Treści programowe dla kierunku studiów: biotechnologia Studia pierwszego stopnia – studia licencjackie Rok akademicki 2012/2013

Brown T.A., Genomy, wyd. drugie, PWN, Warszawa 2009

Turner PC, McLennan AG, Bates AD, White MRH Biologia molekularna. Krótkie wykłady. wyd, drugie, PWN, 2009

GENETYKA MOLEKULARNA
Typ przedmiotu: obligatoryjny

Poziom przedmiotu: 30 godzin wykładu, 30 godzin zajęć laboratoryjnych

Rok studiów, semestr: III, semestr V

Liczba punktów ECTS: 4

Metody nauczania: egzamin

Wykładowca: prof. dr hab. Jan Filipski

Prowadzący zajęcia laboratoryjne: prof. dr hab. Jan Filipski

Wymagania wstępne: znajomość podstaw chemii, biologii molekularnej i genetyki

Cele przedmiotu: pogłębienie i rozszerzenie wiedzy w zakresie biologii molekularnej ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień interesujących z medycznego punktu widzenia.

Treści merytoryczne przedmiotu:

Wykład: Ewolucja prebiotyczna. Prekursory replikatora. Introny. Synteza i ewolucja ligazy in vitro. Synteza i selekcja in vitro rybozymu katalizującego rybozylacje zasady purynowej. Synteza i selekcja in vitro rybozymu katalizującego syntezę wiązania peptydowego. Sprzężenie replikacji z transkrypcją.

Uszkodzenia DNA i ich naprawa. Mutacje i rekombinacje w DNA. Uszkodzenia DNA. Naprawa uszkodzeń w DNA. Fotoreaktywacja. Naprawa alkilowanego DNA przez metylotransferazy. Naprawa uszkodzeń w DNA z udziałem glikozylaz. Naprawa uszkodzeń przez wycinanie nukleotydow. System SOS. Mutacje mutatorowe.

Początki badan w dziedzinie ewolucji molekularnej. Drzewa filogenetyczne. Rozszczepienie. Rekonstrukcja historii zmiany cechy genetycznej lub fenotypu. Przodkowie. Kladogramy. Drzewa metryczne. Drzewa genów a drzewa gatunków. Rozdział alleli. Sieci. Mierzenie zmian genetycznych. Homologia sekwencji. Odległość genetyczna.

Metody konstrukcji drzew filogenetycznych Przykłady filogenetyki molekularnej. Metoda UPGMA. Metoda najbliższych sąsiadów. Metoda Fitcha i Margoliasha obliczania długości gałęzi. Metoda maksymalnej oszczędności. Rekonstrukcja drzew metoda Fitch'a. Analiza spektralna powiązań międzygatunkowych. Zakorzenianie drzew filogenetycznych.

Charakterystyka sekwencji DNA w chromosomie. Złożoność kinetyczna. Sekwencje unikalne. Amplikony. Satelity. Molekularny mechanizm rekombinacji. Minisatelity. Mikrosatelity. Pseudogeny. Sekwencje typu LINE. Sekwencje typu SINE. HERV. Złożoność kompozycyjna.

Analiza filogenetyczna populacji ludzkich. Ewolucja molekularna chromosomów człowieka. Różnice w ewolucji chromosomu Y i DNA mitochondrialnego. Haplotypy chromosomu Y.

Struktura chromatyny Kondensacja DNA w chromosomie. Histony. Nukleosomy. Pętle chromatyny. Kohezyny i kondensyny.

Rola chromatyny w regulacji ekspresji genów. Regulatory transkrypcji. Regulacja regulatorów. Dwie formy włókna chromatynowego. Jak czynniki transkrypcyjne regulują ekspresje genu. Koregulatory jako potencjalne koordynatory regulacji transkrypcji.

Kompleks preinicjacyjny. Metylacja. Izolatory.

Rola wysp CpG w dziedziczeniu epigenetycznym. Metylacja DNA. Przykład wyspy CpG G6PD. Chromatyna wysp. Piętnowanie rodzicielskie. Inaktywacja chromosomu X. Transformacja nowotworowa. Mechanizm inaktywacji transkrypcji związany z metylacja DNA. Inne modyfikacje epigenetyczne.

Telomery i centromery. DNA telomerów. Ochrona końca chromosomu. Chromatyna telomerów i efekt pozycji. Rekombinacja telomerów. Telomery i starzenie się komórek. Centromery. Mikrotubule. DNA centromerów. Zmienność DNA satelitarnego jako przyczyna specjacji. Białka centromerowe człowieka. Dynamika chromosomu mitotycznego.

