《分子生物学》教案Word格式.docx
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第一章绪论 Introduction(2学时)
1、教学目标:
掌握分子生物学的基本概念与研究内容;
了解分子生物学发展简史和分子生物学的
一些分支学科;
了解分子生物学的发展趋势。
2、教学重点:
分子生物学的产生及概念,分子生物学的研究内容
3、教学难点:
4、教学方法与手段:
多媒体教学、自学与课堂讨论相结合
5、教学过程
第一节 生命科学的回顾(20分钟)
1、创世说与进化论;
2、细胞学说;
3、经典的生物化学和遗传学;
4、DNA的发现。
第二节分子生物学的概念和研究内容(30分钟)
1、什么是分子生物;
2、分子生物学研究领域的三大原则;
3、分子生物学研究领域。
第三节 分子生物学发展简史(20分钟)
1、孕育阶段;
2、创立阶段;
3、发展阶段。
第四节 分子生物学实际应用的现状和展望。
(10分钟)
第二章核酸的性质与结构(3学时)
掌握核酸的基本性质;
掌握DNA的结构;
掌握DNA分子变性、复性及分子杂交的原理。
DNA的结构,DNA的变性与复性。
DNA双螺旋结构及其多样性、DNA高级结构。
多媒体教学;
讲解为主,自学与课堂讨论相结合。
第一节 核酸的化学组成(10分钟)
一、含氮碱基、核苷、核苷酸:
简单回顾。
二、DNA的一级结构:
详细讲解一级结构的特点第二节 DNA的二级结构(30分钟)
一、DNA双螺旋结构的提出:
详细讲解双螺旋结构的参数(10分钟)。
二、影响双螺旋结构稳定性的因素:
重点介绍碱基堆积力和疏水作用(5分钟)。
三、双螺旋结构的基本形式:
重点介绍A-DNA、B-DNA、Z-DNA的结构特征和形成条件
(10分钟)。
四、一些DNA序列的不寻常结构:
主要介绍反向重复序列中的回文结构、三螺旋和四螺
旋形成的条件(5分钟)。
第三节DNA的物理化学性质
一、DNA分子变性:
重点介绍增色效应及其在DNA定量分析中的应用、影响Tm值的因素(10分钟)。
二、DNA分子的复性:
介绍复性的概念和影响复性的因素(5分钟)
三、分子杂交:
介绍Southernblot、Northernblot、Westernblot和insituhybridization(15
分钟)。
第四节超螺旋和拓扑异构酶
一、超螺旋:
解释清楚正超螺旋和负超螺旋的概念(15分钟)
二、超螺旋状态的描述:
解释清楚Vinograd方程式中L、T、W的含义、EB的作用(15分钟)
三、拓扑异构酶:
重点介绍TopI、TopII的作用机理和功能(10分钟)。
[复习题]
1、名词解释
反向重复序列 DNA链的呼吸作用 DNA变性
DNA的熔解温度 DNA复性
2、简答题
*DNA是否唯一的遗传物质?
*如何确定DNA一级结构的方向性?
*决定DNA双螺旋结构状态的因素如何?
*B-DNA中出现的大沟、小沟有何差别?
*DNA结构多态性及其产生的原因。
*室温中蒸馏水中的DNA变化如何?
为什么?
*三螺旋、四螺旋DNA的形成条件如何?
各自的基本结构情况
*说明SV40的CCCDNA分子与EB结合过程中CCC的变化情况
*Ⅰ、Ⅱ型拓扑异构酶的作用方式和结果的情况
第三章基因和基因组(3学时)
掌握原核生物和真核生物基因的区别;
真核生物的C值与C值矛盾。
基因组的大小与C值矛盾;
真核生物基因。
真核生物DNA的复性动力学。
讲授与自学相结合。
第一节 基因组的大小与C值矛盾
一、相关概念:
重点介绍基因组和C值概念,简单介绍基因、基因组学、结构基因组学、功能基因组学等概念(15分钟)。
二、C值矛盾与表现:
阐明C值矛盾的表现,指出C值矛盾的原因(15分钟)。
第二节细菌和病毒基因组
一、大肠杆菌基因组:
简略介绍大肠杆菌基因组的特点(5分钟)。
二、病毒基因组的特点:
简单介绍,并交待λ噬菌体的COS位点形成的过程(5分钟)。
第三节真核生物的染色体与基因
一、真核生物染色体结构的回顾(不讲,让学生预习)
二、真核生物DNA的复性动力学:
在介绍Cot曲线的基础上,让学生明白怎样通过真核生物复性动力学研究来高度重复序列、中度重复序列和单一序列的估计方法(40分钟)
三、DNA的序列类型:
重点介绍高度重复序列中的卫星、微卫星、小卫星DNA的特点、及其在实践中的应用;
简单介绍重点重复序列的类型和单拷贝序列(35分钟)。
四、基因簇与基因家族:
介绍概念(5分钟)。
五、割裂基因:
学生自学。
基因组;
C-值;
C-值矛盾;
基因家族;
基因簇;
割裂基因;
Intron内元;
Exon外元;
持家基因;
奢侈基因;
卫星DNA。
(1)何为C值矛盾,其表现在哪些方面。
(2)E.coli的基因结构有何特点?
