整理090216分子生物学.docx
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整理090216分子生物学
《分子生物学》课程（090216）教学大纲
一、课程基本信息
课程中文名称:
分子生物学及实验
课程代码：
090216
学分与学时：
2.5学分54学时（理论课54学时，实验课18学时）
课程性质：
专业选修
授课对象：
生物技术及应用
二、课程教学目标与任务
新兴的生物技术已成为新技术革命的优先发展领域，它包括：
基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程四大部分，其在21世纪的生命科学时代有着广阔的发展前景，但它们的发展都需要分子生物学的理论作指导。
分子生物学是研究核酸等生物大分子的功能、形态结构特征及其规律性的科学。
本课程的任务是使学生掌握蛋白质、核酸等生物大分子的结构、性质及功能；DNA的复制、RNA的生物合成、蛋白质生物合成；遗传信息的储存、传递及表达调控等基本知识，了解生物大分子的基本实验原理及操作技能。
通过原核和真核生物基因表达调控的详细介绍，向学生揭示基因表达的精细性、复杂性和高度可调控性，使学生从分子水平认识生命现象和生物学规律。
三、学时安排
课程内容与学时分配表
章节
内容
学时
1
绪论
2
2
染色体与DNA
8
3
生物信息的传递（上）——从DNA到RNA
12
4
生物信息的传递（下）——从mRNA到蛋白质
8
5
分子生物学的研究方法
4
6
基因的表达与调控（上）——原核基因的表达调控模式
10
7
基因的表达与调控（下）——真核基因的表达调控的一般规律
10
合计
54
四、课程教学内容与基本要求
第一章绪论
教学目的：
介绍分子生物学的概念、研究内容以及分子生物学的发展简史，激发学生对分子生物学的兴趣。
基本要求：
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研究内容和发展趋势，了解与分子生物学相关的学科和一些分支学科。
重点与难点：
分子生物学的概念及研究内容
教学方法：
课堂讲授
主要内容
一、分子生物学的概念
二、分子生物学诞生的背景
三、分子生物学发展简史
四、分子生物学的研究内容
五、分子生物学展望
第二章染色体与DNA
教学目的：
介绍DNA的结构、性质与功能以及DNA的复制、损伤与修复。
基本要求：
掌握DNA双螺旋结构特点，了解DNA的超螺旋结构；掌握核酸的变性、复性和分子杂交原理；熟悉核酸的物理化学性质。
掌握原核生物和真核生物DNA复制的特点，熟悉原核生物和真核生物DNA复制的酶系统，熟悉DNA损伤的原因、类型，掌握DNA修复的方式，了解DNA损伤的修复机制。
重点与难点：
重点：
DNA双螺旋结构模型要点及维持稳定的因素，原核生物和真核生物的基因组特点，
核小体的概念，DNA的变性、复性及分子杂交原理。
DNA的半保留复制及DNA的半不连续
复制，原核与真核生物DNA复制的酶系统与过程；DNA损伤修复的主要方式。
难点：
DNA在真核细胞内的组装和超螺旋DNA、拓朴异构酶；DNA的半保留复制及DNA的半不连续复制，线形DNA分子端粒的复制。
教学方法：
讲授与多媒体相结合
主要内容：
第一节核酸概论
一、核酸的分类及分布
二、核酸的功能
第二节DNA的结构
一、DNA的一级结构
二、DNA的二级结构
三、DNA的三级结构
第三节真核生物染色体的结构
一、染色体概述
二、真核细胞染色体的组成
第四节原核生物与真核生物基因组的区别
一、基因与基因组
二、原核生物基因组特点
三、真核生物基因组特点
第五节核酸的变性、复性和分子杂交原理
一、DNA的变性
二、DNA的复性
第六节DNA的半保留复制和半不连续复制
一、DNA的半保留复制
二、DNA复制的起始点与方向
三、原核生物DNA的复制
四、真核细胞的DNA复制
第七节DNA损伤和修复
一、损伤的两种类型
二、修复方式
第八节DNA的转座
一、转座子的分类和结构特征
二、转座作用的机制
三、转座作用的遗传学效应
第三章生物信息的传递（上）——从DNA到RNA
教学目的：
介绍原核生物基因转录的概念、原理和过程；原核生物（rRNAtRNA）与真核生物特别是mRNA的转录后加工修饰的机制。
基本要求：
掌握启动子结构、转录的起始和终止机制；掌握RNA合成过程。