Cykl komórkowy Start cyklu komorkowego. Punkt kontrolny cyklu komórkowego w fazie S. Punkty kontrolne cyklu w okresie mitozy. Anafaza.

System ochrony integralności genomu u eukariotów. Przecięcia dwuniciowe w DNA. Kompleks MRN. Centralna rola kinazy ATM w sterowaniu odpowiedzia komorki na uszkodzenia DNA. Niestabilnosc chromosomalna.

Elementy genetyki molekularnej cyklu rozwojowego. Genetyczny program cyklu rozwojowego. Geny programu cyklu rozwojowego. Tworzenie się osi organizmu przód/tyl. Tworzenie się osi grzbietowo brzusznej organizmu. Selektory specyficzności regionalnej segmentów. Pola morfogenetyczne drugiego rzędu. Selektory specyficzności pól morfogenetycznych organów. Tworzenie się osi współrzędnych w polach drugiego rzędu. Selektory specyficzności komórkowej. Ewolucja genów Hox.

Genetyka zachowania. Szukanie pożywienia. Zegar dobowy zwierząt. Funkcja receptora

glukokortykoidu w neuronach. Rola receptora NMDA w zapamiętywaniu. Rola receptora dopaminy DRD4 w zachowaniu człowieka.

Ćwiczenia: Rozwiązywanie zadań dotyczących następujących problemów:

Przygotowanie buforów. Obliczenia związane z użyciem liczby Avogadro. Translacja. Wyznaczanie topologii drzew filogenetycznych i obliczanie długości gałęzi metodą UPGMA. Enzymy restrykcyjne. Przewidywanie produktów rekombinacji. Projektowanie reakcji PCR. Klonowanie. Obliczanie ciężaru cząsteczkowego przy pomocy elektroforezy. Obliczenia związane ze znakowaniem DNA przy pomocy ³²P. Mapowanie. Alternatywny splicing. Superspiralny DNA.

Metody oceny/ sposób zaliczenia: Dwa sprawdziany pisemne, z których pierwszy odbędzie się w połowie, a drugi na zakończenie cyklu wykładów i ćwiczeń.

Spis zalecanych lektur: Studenci otrzymują (w postaci dyskietki kompaktowej) przygotowany przez wykładowcę skrypt.
ENZYMOLOGIA
Typ przedmiotu: obligatoryjny

Poziom przedmiotu: 15 godzin wykładu, 30 godzin zajęć laboratoryjnych

Rok studiów, semestr: III, semestr V

Liczba punktów ECTS: 3,5

Metody nauczania: Wykład ilustrowany. Ćwiczenia praktyczne rachunkowe i

komputerowe.

Studenci nabędą umiejętności przygotowywania i przeprowadzania doświadczeń z udziałem enzymów, oznaczania ich aktywności oraz wyznaczania najważniejszych parametrów kinetycznych tych katalizatorów.

1. Ogólna charakterystyka enzymów: Budowa i podział enzymów, klasyfikacja i

nomenklatura. Ewolucja enzymów.

2. Enzymy monomeryczne, oligomeryczne, kompleksy wieloenzymatyczne, izoenzymy.

3. Wstęp do termodynamiki. Standardowa energia swobodna reakcji i jej związek ze stałą

równowagi. Wpływ ATP na równowagę sprzężonych reakcji.

4. Kataliza kwasowo-zasadowa. Kataliza kowalencyjna. Kataliza z udziałem jonów metali.

Kataliza elektrostatyczna. Efekt zbliżenia i preferencyjne wiązanie stanów przejściowych.

Przeciwciała katalityczne.

5. Kinetyka reakcji enzymatycznych a/ hiperboliczna, b/ sigmoidalna. Kinetyka reakcji z

wieloma substratami. Podstawowe stałe opisujące enzymy.

Metody wyznaczania podstawowych parametrów kinetycznych enzymów. (Szybkość

początkowa reakcji K_M, K_cat, V_max, K_I, K_M/K_cat. Wykorzystanie wyznaczonych stałych

w praktyce biochemicznej.

6. Regulacja aktywność enzymów. Wpływ środowiska (pH, temperatury, siły jonowej itd).

Regulacja aktywności enzymów z udziałem ligandów, modyfikacji kowalencyjnych,

ekspresji genów. Allosteria.

7. Strategie katalityczne przez enzymy. Zależność między strukturą i funkcją enzymów.

8. Izolacja i oczyszczanie enzymów. Kryteria czystości enzymów. Oznaczanie aktywności i

przechowywanie enzymów.

