Załącznik do Zarządzenia nr 56

Nazwa pola
Nazwa przedmiotu (w języku
polskim oraz angielskim)
Jednostka oferująca przedmiot
Liczba punktów ECTS
Sposób zaliczenia
Język wykładowy
Określenie, czy przedmiot
może być wielokrotnie
zaliczany
Skrócony opis przedmiotu
Komentarz
Chemia bioorganiczna i medyczna
Bioorganic and medicinal chemistry
CBMiM PAN
6
Egzamin na ocenę – egzamin pisemny, jedno pytanie z każdych 2
godzin wykładu
polski
Wymagane zaliczenie jednorazowe
Wykład stanowi omówienie podstawowych właściwości (struktury i
funkcji) kwasów nukleinowych i białek oraz metod chemicznej
syntezy kwasów nukleinowych i białek, ukierunkowanej mutagenezy
białek i funkcji białek rekombinantowych. Omawia metody
projektowania nowych leków i systemy ich biologicznej ewaluacji,
klasyfikuje leki pod względem miejsca działania i właściwości
chemicznych i biologicznych (leki niskocząsteczkowe, terapeutyczne
kwasy nukleinowe, przeciwciała monoklonalne, abzymy, polimery w
diagnostyce i farmacji).
Prezentuje enzymatyczne i chemiczne metody syntezy kwasów
nukleinowych. W obrębie metod enzymatycznych omówione zostaną
schematy syntezy z wykorzystaniem odpowiednich polimeraz i ich
funkcji „proofreading” zapewniających prawidłowość replikacji.
Omówione zostaną działanie topoizomerazy oraz powstawanie
potomnej nici ciągłej i fragmentów Okazaki W obrębie metod
chemicznych przedyskutowane zostaną zagadnienia ochrony grup
hydroksylowych cukru (ze szczególnym uwzględnieniem syntezy RNA
i ochrony grupy 2’ hydroksylowej) i grup aminowych zasad
nukleinowych, oraz metody kondensacji, takie jak fosfodiestrowa,
fosfotriestrowa, H-fosfonianowa, amidofosforynowa i
oksatiafosfolanowa. Omówione zostaną zagadnienia
stereokontrolowanej syntezy P-chiralnych analogów DNA.
Zostaną przedstawione informacje o podstawowych cechach
strukturalnych nukleozydów, nukleotydów i oligonukleotydów, w tym
struktur jedno- i dwuniciowych oraz tripleksów i tetrapleksów (helisa
prawo- i lewoskrętna, dupleksy i tripleksy antyrównoległe i
równoległe, tetrapleksy wewnątrzcząsteczkowe i
międzycząsteczkowe). Omówione zostaną zagadnienia wpływu
składu i mocy jonowej roztworów oraz modyfikacji chemicznych
oligonukleotydów na przejścia konformacyjne pomiędzy helisami
typu A, B i Z . Przekazane zostaną informacje o chemicznych
metodach zawiązywania wiązania peptydowego, a także o
podstawowych cechach fizykochemicznych i strukturalnych
aminokwasów, peptydów i białek, w tym struktur helikalnych i
harmonijkowych. Omówione zostaną siły stabilizujące struktury
wyższego rzędu (wiązania wodorowe i hydrofobowe) ze szczególnym
uwzględnieniem wiązań disiarczkowych i wiązań powstałych z
udziałem nietypowych aminokwasów. Przedstawione zostaną
podstawowe zagadnienia związane z projektowaniem leków, ich
klasyfikacją i działaniem oraz z podstawowymi zagadnieniami
związanymi z nukleozydowymi lekami o działaniu przeciwwirusowym
i przeciwnowotworowym. Będą również omówione zagadnienia
związane z działaniem leków na DNA.
Omówione zostaną etapy rekombinacji DNA in vitro i
ukierunkowanej mutagenezy wykorzystywane w technologii
1
Pełny opis przedmiotu
otrzymywania białek rekombinantowych. Dyskutowane będą cele
modyfikacji genetycznych roślin i zwierząt (organizmy GMO) oraz
korzyści i potencjalne ryzyko stosowania takich organizmów.
