύριο μέσο παροχής του όγκου της βασικής γνώσης αλλά έχουν το μειονέκτημα ότι το ακροατήριο δεν συμμετέχει σε μεγάλο βαθμό (δεν θα πρέπει να μας διαφεύγει επίσης ότι η παρακολούθηση των διαλέξεων είναι προαιρετική). Αντίθετα, οι υποχρεωτικές εργαστηριακές ασκήσεις δίνουν τη δυνατότητα κατανόησης των μεθόδων και των πρακτικών προβλημάτων που ανακύπτουν κατά τη διαδικασία ανάλυσης των κυτταρικών και μοριακών διεργασιών. Επίσης, βοηθούν στην περαιτέρω εμβάθυνση θεμάτων που σχετίζονται με τη μοριακή βιολογία του κυττάρου και προάγουν την αυτοδύναμη έρευνα και τη συνδυαστική σκέψη αλλά και την έκφραση.   Δεξιότητες: Μετά την επιτυχή παρακολούθηση του μαθήματος οι φοιτητές θα πρέπει να μπορούν: Nα περιγράφουν τα κύρια σημεία της δομής και του αναδιπλασιασμού του DNA. Nα περιγράφουν τα κύρια σημεία της χρωμοσωμικής οργάνωσης, ανασυνδυασμού και επιδιόρθωσης. Nα περιγράφουν τα κύρια σημεία της μεταγραφής και της ρύθμισης της, των μετα-μεταγραφικών διαδικασιών και της μετάφρασης τόσο στα προκαρυωτικά όσο και στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Nα περιγράφουν αρκετά σημεία της βιοχημείας των πρωτεϊνών, μαζί με τις διαδικασίες αναδίπλωσης, στόχευσης και μεταφοράς τους στα διάφορα διαμερίσματα του κυττάρου. Nα περιγράφουν αρκετά σημεία της κυτταρικής σηματοδότησης τόσο σε προκαρυωτικά όσο και σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Aυτό θα περικλείει τόσο τις κινάσες τυροσίνης, τις G-πρωτεϊνες, τους μεμβρανικούς και πυρηνικούς υποδοχείς αλλά και τα συστήματα σηματοδότησης δύο συστατικών σε μικροοργανισμούς και ευκαρυωτικά κύτταρα. Nα περιγράφουν τους μοριακούς μηχανισμούς που οδηγούν στον ρυθμιζόμενο κυτταρικό πολλαπλασιασμό αλλά και τον ρυθμιζόμενο κυτταρικό θάνατο.   Μετά την ολοκλήρωση των εργαστηριακών ασκήσεων οι φοιτητές αναμένεται να έχουν τις ακόλουθες δεξιότητες: Εργασία υπό άσηπτες συνθήκες, για να αποφεύγονται οι επιμολύνσεις, και οργάνωση των δειγμάτων (π.χ. καταγραφή της ταυτότητας των καλλιεργειών κλπ) Xρήση μικροπιπεττών, πιπετών, αντιβιοτικών και υγρών καλλιεργειών βακτηρίων. Πρακτική εφαρμογή της μεταμόρφωσης κυττάρων βακτηριδίων με εξωγενές γενετικό υλικό (πλασμιδιακό DNA) και κατανόηση των νέων ιδιοτήτων (νέου φαινότυπου) που προσδίδει στα κύτταρα η εισαγωγή και έκφραση του γενετικού υλικού (π.χ. αντίσταση σε αντιβιοτικά). Κατανόηση της φυγοκέντρησης και της χρήσης της στην παραλαβή κυττάρων και υποκυτταρικών υλικών. Κατανόηση της σημασίας του κυτταρικού τοιχώματος στην ανθεκτικότητα των μικροβίων καθώς και της χρήσης εξειδικευμένων ενζύμων για την επιλεκτική διάσπαση του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος. Κατανόηση της μεθοδολογίας απομόνωσης πλασμιδιακού DNA και των παραμέτρων που επηρεάζουν την ποιότητα του καθώς και της σημασίας της χρήσης των σωστών ρυθμιστικών διαλυμάτων στην απομόνωση του DNA Σχεδίαση και εκτέλεση πειραμάτων επώασης και πέψης των πλασμιδιακών DNA με ενδονουκλεάσες περιορισμού. Χρήση ηλεκτροφορητικών μεθόδων για τον διαχωρισμό βιομορίων διαφορετικού μεγέθους (π.χ. θραυσμάτων DNA) μετά από πέψη μα ενδονουκλεάσες περιορισμού και τεχνικές χρώσης του DNA και παρατήρησης των θρασμάτων του με έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία, υπό ασφαλείς συνθήκες. Υπολογισμός του μεγέθους θρασμάτων DNA μετά απο σύγκριση της ηλεκτροφορητικής τους κινητικότητας με την κινητικότητα πρότυπων θραυσμάτων DNA καθορισμένου μεγέθους (μάρτυρες μεγέθους DNA). Καταγραφή των πειραματικών αποτελεσμάτων και ψηφιακή αποθήκευση των εικόνων των αποτελεσμάτων της ηλεκτροφορητικής ανάλυσης. Εισαγωγή και εκπαίδευση στη τεχνολογία ενίσχυσης του γενετικού υλικού με αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR). Οργάνωση και συζήτηση των αποτελεσμάτων με τους επιβλέποντες Καταγραφή της τελικής εργαστηριακής αναφοράς, με βάση τα συνολικά αποτελέσματα, σε μία ολοκληρωμένη, λογική και συνεχή σειρά. Γενικές Ικανότητες Εφαρμογή της γνώσης στην πράξη Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις Λήψη αποφάσεων Αυτόνομη εργασία