(3)真核生物复性动力学的复杂性计算、重复频率计算。
(如何根据复性动力学曲线判断真核生物各种序列类型及其复杂性)
(4)以E.coli、ΦX174噬菌体为例说明原核生物基因组织的特点。
(5)说出真核生物染色体结构中染色质丝的逐级组装过程。
(6)真核、原核生物的结构基因的主要组织特点。
3、计算题
(1)假定人类单个细胞总DNA为6×
109核酸对,以B-构型存在。
请问人类单个细胞DNA总长度为多少?
它们又是如何被组装在直径相对来说极其微小的细胞核内?
(人类46条染色体)
(2)从四种不同生物分离的核酸中各种碱基的比率(%)如下
A T U G C (A+T/U)/(G+C) (A+G)/(C+T)
1
17
33
0.5
1.0
2
29
19
22
30
0.97
24
16
56
0.66
1.5
4
34
2.1
1)对于每个物种,回答以下问题
a、核酸是DNA还是RNA?
b、是双链还是单链?
2)填充物种四中缺少的碱基百分比
第四章DNA复制(4学时)
理解DNA复制的半保留机制和半不连续复制,掌握细菌DNA复制过程及有重要作用的酶和蛋白质;
了解细胞周期;
了解真核生物DNA复制的特点。
①半保留复制的概念,半不连续复制的概念及相关定义(前导链、后随链、冈崎片段);
②参与复制的酶和蛋白质因子及其作用;
③DNA复制的机制
①DNA复制起始;
②端粒酶的作用机制;
③DNA复制的调控。
以基因信息传递的中心法则、DNA复制和细胞分裂的关系开始本篇,并引入本章,适当复习
DNA的结构和组成,以利本章讲述的展开,以DNA复制所需的条件为主线,讲授过程中联系前面已讲授的DNA双螺旋结构知识,做到知识的连贯,充分利用多媒体课件,用动画等形象、生动地讲授DNA生物合成过程。
(1)充分利用现代教学手段与方法,制作多媒体课件,做到图文并茂;
(2)在一些重点或关键处可适当板书,起到突出重点、引导学生思路从而更易掌握的作用;
(3)课堂上多提问,与学生交流,调动他们的积极性,也可先设疑,在后续教学中引导学生寻找答案,做到深入浅出,逐层剥离。
第一节DNA复制概述
一、 DNA的半保留复制:
介绍半保留复制的概念与Meselson-stahl实验证据(10分钟)。
二、 复制的起点、方式和方向:
介绍复制子、复制眼、复制叉的概念,详细介绍复制方式,并用动画帮助学生进行理解(20分钟)。
三、 DNA复制的半不连续性:
介绍半不连续复制、先导链、后随链、冈崎片段的概念,半不连续复制的实验证据(10分钟)。
四、 DNA合成的引发:
介绍引发酶在复制引发中的作用和DNA复制的转录激活的概念;
说明有机体选用RNA作为引物的原因(5分钟)。
五、 后随链的合成及前体片段的连接:
重点讲清后随链上所包含的事件。
简要提出原核和真核后随链合成的区别(5分钟)。
第二节DNA复制的酶学
一、DNA聚合反应和聚合酶:
详细介绍DNA聚合酶的3'
→5'
外切活性、5’→3’外切活性和5'
→3'
聚合活性。
突出DNApolⅠ的5’-3’外切活性在切开平移和探针制备中的应用(25分钟)。
二、DNA连接酶:
简略介绍,指出T4连接酶的应用(2分钟)。
三、与DNA几何学性质相关的酶:
简单介绍解螺旋酶和DNA旋转酶的作用(3分钟)
。
第三节原核生物DNA复制
一、 DNA复制机构的研究:
介绍实验体系,讲清快停突变和慢停突变的概念(5分钟)
二、 DNA复制的起始:
以大肠杆菌为例重点介绍从头起始的过程,简单介绍E.coli
细胞加倍时间与复制起始,略去共价延伸的起始过程(10分钟)。
三、 延伸过程:
讲清复制叉的概念与复制因子在复制叉的分布,介绍聚合酶III各亚基的功能和后随链的合成过程。
