Лекция I. Физико-химические основы молекулярной биологии клетки
Молекулярная биология клетки как наука о структурах и процессах надмолекулярных масштабов. Основные типы химических связей и их энергетические характеристики. Водородные связи, Ван-дер-Ваальсовы силы. Шкала энергетических уровней. О возможности действия энергий, меньших kT. Осмотические силы. Состояние воды в клетке. Жидкокристаллическое состояние. Понятие «белок-машина». Хемо-механическое сопряжение. Молекулярные моторы. Молекулярный “crowding”.
Лекция II. Цитоскелетные структуры на основе актина.
Структура и функции основных компонентов цитоскелета. Глобулярные актин и условия его полимеризации. Полярность F-актина. Микрофиламенты. Основные актин-связывающие белки и их функции. Белки семейства форминов. Белки нуклеации. Белки, связанные с мономерами и с актиновыми филаментами. Типы актомиозиновых структур. Механизм антипараллельного скольжения. Актиновые гели, их морфогенетическая роль, взаимодействие со связанной водой.
Лекция III. Цитоскелетные структуры на основе тубулина.
Структура тубулина и условия его сборки. Полярность микротрубочек. Морфогенетическая роль полимеризации микротрубочек. Микротрубочки как электреты (цепочки диполей). Динамическая нестабильность микротрубочек. Их роль в поддержании клеточной полярности. Молекулярные моторы, связанные с микротрубочками - кинезины, динеины. Их участие в повороте оплодотворения яйцеклетки, экскурвации вольвокса, митотическом делении клетки и движения жгутиков у Эукариот.
Лекция IV. Промежуточные филаменты
Молекулярная структура. Основные классы белков промежуточных филаментов. Сборка in vitro и in vivo. Регуляция динамики в клетке. Механические свойства промежуточных филаментов и их сетей. Взаимодействие с мембраной клетки, ядром, сетями микротрубочек и микрофиламентов. Участие промежуточных филаментов регуляции экспрессии генов, регуляции митоза и апоптоза, транспорте и локализации белков и органелл, передаче механических и химических сигналов с периферии клетки к ядру. Класс ламинов и современные представления об организации ядра. Эволюция белков промежуточных филаментов.
Лекция V. Структура и динамика плазматической мембраны клетки
Структура и основные компоненты билипидного слоя мембраны. Интегральные белки клеточной мембраны. Функциональное значение латеральной подвижности белковых компонентов плазматических мембран в клеточной сигнализации и движении клеток. Ретроградный транспорт актина, его значение в поддержании динамической полярности клетки. Апико-базальная и планарная полярность клеток. Генетическая регуляция, молекулярные основы и роль в морфогнезе и клеточной дифференцировке.
Лекция VI. Регуляция транспорта ионов и малых молекул на плазматической мембране
Типы транспорта: непосредственная и опосредованная диффузия, активный транспорт. Хемо-, электро- и механозависимые ионные каналы. Ионные насосы. Na, K - ATPаза, ее роль в поддержании трансмембранного потенциала и осмотического равновесия. Са - АТРаза. Основные типы ионных обменников, их роль в поддержании рН цитоплазмы и вакуолей.
Альтернативные представления о механизмах ионного транспорта. Немембранные (фазовые) механизмы связывания ионов.
Топография ионных каналов - насосов на поверхности клеток. Электрические поля яйцеклеток и эмбриональных клеток, их морфогенетическая роль.
Лекция VII. Структура и функции внеклеточного матрикса.
Внеклеточный матрикс – сложный динамический комплекс фибриллярных структурных белков, гликопротеинов, гликозаминогликанов и специализированных регуляторных белков. Коллагены, их структура, синтез в клетке и функции. Фибронектин, его структура, синтез и регуляция сборки. RGD-последовательность – сайт связывания с интегринами. Особая роль в регуляции миграции клеток и морфогенезе. Ламинин – белок базальных мембран, структура и функция. Тенасцин. Гликозаминогликаны. Гиалуроновая кислота, молекулярная структура и синтез в клетке, сигнальная функция, участие в организации структуры внеклеточного матрикса, регуляции миграции клеток в раннем развитии.
.
Лекция VIII. Молекулярные комплексы клеточной адгезии. Адгезионные контакты (Adherens Junctions), их состав и структура. Адгезионные рецепторы – нектины и кадгерины, их классификация. Линкерные протеины – катенины α, β, γ, р130 и афадин. Регуляторные молекулы - киназы, фосфатазы, рецепторные киназы к факторам роста, малые ГТФазы семейства Rho. Динамика кадгеринов и катенинов в развитии, их участие в процессах индукции и формообразовании.. Адгезионная и сигнальная функция аdherens junctions.
Десмосомы.
Фокальные контакты (focal junctions), их состав и структура. Интегрины - интегральные гликопротеины - рецепторы к белкам внеклеточного матрикса. Структура, классификация. Регуляция активности интегринов, их кластеризация, взаимодействие с цитоплазматическими белками (актин, FAK и др.). Роль талина в активации интегринов. Динамика фокальных контактов в мигрирующей клетке. Сигнальная функция фокальных контактов.
Гемидесмосомы.