9. Enzymy w biotechnologii.

10. Wykorzystanie enzymów w medycynie.

Zajęcia laboratoryjne:

1. Preparatyka buforów i roztworów do oznaczania aktywności enzymów.

Wyznaczanie optimum pH fosfatazy kwaśnej.

2. Metody analizy i identyfikacji białek. Elektroforeza białek w warunkach denaturujących

(proteomika) (5 godz.).

3. Rozdział i identyfikacja izoenzymów dehydrogenazy mleczanowej i ich rola

w metabolizmie energetycznym komórek.

4. Preparatyka mitochondriów. Dehydrogenaza bursztynianowa – enzym mitochondrialny

zaangażowany w przemiany cyklu kwasów trójkarboksylowych i transport elektronów do

łańcucha oddechowego.

5. Oksydoreduktazy - enzymy transportujące protony i redukujące cząsteczki tlenu.

Transport elektronów w chloroplastach.

6. Transaminazy - enzymy uczestniczące w przemianach aminokwasów

7. Rola enzymów degradujących pirofosforan w syntezie niektórych metabolitów

komórkowych.

Instrukcje do ćwiczeń do odbioru w Zakładzie Biochemii.

Ocena dostateczna 36 punkty. Do ogólnej oceny z przedmiotu liczona jest również ocena z ćwiczeń - maksymalnie 13 punktów (ocena 5).

Biochemia Berg, Tymoczko & Stryer; PWN, Warszawa 2005

Biochemia Lehninger; PWRL Warszawa 1979

Biochemia Davidson & Sitman; Urban & Partner Wrocław Obliczenia Biochemiczne A. Zgierski & R. Gondko; PWN, Warszawa 1988

Fundamentals of enzyme kinetics A. Cornish-Bowden; Portland press Ltd, Londyn 2002

Enzyme structure and mechanism A. Fersht; Freeman & Company New York 1985

Fundamentals of biochemistry D. Voet, J.G Voet, C.W. Pratt; John Wiley & Sons, Inc. New York, 1999.
MECHANIZMY EKSPRESJI GENÓW
Typ przedmiotu: obligatoryjny

Poziom przedmiotu: 15 godzin wykładu

Rok studiów, semestr: III, semestr V

Liczba punktów ECTS: 2

Metody nauczania: wykład

Wykładowca: dr Waldemar Wojciechowski

Wymagania wstępne: zaliczony I rok studiów

Cele przedmiotu: Celem prowadzonych zajęć jest zaprezentowanie współczesnych poglądów na temat mechanizmów warunkujących (determinujących) ekspresję genów. Zaznajomienie słuchaczy z szeregiem aspektów związanych z wyrażaniem genów począwszy od kontroli transkrypcji przez szlaki transdukcji sygnałów, poprzez regulowanie zjawisk związanych ze zmianami poziomu transkryptów aż po wieloczynnikową regulacje translacji oraz modyfikacji łańcuchów polipeptydowych.

Treści merytoryczne przedmiotu:

Organizacja, struktura oraz współdziałanie genomów: jądrowego, mitochondrialnego oraz chloroplastowego. Wymiana informacji i wzajemne współdziałanie w mechanizmach ekspresji genów. Współudział elementów kodowanych w jądrze komórkowych z elementami pochodzącymi z innych kompartmentów komórkowych. 1 godz.

Obróbka oraz edycja jądrowego i chloroplastowego RNA oraz znaczenie tych procesów dla mechanizmów ekspresji genów. Udział sprzężeń zwrotnych w mechanizmach kontroli wyrażania genów. Ochrona przed namnażaniem obcego materiału genetycznego. Wpływ czynników środowiskowych na obróbkę i edycję RNA. Hormonalna kontrola procesów obróbki RNA. 2 godz.

Współdziałanie homeotycznych czynników transkrypcyjnych w organogenezie. Wpływ czynników zewnętrznych oraz wewnętrznych na mechanizm oddziaływania pomiędzy białkami. Aktywności kompleksów białkowych w mechanizmach kontroli transkrypcji. Wpływ czynników egzogennych na procesy remodelowania chromatyny oraz modyfikacji DNA i ich znaczenie w mechanizmach ekspresji genów. 2 godz.

Regulacja transportu, stabilność oraz degradacji RNA jako przykłady regulacji ekspresji genów. Lokalizacja komórkowa oraz tkankowa transkryptów RNA, transport systemiczny jako jedna z form regulacji mechanizmów ekspresji genów. Współdziałanie kompleksów białkowych oraz ich modyfikacje w procesie translacji. 2 godz.