噬菌体T4的复制机制让学生自学(25分钟)。
四、 复制的终止:
重点介绍E.coli终止序列和终止蛋白在DNA复制终止中的作用,保证DNA复制和细胞分裂相一致的机制,提出线性DNA复制出现末端短缩的问题
(15分钟)。
第四节真核生物DNA的复制
重点介绍真核生物DNA聚合酶、分布与功能,指出真核生物和原核生物复制因子的不同,着重介绍端粒的功能及其补平机制(25分钟)。
6、小结:
本章重点讲述了:
半保留复制的概念,半不连续复制的概念及相关定义(领头链、随从链、冈崎片段),参与复制的酶和蛋白质因子及其作用,复制的化学反应,复制的起始、延长和终止,端粒及端粒酶的概念、逆转录的概念,DNA复制的调控。
7、复习题
名词解释
复制;
复制体;
半保留复制;
岗崎片段;
复制单位;
θ复制;
先导链;
后随链;
DNA复制的转录激活。
DNA复制的半不连续性。
简答题
1、图示说明DNA半保留复制的机制证明。
2、DNA复制方向为5’→3’,请说明复制为什么不能从3’→5’。
3、为什么岗崎证明DNA半不连续性复制的实验中出现两条链都是不连续的假象。
4、DNA复制为何选择RNA作为引物?
5、复制叉诞生的过程如何,后随链上都包含哪些事件(涉及的酶的情况)
6、E.coli的DNA复制终止机制
7、原核生物线性DNA复制5’末端短缩的解决办法有哪几种。
8、真核生物端粒末端及端粒酶在DNA末端复制过程中的作用机制
9、真核生物DNA复制过程中核小体复制和保留机制。
10、保证复制忠实性的主要机制
11、真核与原核复制起始调控的差别
12、真核与原核复制的比较
8、教学体会:
通过本次的教学有下几个体会:
1.对于本次的教学内容的重点、难点,学时分配比较科学,而且较好的遵循了认识发展的顺序进行教学,达到了“渐进”的目的。
2.教学方法设计合理,能突出本章重点内容,难点做到深入浅出,通过学生的反馈,其内容讲授已基本掌握。
3.本次内容的许多知识点能通过提问或设疑的形式提出,能很好调动学生的学习主动性和积极性,但谈话提出的问题应富有启发性。
4.利用多媒体教学有助于学生对讲课内容的理解,特别是以前学生难以理解的内容,通过多媒体的图象使抽象的内容具体化,使学生一目了然。
第五章DNA损伤、修复和重组(4学时)
了解导致DNA损伤的因素,掌握基因诱变、DNA重组和几种损伤修复系统的作用机理。
①几种损伤修复系统的作用机理。
②遗传重组理论。
①不同诱变剂引起不同DNA突变的机制;
②几种损伤修复系统的作用机理。
③遗传重组理论。
第一节诱变(自学)
第二节DNA损伤(自学)第三节DNA修复
一、直接修复:
简单介绍DNA光解酶、甲基转移酶的作用(3分钟)。
二、切除修复:
详细介绍碱基切除修复、核苷酸切除修复的机理,并对核苷酸切除修复过程进行归纳(12分钟)。
三、错配修复:
介绍错配修复的组成和过程,讲清MCE(mismatchcorrectenzyme)、
外切核酸酶(Ⅰ和Ⅶ)在错配修复中的作用(15分钟)。
四、重组修复:
通过实验证据说明重组修复的存在和时期,简单介绍其机理(10分钟)。
五、易错(SOS)修复:
通过讲解Jean Weigh的实验,引出SOS的概念,利用图例详细讲解SOS修复的机理(15分钟)。
第四节遗传重组
一、遗传重组概述:
交待遗传重组广义和狭义的概念,遗传重组类型(5分钟)。
二、同源重组:
重点介绍遗传重组的特征和Holliday中间体的形成和拆分过程(20分钟)。
三、位点专一性重组:
介绍位点专一性重组的概念,特征,以λ噬菌体为例说明位点专一性重组的机制(15分钟)。
第四节细菌中的转座成分
一、基本概念:
简单介绍,交待与同源重组的区别(5分钟)