Przedstawiona będzie klasyfikacja receptorów komórkowych i
przykłady receptorów o znaczeniu terapeutycznym. Omówiona
zostanie budowa i klasyfikacja przeciwciał, sposób wytwarzania
przeciwciał monoklonalnych oraz otrzymywanie i zastosowanie
przeciwciał katalitycznych. Przedstawione będą najważniejsze etapy
rozwoju nowych leków i przykłady testów biochemicznych
wykorzystywanych do identyfikacji związków o określonej aktywności
biologicznej. Przekazane zostaną słuchaczom podstawowe
wiadomości o wybranych zastosowaniach polimerów w diagnostyce
medycznej i farmacji.
Komponenty kwasów nukleinowych – chemia, struktura i
właściwości fizykochemiczne i biologiczne nukleozydów i
nukleotydów. Kwasy nukleinowe jako inhibitory ekspresji genów
(oligonukleotydy antysensowe, rybozymy, deoksyrybozymy, siRNA).
Selekcja kwasów nukleinowych in vitro (SELEX), aptamery,
trypleksy, oligonukleotydy immunostymulujące. Metody dostarczania
terapeutycznych kwasów nukleinowych do komórki/organizmu, RNAi
w badaniach klinicznych.
Metody projektowania nowych leków - bezpośrednie metody
identyfikacji targetu (metody immobilizacji związków , tworzenie
kompleksów, analiza masowa skompleksowanych białek, biblioteki
fagowe, przykłady leków wyselekcjonowanych metodą pośrednią).
Pośrednie metody identyfikacji targetu – metoda DARTS, metody
high throughput: analiza profilu ekspresji genów (DNA chipy),
białek (proteomu), mRNA (transkryptomu), analiza metabolomiczna
(metabolity komórkowe). Analiza porównawcza (60 linii
komórkowych w NCI). Analiza morfologiczna (fenotyp komórki,
analiza kilku genów opisujących odpowiedź biologiczną). Przykłady
leków odkrytych metodami pośrednimi. Podstawowe pojęcia w
zakresie enzymatycznej syntezy DNA i RNA; pojęcia matrycy i
primera, synteza nici ciągłej i fragmentów Okazaki, ograniczenia
metod enzymatycznych. Stosowanie kompatybilnych grup
ochronnych dla grup hydroksylowych i egzaminowych z warunkami
selektywnego ich usuwania. Metoda diestrowa tworzenia wiązania
internukleotydowego (halogenobezwodniki sulfonowe i DCC jako
aktywatory kondensacji). Metoda triestrowa tworzenia wiązania
internukleotydowego. Metoda H-fosfonianowa tworzenia wiązania
internukleotydowego. Metoda amidofosforynowa tworzenia wiązania
internukleotydowego. Metody stereoselektywnego tworzenia wiązań
internukleotydowych zawierających chiralne atomy fosforu. Idea
syntezy DNA I RNA na nośniku stałym. Procedury post-syntetyczne
odblokowywania grup funkcyjnych i izolowania homogennego
oligonukleotydu (technika DMT-on I DMT-off). Informacje o
podstawowych cechach strukturalnych nukleozydów, nukleotydów i
oligonukleotydów, w tym struktur jedno- i dwuniciowych oraz
tripleksów i tetrapleksów: podstawowe pojęcia o charakterystyce
konformacyjnej nukleozydów: fałdowanie cząsteczki cukru (2’-endo,
3’-endo); konformacja syn- i anti- wiązania glikozydowego,
wiązania wodorowe pomiędzy zasadami nukleinowymi według
schematów Watsona-Cricka i Hoogsteena , Możliwe geometrie
dwuniciowych helis antyrównoległych: konformacje typu A, B, Z i
konformacji przejściowych, możliwe geometrie dwuniciowych helis
równoległych wykorzystujących schematy oddziaływań Hoogsteena,
2
powstawanie struktur wyższego rzędu – tripleksów: struktury
antyrównoległe i równoległe, wymagania strukturalne dla nici
centralnej, powstawanie struktur wyższego rzędu – tetrapleksów:
budowa tetrady G, efekty stabilizujące tetradę pochodzące od jonu
metalu, wpływ aktywności wody, mocy jonowej roztworu i obecności
specyficznych jonów oraz modyfikatorów organicznych na przejścia
konformacyjne dupleksów DNA i RNA. Informacje o zagadnieniach
syntetycznych związanych z syntezą peptydów, oraz o podstawowych
cechach strukturalnych aminokwasów, peptydów i białek: geometria
i sztywność wiązania peptydowego, typy łańcuchów bocznych w
kanonicznych aminokwasach, ich udział w wiązaniach wodorowych,
jonowych i kowalencyjnych, możliwe geometrie helis peptydowych,
możliwe geometrie struktur beta-kartki, powstawanie białkowych
struktur wyższego rzędu – oddziaływania hydrofobowe, mostki
disiarczkowe, chemiczne metody zawiązywania wiązania
peptydowego – unikanie racemizacji alfa atomu węgla, strukturalne i
enzymatyczne funkcje białek, nietypowe aminokwasy i ich funkcje,
czynniki fizyczne i chemiczne powodujące denaturację białek.