Potranslacyjne modyfikacje białek ich znaczenie dla lokalizacji oraz aktywności. Ekspresja tkankowo specyficzna. Wzajemne oddziaływania jako forma aktywacji lub inaktywacji powstających peptydów. Synchronizacja ekspresji genów. 1 godz.

Udział szlaków transdukcji sygnału w kontroli ekspresji genów. Kontrola lokalizacji komórkowej elementów szlaków sygnałowania oraz czynników transkrypcyjnych. Ich wpływ na funkcjonowanie kompleksów polimeraz DNA. Modyfikacje czynników transkrypcyjnych, kontrola obrotu metabolicznego tych białek przez elementy szlaków transdukcji sygnału. 2 godz.

Rodzaje i pochodzenie niekodujących RNA. Biogeneza regulatorowych, niskocząsteczkowych RNA udział kompleksów białkowych w generowaniu oraz działaniu siRNA. Przechowywanie oraz przekazywanie informacji w formie niekodujących RNA. Mechanizmy kontroli ekspresji genów na poziomie transkrypcji i translacji (TGS, PTGS). mikroRNA jako strażnik zmian rozwojowych. 3 godz.

Techniki kontroli ekspresji genów z zastosowaniem najnowszej wiedzy biologii molekularnej. Poprawianie natury, terapia genowa. 1 godz.

Metody oznaczania poziomu ekspresji genów (hybrydyzacyjne, RT-PCR, mikromacierze itp.). Zastosowanie praktyczne białek fuzyjnych. 1 godz.

Stryer L. Biochemia, PWN, 1999

Hames B.D., Hooper N.M. Biochemia - krótkie wykłady, PWN 2006

Turner P., McLennan A., Bates A., White M. Biologia molekularna - krótkie wykłady, PWN, 2004

Węgleński P. Genetyka molekularna, PWN, 2006

Materiały przygotowane przez prowadzących

3. 
   Kształcenie w zakresie technologicznych aspektów biotechnologii
   

Klasyfikacja czujników chemicznych. Typowe zastosowania czujników chemicznych.

Chemiczne zagrożenia dla środowiska naturalnego oraz zdrowia i życia człowieka. Prawne uwarunkowania kontroli chemicznego stanu otoczenia człowieka.

Podstawowe zjawiska fizykochemiczne wykorzystywane w czujkach chemicznych: adsorpcja, kataliza, reakcje redox, podstawy elektrochemii, absorpcja i emisja promieniowania elektromagnetycznego.

Czujniki elektrochemiczne.

Czujniki wykorzystujące zjawiska elektryczne.

Czujniki wykorzystujące efekty cieplne.

Czujniki wykorzystujące zmiany masy.

Bioczujniki.

Przyczyny błędnych wskazań oraz zjawiska niekorzystnie wpływające na działanie czujników chemicznych.

Nowe kierunki w konstrukcji czujników chemicznych (zasady działania oraz nowe materiały): Lab-on-chip, e-Nose, e-Dog.

Zastosowanie czujników w technice motoryzacyjnej, wojsku, urządzeniach domowych, ochronie środowiska, medycynie, analityce chemicznej oraz do zapewnienia odpowiednich warunków bezpieczeństwa i higieny pracy.

Czujniki chemiczne jako elementy automatycznych urządzeń i systemów.

Czujniki chemiczne a chemiczna analiza instrumentalna.

Spis zalecanych lektur: czasopismo Sensor Letters, Encyclopedia of Sensors, prace naukowe z tej dziedziny oraz dostępne podręczniki o czujnikach biologicznych i chemicznych.

metody pozyskiwania, przechowywania i doskonalenia szczepów drobnoustrojów stosowanych w przemyśle

procesy produkcyjne z wykorzystaniem drobnoustrojów: fermentacja mlekowa, alkoholowa, octowa, produkcja aminokwasów, kwasów organicznych,

zastosowanie drobnoustrojów w medycynie - produkcja antybiotyków, szczepionek, witamin, leków białkowych, fagoterapia

zagrożenia mikrobiologiczne w różnych gałęziach przemysłu – mikrobiologiczne zanieczyszczenia surowców, mediów produkcyjnych (woda, powietrze)

sposoby zapobiegania zanieczyszczeniom mikrobiologicznym produktów spożywczych – system HACCP, metody utrwalania żywności

metodyka analizy mikrobiologicznej produktów spożywczych

Metody oceny/ sposób zaliczenia:

wykład – egzamin pisemny

ćwiczenia – opracowanie pisemne wyników eksperymentów przeprowadzanych podczas zajęć laboratoryjnych, kolokwium pisemne