二、转座子的类型和结构特征:
详细介绍插入序列和复合转座子的结构特征(15分钟)三、转座机制与模式:
重点介绍复制性、非复制性、保守性转座的概念和靶位点重复序列
形成的原因,对于复制性转座的机制进行简要介绍(10分钟)。
第五节真核生物的转座成分
一、 真核生物转座子的类型:
详细介绍I型转座子中的自主成分和非自主成分的关系
二、 Ac/Ds系统:
以图例说明Ac和Ds成分的作用方式和结构特点(5分钟)三、 Spm/dspm系统:
重点介绍这一系统的结构特点(5分钟)。
四、 反转录转座子(不讲,自学)
讲完以上内容后对转座子的类型进行归纳(5分钟)
五、 转座因子的应用研究:
简单介绍转座子在基因克隆、基因定位和基因转移方面的应用(10分钟)
移框突变;
无义突变;
错义突变;
增变基因;
组成型表达;
组成型突变;
突变热点。
问答题:
1、常见的无义、错义、移框突变的抑制突变的机制如何。
2、m5C突变热点形成的原因。
3、造成基因组成型表达的突变如何发生。
4、错配修复酶的主要功能及作用机制。
5、尿嘧啶-N-糖苷酶系统修复碱基来源及修复机制。
6、核苷酸切除修复和重组修复的修复时期及简单过程。
7、何为RecA蛋白,其在SOS系统中有何用途?
8、举例说明增变基因增加突变的原因?
第六章RNA转录(4学时)
掌握原核生物和真核生物RNA聚合酶的结构、原核基因和真核基因启动子结构特征和转录的基本原理和过程
①大肠杆菌RNA聚合酶的基本组成;
②真核生物RNA聚合酶的种类及其生物学功能;
③RNA酶促合成的基本特征;
④启动子与增强子的作用特点;
⑤RNA合成的基本过程---起始、延伸及终止全过程;
⑥大肠杆菌的两种终止子及其作用机理。
①RNA转录起始的特异性控制;
② RNA转录起始几种复后物的变换;
③大肠杆菌的两种终止子及其作用机理。
讲授为主。
第一节转录概述
讲清转录概念的要点,有义链、反义链的概念,转录起始点上下游的标记方法(10分钟)。
二、转录过程:
简单介绍转录的几个阶段(5分钟)。
第二节原核生物转录的起始
一、原核生物RNA聚合酶:
详细介绍核心酶和全酶的成分和组装,RNA聚合酶中各个亚基的功能(30分钟)
二、E.coli启动子的结构与功能:
以rrnB P1 promoter为例,详细介绍Sextama box
、Probnowbox、CAP-cAMP位点及其在转录起始中的作用(20分钟)。
三、起始过程:
交待二元封闭复合物、二元开放复合物、三元起始复合物和启动子出空的概念(10分钟)。
四、大肠杆菌不同的δ因子对转录的调控(5分钟)第三节真核生物RNA转录的起始
一、真核生物的RNApol:
真核生物RNA聚合酶的种类及其生物学功能,突出RNApolII
的CTD区域的结构特点和功能(10分钟)。
二、真核生物的启动子:
以RNApolⅡ启动子为例,介绍真核生物的启动子的结构特点与功能,强调增强子作用特点(20分钟)。
三、真核生物转录的起始:
以动画的形式介绍真核转录起始的过程(15分钟)。
第四节转录延伸
简单介绍。
说清转录泡,转录泡移动式拓扑学问题,转录过程中的延宕发生的原因
(5分钟)。
第五节转录的终止
在简单介绍原核生物终止子的种类的基础上,重点介绍两类终止子的结构特点和终止机理,解释ρ因子的“热追踪(hot-pursuit)”模型(30分钟)。
第七章 RNA加工和核糖核蛋白(4学时)
熟练掌握从新生RNA分子到成熟RNA分子的加工过程。
①tRNA的加工内容;
②rRNA产生的切割反应;
③GU-AG型、Ⅰ型及Ⅱ型内含子剪接时的转酯反应;
④真核生物mRNA的加工内容。
①GU-AG型内含子的剪接机理;