Klasyfikacja leków, miejsca działania, struktura wiodąca
(Projektowanie leków- struktura wiodąca, klasyfikacja leków,
miejsca działania leków; białka jako miejsca działania leków;
działanie leków na enzymy; inaktywacja i hamowanie działania
enzymu; odwracalne i nieodwracalne inhibitory enzymów; przykłady
leków działających na zasadzie inhibicji odwracalnej i
nieodwracalnej). Nukleozydowe leki o działaniu przeciwwirusowym i
przeciwnowotworowym (proleki i ich podział; układy transportujące
lek;enzymatyczna aktywacja leków - mechanizmy aktywacji
proleków; pronukleotydy; mechanizm działania pronukleotydów
przeciwwirusowych; leki stosowane w terapii zakażeń wirusami HIV
i HCV-cykl życiowy wirusa HIV; nukleozydowe leki
przeciwnowotworowe -klasyfikacja i mechanizm działania). Leki
działające na DNA -interkalatory, czynniki alkilujące, leki działające
poprzez cięcie łańcucha (miejsca działania cytotoksycznych
związków; interkalatory-definicja, struktura, przykłady leków;
czynniki alkilujące -iperyty, cis-platyna i jej pochodne; zmniejszenie
toksyczności cis-platyny i zwiększenie spektrum oddziaływania; leki
działające poprzez cięcie łańcucha DNA; oporność -strategie mające
na celu jej uniknięcie).
Podczas wykładu omawiane będą także następujące zagadnienia:
molekularne podstawy inżynierii genetycznej, etapy klonowania DNA
i wektory wykorzystywane w inżynierii genetycznej, przykłady
prokariotycznych i eukariotycznych systemów ekspresji
rekombinantowych białek, ukierunkowana mutageneza – technologia
i zastosowanie, sposoby otrzymywania organizmów transgenicznych
(GMO), cele modyfikacji i przykłady zastosowań roślin i zwierząt
transgenicznych (ekonomiczne, biomedyczne), korzyści i potencjalne
zagrożenia wynikające ze stosowania organizmów genetycznie
modyfikowanych, przykłady cząsteczek sygnałowych, klasyfikacja
receptorów, receptory sprzężone z białkami G, kanały jonowe,
receptorowe kinazy tyrozynowe, receptory jądrowe, definicja: lek,
agonista, antagonista, receptory jako tarcza terapeutyczna, udział
receptorów w patogenezie chorób i przykłady związków
3
terapeutycznych, budowa i klasyfikacja przeciwciał, przeciwciała
poliklonalne i monoklonalne, otrzymywanie i przykłady zastosowań
przeciwciał monoklonalnych (badania, diagnostyka, medycyna),
otrzymywanie i zastosowanie katalitycznych przeciwciał (abzymów),
omówienie strategii terapeutycznych z zastosowaniem przeciwciał:
ADEPT i ADAPT, proces odkrywania nowych leków – główne etapy,
przykłady metod high throughput screening (HTS) i high content
screening (HCS) do identyfikacji cząsteczek o określonej aktywności
biologicznej, przykłady i zastosowanie testów do określenia
cytotoksyczności badanych związków (MTT, ATP, LDH), apoptoza i
nekroza jako podstawowe rodzaje śmierci komórkowej, kaspaza 3 i 7
jako markery apoptozy,wprowadzenie informujące o historii
zastosowań polimerów w medycynie i o zasadniczych
właściwościach polimerów stosowanych do celów
medycznych,podstawowe zagadnienia prawne dotyczące stosowania
polimerów na nośniki leków, testy diagnostyczne wykorzystujące
nano- i mikrocząstki, metody enkapsulacji leków, uwalnianie leków.