Προαπαιτούμενες Γνώσεις

Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα.

Περιεχόμενα

Κληρονομικότητα, γονίδια και DNA. Κληρονομικότητα και γονίδια. Γονίδια και ένζυμα. Η ταυτοποίηση του DNA ως γενετικού υλικού. Δομή και οργάνωση του γονιδιώματος. Γονιδίωμα φυτικών κυττάρων και υποκυτταρικών οργανιδίων (μιτοχόνδρια, πλαστίδια). Ο αναδιπλασιασμός του DNA. Έκφραση της γενετικής πληροφορίας. Σχέση γονιδίων-πρωτεϊνών. Ο ρόλος του αγγελιοφόρου RNA. Ο γενετικός κώδικας. RNA ιοί και αντίστροφη μεταγραφή. Μεταγραφή, πολυμεράση του RNA και μεταγραφικοί παράγοντες (κατάταξη, δομή και δράση). Ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων στο επίπεδο της μεταγραφής, στο μετα-μεταγραφικό επίπεδο και στο επίπεδο της μετάφρασης. Μεταφορά πρωτεϊνών σε υποκυτταρικά οργανίδια και η ρύθμιση της. Μετάδοση βιολογικών μηνυμάτων. Ορμόνες και άλλα μόρια μεταφοράς σήματος και οι υποδοχείς τους. Λειτουργικές δράσεις των υποδοχέων της επιφάνειας του κυττάρου και των ενδοκυτταρικών υποδοχέων. Μηχανισμοί ενδο-κυτταρικής μεταφοράς σήματος. Μεταφορά σήματος και κυτταρο-σκελετός. Εισαγωγή στο ανασυνδυαζόμενο DNA. Ενδονουκλεάσες περιορισμού. Σχηματισμός ανασυνδυασμένων μορίων DNA. Φορείς για ανασυνδυαζόμενο DNA. Έκφραση κλωνοποιημένων γονιδίων. Αρχές προσδιορισμού της αλληλουχίας των νουκλεϊνικών οξέων. Ενίσχυση του DNA με την αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης. Ανάλυση της λειτουργικότητας των γονιδίων. Γενετική ανάλυση σε ζυμομήκυτες. Εισαγωγή μεταλλάξεων σε κλωνοποιημένα DNA. Εισαγωγή μεταλλάξεων σε κυτταρικά γονίδια.