②tRNA中内含子的剪接机理。
第一节 rRNA加工和核糖体
一、RNA的加工类型 :
通过对比原核生物和真核生物细胞结构的不同说明真核生物
mRNA加工的必要性,解释RNA加工概念的要点(5分钟)。
二、原核生物rRNA加工:
简单介绍rRNA在基因组中分布特点和pre-mRNA的切割过程
三、真核rRNA的转录后加工:
简单介绍rRNA在基因组中分布特点和pre-mRNA的切割过程(5分钟)。
四、核糖体的组成:
不讲。
第二节tRNA加工
一、tRNA基因:
简单介绍两类核糖体基因(3分钟)。
二、参与tRNA后加工的酶:
RNAaseP、RNAaseD、tRNA核苷酸转移酶、RNAaseⅢ的作用(7分钟)。
三、原核生物tRNA加工:
以大肠杆菌tRNATyr为例,说明原核tRNA的加工过程,并用图总结上述各种的切割位点和切割顺序(15分钟)。
四、真核生物tRNA加工:
真核tRNA基因特点,以酵母tRNAPhe为例,说明真核tRNA
的加工特点(10分钟)。
第三节mRNA加工
一、mRNA加工概述:
区分核不均一RNA(hnRNA)、核不均一RNP(hnRNP)、snRNP
的概念(10分钟)
二、真核mRNA加工- 帽子:
介绍帽子结构的种类和功能(5分钟)
三、真核mRNA加工二 多聚(A)尾巴:
介绍加尾信号,以图例说明相关加尾酶
的作用和过程,pol(A)的功能和在实践中的应用(15分钟)。
四、真核mRNA加工三-------- 剪接(splicing):
简单介绍内含子的分类,重点介绍
I、II、III类内含子的结构特点和拼接机制(50分钟)第四节可变mRNA的加工(30分钟)
在介绍可变mRNA加工概念的基础上,以降钙素基因、果蝇性别决定基因
(sxl、tra、dsx)、免疫球蛋白μ重链为例简单说明可变加工的种类。
重点介绍RNA编辑的概念和机制
转录;
启动子;
RNA拼接;
左、右拼接点;
不连续转录;
转录终止子
1、说明RNApol全酶各个亚基的主要功能。
2、以E.coli为例,说出Prok.启动子结构及各部分功能。
3、以Prok.为例简述转录起始过程。
4、终止子和终止密码子有何区别?
5、试述Prok.中转录终止子的类型及终止机制。
6、解释E.coli的λ噬菌体调控不同发育阶段基因表达的抗终止机制。
7、 简述内元的种类及拼接方式
8、 说明tRNA内元拼接的简单步骤和特点。
9、 tRNA基因的类型及各类型的前体在加工过程中所要解决的问题。
10、说明poly(A)在分子生物学实验中的应用价值。
11、为什么在细菌(Prok.)中很少涉及到ρ因子?
12、Euk.mRNA帽子的种类。
13、以四膜虫的大rRNA前体的拼接为例,说明第Ⅰ类内元拼接的简单过程及特点。
14、真核生物mRNA的3‘poly(A)的编码情况及其准确生成的机制为何?
15、综合比较四种内元拼接方式的异同。
16、解释“套索结构”,及内元中的套索结构中的磷酸二酯键有何特殊之处。
第八章 蛋白质翻译(6学时)
掌握遗传密码的破译和特点,掌握tRNA的种类与功能;
掌握RNA通过遗传密码翻译成成熟蛋白质序列的过程,了解翻译后的生物活动。
①掌握遗传密码的破译和特点;
②tRNA的基本结构及各部分的生物学功能;
③核糖体的结构组成及几个活性部位的生物学功能;
④原核生物蛋白质合成起始的深刻理解;
⑤真核生物
蛋白质合成起始阶段几种复合物的变换;
⑥原核生物和真核生物蛋白质合成起始的差异性比较;
⑦蛋白质合成过程中肽链延伸的机理;
⑻释放因子终止肽链合成的机理
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