Literatura
Chemia Bioorganiczna
J. Berg, J. Tymoczko, L. Stryer
PWN wyd. 5, 2005
Artykuły z bazy PubMed
Current Protocols in Nucleic Acid Chemistry (S.L. Beaucage, D.E.
Bergstrom, G.D. Glick, and R.A. Jones, eds.) John Wiley & Sons,
Hoboken, N.J.
L. Stryer, Biochemia, Wyd.Nauk. PWN, Warszawa, 1999
Ullman’s Biotechnology and Biochemical Engineering, Vol.1, str.
157-194, 2007, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim
Patric G.L., Chemia Medyczna, WNT Warszawa 2003.
Silverman R.B., Chemia organiczna w projektowaniu leków, WNT
Warszawa 2004.
Kafarski P., Lejczak B., Chemia Bioorganiczna, PWN, Warszawa
1994
Artykuły z bieżącej literatury
„Podstawy biologii komórki” wydanie II, Wydawnictwo Naukowe
PWN 2005
„The medical potential of catalytic antibodies” Pure & Appl. Chem.,
Vol. 68, No.11, pp. 2009-2016,1996
“Receptor tyrosine kinase signalling as a target for cancer
intervention strategies” Endocrine-Related Cancer (2001) 8 161–
173
„Immunologia” praca zbiorowa pod red. Marka Jakóbisiaka,
Warszawa : Wydawnictwo Naukowe PWN, 1998.
„Genetyka molekularna” praca zbiorowa pod red. Piotra
Węgleńskiego, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2006
Zestaw wybranych prac monograficznych i przeglądowych
dostarczony przez wykładowców.
Zestaw przezroczy stanowiących podstawę wykładu.
Efekty uczenia się
Znajomość podstawowych właściwości i struktury nukleozydów,
nukleotydów. Znajomość postępowania przy poszukiwaniu nowych
leków, struktura i funkcje terapeutycznych kwasów nukleinowych
metody ich transportu dokomórkowego. Student zapoznaje się z
podstawowymi pojęciami w zakresie enzymatycznych i chemicznych
metod syntezy kwasów nukleinowych
4
Poznaje zagadnienia doboru kompatybilnych grup funkcyjnych dla
ochronu funkcji hydroksylowych i amiowych. Poznaje podstawowe
metody zawiązywania wiązania internukleotydowego.Poznaje
metody stereoselektywnego tworzenia wiązań internukleotydowych
zawierających chiralne atomy fosforu. Poznaje ideę syntezy DNA I
RNA na nośniku stałym. Poznaje procedury post-syntetyczne
odblokowywania grup funkcyjnych i izolowania homogennego
oligonukleotydu. Zapoznaje się z podstawowymi pojęciami w
zakresie struktury kwasów nukleinowych. Poznaje charakterystykę
fałdowania cząsteczki cukru (2’-endo, 3’-endo); konformacja syn- i
anti- wiązania glikozydowego. Poznaje schematy wiązań
wodorowych pomiędzy zasadami nukleinowymi. Poznaje możliwe
geometrie dwuniciowych helis antyrównoległych: konformacje typu
A, B, Z i konformacji przejściowych.
Poznaje zależności pomiędzy parametrami roztworu a konformacją
dupleksów DNA i RNA. Poznaje charakterystyczne cechy struktur
wyższego rzędu – tripleksów i tetrapleksów i warunki ich
powstawania.
Zapoznaje się z podstawowymi pojęciami w zakresie struktury
aminokwasów, peptydów i białek. Poznaje schematy wiązań
wodorowych stabilizujących helisy i beta-kartki i geometrie tych
struktur. Poznaje metody chemicznej syntezy peptydów (w tym
zautomatyzowanej syntezy na nośniku stałym), a w szczególności
sposoby aktywacji grup karboksylowych minimalizujące zjawisko
racemizacji alfa atomów węgla. Poznaje strukturalne i enzymatyczne
funkcje białek.
Nabywa podstawową wiedzę nt.projektowania leków, działania
leków ze szczególnym uwzględnieniem miejsc ich działania,
zaznajamia się z mechanizmami działania na poziomie
molekularnym nukleozydowych leków przeciwwirusowych i
przeciwnowotworowych, nabywa podstawową wiedzę nt. leków
działających na DNA.