Spis zalecanych lektur:

Bednarski W., Fiedurek. J. (red.); Podstawy biotechnologii przemysłowej

Chmiel A.; Biotechnologia. Podstawy mikrobiologiczne i biochemiczne

Libudzisz Z., Kowal K., Żakowska Z.; Mikrobiologia techniczna

Elimer E. Mikrobiologia techniczna

Warmińska-Radyko I., Łaniewska-Trokenheim Ł., Nowe metody badań mikrobiologicznych w przemyśle spożywczym

Żakowska Z., Stoińska H.; Mikrobiologia i higiena w przemyśle spożywczym

Normy Polskie oraz normy ISO

Bilansowanie przemian biochemicznych.

Podstawy kinetyki reakcji enzymatycznych.

Bilansowanie bioreaktorów, bioreaktory enzymatyczne.

Modele wzrostu populacji mikroorganizmów.

Obliczanie i projektowanie bioreaktorów.

Separacja biomasy.

Dializa, elektrodializa, ultrafiltracja, osmoza odwrotna.

Destylacja próżniowa i cienkowarstwowa.

Dobór metod oczyszczania i rozdziału bioproduktów: metody membranowe, metody elektrokinetyczne, metody biologiczne.

Suszenie materiałów biologicznych.

Metody oceny/ sposób zaliczenia: egzamin pisemny po uprzednim zaliczeniu ćwiczeń

Spis zalecanych lektur: dostępne podręczniki z tej dziedziny.

Chmiel A. Biotechnologia. Podstawy mikrobiologiczne i biochemiczne

Aiba S., Humphrey A.E., Willis N.F. Inżynieria biochemiczna

Szewczyk K.W. Bilansowanie i kinetyka procesów biochemicznych

Szewczyk K.W. Technologia biochemiczna Viestrus U.E.,Kuzniecow A.M., Sawienkow W.W. Bioreaktory – zasady obliczeń i doboru

Bałdyga J., Henczka M., Podgórska W. Obliczenia w inżynierii bioreaktorów

biologiczne metody oczyszczania, usuwanie biogenów ze ścieków, biologia osadu czynnego

zastosowanie mikroflory epifitycznej w procesie fitoremediacji wód skażonych ściekami rolniczymi, oczyszczanie ścieków z zastosowaniem filtrów gruntowo-roślinnych

metody utylizacji odpadów organicznych – kompostowanie, fermentacja metanowa, wykorzystanie pozostałości po procesach utylizacji

degradowalne biopolimery

bioremediacja środowisk skażonych, usuwanie produktów ropopochodnych oraz metali ciężkich

biotechnologiczne usuwanie odorów

Metody oceny/ sposób zaliczenia:

wykład – egzamin pisemny

ćwiczenia – opracowanie pisemne wyników eksperymentów przeprowadzanych podczas zajęć laboratoryjnych, kolokwium pisemne

Spis zalecanych lektur:

Klimiuk E., Łebkowska M. Biotechnologia w ochronie środowiska, PWN 2005

Obarska-Pempkowiak H., Gajewska M., Wojciechowska E. Hydrofitowe oczyszczanie ścieków, PWN 2010

Rosik-Dulewska Cz. Podstway gospodarki odpadami. PWN, 2008, 2010

Jędrczak A., Biologiczne przetwarzanie odpadów. PWN, 2008
PREPARATYKA BIOTECHNOLOGICZNA
Typ przedmiotu: obligatoryjny

Poziom przedmiotu: 15 godzin wykładu, 30 godzin zajęć laboratoryjnych

Rok studiów, semestr: III, semestr VI

Liczba punktów ECTS: 2,5

Metody nauczania: wykład wzbogacony prezentacją multimedialną; ćwiczenia laboratoryjne,

Wykładowca: dr hab. Adriana Szmidt-Jaworska

Prowadzący zajęcia laboratoryjne: dr hab. Adriana Szmidt-Jaworska, dr Agnieszka Pawełek

Wymagania wstępne: wiedza z zakresu biotechnologii, biochemii i mikrobiologii

Cele przedmiotu: celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z preparatywnymi i analitycznymi technikami stosowanymi we współczesnej biochemii ze szczególnym uwzględnieniem tych metod, które okazały się przydatne lub mogą znaleźć zastosowanie w biotechnologii. Uzyskanie wiadomości o źródłach i sposobach pozyskiwania bioproduktów oraz możliwościach ich analitycznego i technologicznego zastosowania.