Structure and Dynamics of DNA and RNA - MC260P96

• Title: Struktura a dynamika DNA a RNA
• Czech title: Struktura a dynamika DNA a RNA
• Guaranteed by: Department of Physical and Macromolecular Chemistry (31-260)
• Faculty: Faculty of Science
• Actual: from 2023
• Semester: summer
• E-Credits: 3
• Examination process: summer s.:
• Hours per week, examination: summer s.:2/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: not taught
• Language: Czech, English
• Note: enabled for web enrollment
• Guarantor: prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc.

Annotation

Last update: prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc. (03.05.2012)

Cílem přednášky je vysvětlení moderního pohledu na strukturu, dynamiku, funkci a evoluci nukleových kyselin (DNA a RNA), a jejich komplexů s ligandy a proteiny. Přednáška je pojata interdisciplinárně, a má ukázat na úlohu moderních fyzikálně chemických pohledů ve strukturní a molekulární biologii. Značná pozornost je věnována molekulární biologii a evoluci molekul nukleových kyselin. Vzhledem k současnému vývoji oboru je těžiště přednášky věnováno molekulám RNA. Důkladně je probírána struktura, funkce a evoluce ribosomu, nové poznatky kolem regulačních molekul RNA jako jsou RNA riboswitche a ribozymy (RNA katalýza), RNA interference, microRNA, splicing a spliceosom, a obecně nekódující regiony mRNA. Budou vysvětleny základní principy biomolekulárních strojů. V oblasti DNA budou vysvětleny principy lokální konfirmační variability B-DNA, vazby DNA na nukleozom, a nejnovější poznatky o kvadruplexové DNA. Stručně budou zmíněny možnosti výpočetních metod v oblasti strukturní a molekulární biologie.

Aim of the course

Last update: prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc. (03.05.2012)

Vysvětlit nejnovější poznatky strukturní a molekulární biologie nukleových kyselin, jejich evoluční principy, a dát je do souvislosti s fyzikálně chemickými poznatky.

Literature

Last update: prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc. (03.05.2012)

Vybrane kapitoly z:

Rodnina MV; Wintermeyer W; Green R Ed. RIBOSOMES: STRUCTURE, FUNCTION, AND DYNAMICS, Springer, 2011

Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level, 3rd Edition, 2008,

by Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt, John Willey & Sons, Inc.

Quantum Chemical Studies of Nucleic Acids Can We Construct a Bridge to the RNA Structural Biology and Bioinformatics Communities? Author(s): Sponer Jiri; Sponer Judit E.; Petrov Anton I.; et al. Source: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B Volume: 114 Issue: 48 Pages: 15723-15741 DOI: 10.1021/jp104361m Published: DEC 9 2010

Molecular Dynamics and Quantum Mechanics of RNA: Conformational and Chemical Change We Can Believe In Author(s): Ditzler Mark A.; Otyepka Michal; Sponer Jiri; et al. Source: ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH Volume: 43 Issue: 1 Pages: 40-47 DOI: 10.1021/ar900093g Published: JAN 2010

Příslušná literatura bude poskytnuta ve formě pdf, dále bude k dispozici materiál ppt přednášejícího, ~350 snimku, Z ~60 různých individuálních zdrojů.

Requirements to the exam

Last update: prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc. (03.05.2012)

Základní znalosti a orientace v probírané tématice.

Syllabus

Last update: prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc. (03.05.2012)

Úloha molekul nukleových kyselin v biologii, jejich evoluce.

Vztah mezi strukturou a funkcí - vysvětlení základních principů

Fyzikálně chemický pohled na základní energetické příspěvky formující strukturní dynamiku nukleových kyselin.

Sekvenční závislost struktury B-DNA a jak ji číst?

DNA a nukleosom

Guaninové kvadruplexy, i-DNA a triplexy.

Transkripce

Molekuly tRNA a jejich nabíjení aminoacylsyntetázami.

Molekula mRNA, její kódující a nekódující regiony, rozdíl mezi eukaryotickými a prokaryotními mRNA.

Jak byla vyřešena struktura ribosomu? Od primitivní elektronové mikroskopie k atomární strukturní biologii.

Iniciace, elongace a terminace syntézy proteinu na ribosomu.

Struktura, funkce a evoluce velké ribosomální podjednotky (celková struktura, katalytické centrum, dynamické elementy, protein exit tunel) a její interakce s antibiotiky macrolidové skupiny.

Struktura, funkce a evoluce malé ribosomální podjednotky (dekódovací centrum) a její interakce s antibiotiky aminoglykosidové skupiny a streptomycinu, vznik rezistence a závislosti na antibiotikách, pohled na atomární úrovni.

Principy organizace a evoluce RNA. Fundamentální úloha hydroxylové skupiny ribózy při konstrukci RNA molekul, RN-protein komplexů, a molekulárních strojů. Princip isostericity a rekurentních stavebních bloků, modulární princip při výstavbě a evoluci molekul RNA.

Principy činnosti biomolekulárních strojů a proč se tak zásadně liší od strojů makroskopických - od tepelných pohybů k usměrněnému pohybu.

Rozdíly mezi prokaryotními, archeálními, eukaritotními a organelovými (chloroplast, mitochondrie) ribosomy.

Molekula mRNA a její regulační schopnosti, messenger-transfer RNA, internal ribosomal entry site, a další.

RNA riboswitche, nové téma v regulaci exprese genu u bakterií.

Malé RNA ribozymy a velké RNA ribozymy.

Spliceosom a splicing, jak dál v jejich studiu?

RNA interference a micro RNA.

Úloha (a omezení) výpočetních technik ve strukturní molekulární biologii, molekulové simulace, kvantová chemie, QM/MM metody a jejich spojení/souvislost s bioinformatikou, rentgenostrukturní analýzou, cryoelektronovou mikroskopií a dalšími metodami.

Entry requirements

Last update: prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc. (03.05.2012)

Nejsou