.Słuchacz zapoznaje się z podstawowymi pojęciami w zakresie
inżynierii genetycznej i biotechnologii, poznaje techniki wytwarzania
białek rekombinantowych, otrzymywania zwierząt transgenicznych
(GMO), przeciwciał monoklonalnych, przeciwciał katalitycznych
oraz obszary ich zastosowań (badania naukowe, diagnostyka
medyczna, medycyna, transplantologia), poznaje funkcje receptorów
komórkowych, a także ich rolę w patogenezie niektórych chorób,
poznaje proces odkrywania nowych leków i metody oznaczania
aktywności biologicznej związków chemicznych, przedstawić
podstawowe wymagania stawiane wobec polimerów stosowanych w
diagnostyce medycznej i do wytwarzania polimerowych nośników
leków, poznaje funkcje materiałów polimerowych w typowych testach
diagnostycznych, umie przedstawić podstawowe sposoby modyfikacji
białek i kwasów nukleinowych stosowanych w farmacji, omówić
wybrane metody inkapsulacji związków bioaktywnych
wykorzystywane do projektowania nośników bioaktywnych
podawanych różnymi drogami.
Metody i kryteria oceniania
Praktyki zawodowe w ramach
przedmiotu
Nazwa pola
Cykl dydaktyczny, w którym
Ocena każdego pytania w skali 1 do 10, zaliczenie po uzyskaniu co
najmniej 60% punktów.
nie dotyczy
Komentarz
Semestr IV
5
przedmiot jest realizowany
Sposób zaliczenia przedmiotu w
cyklu
Forma(y) i liczba godzin zajęć
oraz sposoby ich zaliczenia
Imię i nazwisko koordynatora/ów
przedmiotu cyklu
Imię i nazwisko osób
prowadzących grupy zajęciowe
przedmiotu
Atrybut (charakter) przedmiotu
Efekty uczenia się, zdefiniowane
dla danej formy zajęć w ramach
przedmiotu
Metody dydaktyczne
Literatura
Egzamin
28 godzin
Prof. Barbara Nawrot
Prof. Barbara Nawrot, Prof. Piotr Guga, Dr Marcin Cieślak, Dr
hab. Jadwiga Baraniak, Prof. Stanisław Słomkowski
Do wyboru
Doktorant powinien znać strukturę i właściwości
nukleozydów, nukleotydów. Wiedzieć, jak się wykrywa
nowe leki, znać strukturę i funkcje terapeutycznych
kwasów nukleinowych metody ich transportu
dokomórkowego. Zapoznaje się z podstawowymi
pojęciami w zakresie enzymatycznych i chemicznych
metod syntezy kwasów nukleinowych. Poznaje
zagadnienia doboru kompatybilnych grup funkcyjnych
dla ochronu funkcji hydroksylowych i amiowych.
Poznaje podstawowe metody zawiązywania wiązania
internukleotydowego. Poznaje metody
stereoselektywnego tworzenia wiązań
internukleotydowych zawierających chiralne atomy
fosforu. Poznaje ideę syntezy DNA I RNA na nośniku
stałym. Poznaje procedury post-syntetyczne
odblokowywania grup funkcyjnych i izolowania.
Zapoznaje się z podstawowymi pojęciami w zakresie
struktury kwasów nukleinowych. Poznaje
charakterystykę fałdowania cząsteczki cukru (2’-endo,
3’-endo); konformacja syn- i anti- wiązania
glikozydowego. Poznaje schematy wiązań wodorowych
pomiędzy zasadami nukleinowymi. Poznaje możliwe
geometrie dwuniciowych helis antyrównoległych:
konformacje typu A, B, Z i konformacji przejściowych.
Poznaje zależności pomiędzy parametrami roztworu a
konformacją dupleksów DNA i RNAhomogennego
oligonukleotydu. Nabywa podstawową wiedzę
nt.projektowania leków, działania leków ze szczególnym
uwzględnieniem miejsc ich działania, zaznajamia się z
mechanizmami działania na poziomie molekularnym
nukleozydowych leków przeciwwirusowych i
przeciwnowotworowych, nabywa podstawową wiedzę nt.
leków działających na DNA.
Wykład interaktywny
Jak wyżej
6