熟悉原核生物（rRNAtRNA）的转录后加工机制，了解真核生物特别是mRNA的转录后修饰机制
重点与难点：
重点：
启动子、转录过程、mRNA前体的剪接机制，核酶的作用机理。
难点：
为转录过程，真核转录因子，内含子的剪接过程。
教学方法：
讲授与多媒体相结合
主要内容：
第一节原核生物转录
一、转录的概念
二、原核生物RNA聚合酶及催化反应
三、原核生物RNA合成过程
四、原核生物启动子和转录因子
五、终止与抗终止
第二节真核生物转录
一、真核生物RNA聚合酶
二、真核生物的启动子
三、真核生物转录因子的种类及作用
第三节RNA转录后的加工
一、原核生物RNA（rRNA、tRNA）的转录后加工
二、真核生物RNA的转录后加工（5’戴帽3’加尾，）
三、RNA（四类内含子）的拼接机制
第四节RNA编辑与再编码
一、RNA编辑
二、RNA再编码
第五节核酶的特性、作用机理及研究的意义
第四章生物信息的传递（下）——从mRNA到蛋白质
教学目的：
介绍三种RNA在翻译中的作用、遗传密码的特性以及蛋白合成的机理、翻译后蛋白质前体的加工和定位。
基本要求：
熟悉并掌握翻译的过程以及参与翻译的mRNA、tRNA、rRNA的结构与作用，掌握遗传密码的特性；熟悉蛋白质的前体加工过程，了解蛋白质分子折叠机制与转运机制。
重点与难点：
重点：
蛋白质合成的过程；肽链合成后的折叠、加工与定位。
难点：
翻译的过程，分泌蛋白的跨膜机制
教学方法：
课堂讲授与多媒体相结合
主要内容：
第一节蛋白质合成体系
一、参与蛋白质合成的三类RNA
二、遗传密码的概念及遗传密码的特性
第二节蛋白质合成的机理
一、氨基酸的活化
二、原核生物与真核生物核糖体大小亚基的装配
三、原核蛋白质合成的过程及各种蛋白质因子在翻译中的作用
四、原核生物与真核生物翻译的异同
五、蛋白质生物合成的干扰和抑制
第三节肽链合成后加工与定位
一、蛋白质的前体加工
二、蛋白质的转运机制
第五章原核生物基因表达的调控
教学目的：
介绍基因表达、基因表达调控的概念、原核基因调控机制的类型与特点，主要介绍乳糖操纵子、色氨酸操纵子、半乳糖操纵子以及σ因子对基因表达的调控。
基本要求：
掌握操纵子的概念，掌握乳糖操纵子的结构，熟悉阻遏蛋白负性调节与CAP的正调控；掌握色氨酸操纵子的结构，阻遏物对色氨酸操纵子的负调控，熟悉衰减作用对色氨酸操纵子的调控；熟悉半乳糖操纵子的结构特点，cAMP-CAP对双启动子的不同作用。
重点与难点：
重点：
乳糖操纵子的负性调节与CAP的正调控，色氨酸操纵子的衰减调控，半乳糖操纵子的调控
难点：
衰减作用对色氨酸操纵子的调控，半乳糖操纵子中双启动子的生理功能。
教学方法：
课堂讲授与多媒体相结合
主要内容：
第一节原核基因表达调控总论
一、原核基因调控机制的主要类型
二、原核基因调控的主要特点
第二节乳糖操纵子
一、乳糖操纵子的发现
二、乳糖操纵子的结构
三、乳糖操纵子的负调控机理
四、CAP的正调控
第三节色氨酸操纵子
一、色氨酸操纵子的结构
二、阻遏物对色氨酸操纵子的负调控
三、衰减作用对色氨酸操纵子的调控
第四节半乳糖操纵子
一、半乳糖操纵子的结构特点
二、cAMP-CAP对双启动子的不同作用
三、双启动子的生理功能
第十章真核生物基因表达的调控
教学目的：
介绍真核基因结构特点与转录活性、DNA水平的调控、真核基因转录水平的调控以及其他水平的基因调控。
基本要求：
掌握真核生物基因结构特点与转录活性；掌握真核基因转录水平的调控
了解其他水平的调控，以及蛋白质磷酸化、信号转导对基因表达的调控。
重点与难点：
重点：
基因结构特点与转录活性，真核基因转录水平的调控
难点：
真核基因转录水平的调控
教学方法：
讲授与多媒体相结合
主要内容：
第一节真核生物基因表达调控总论
一、真核生物基因表达调控的特点和种类
二、基因家族
三、真核基因的断裂结构
第二节真核基因DNA水平的调控；
一、真核生物的基因结构与转录活性
二、基因重排与变换
三、基因丢失
四、基因扩增
五、基因封闭
第三节DNA甲基化与基因活性的调控
一、真核生物的两种甲基化酶：
二、DNA甲基化抑制基因转录的机理
三、DNA甲基化与X染色体失活
第四节真核基因转录水平的调控
一、顺式作用元件与基因调控
二、反式作用因子对转录的调控
第五节蛋白质磷酸化、信号转导及基因表达
一、蛋白质磷酸化在细胞信号转导中的作用
二、蛋白激酶的种类与功能
三、受体分子活化激酶的途径
四、受cAMP水平调控的A激酶（PKA）
五、C激酶（PKC）和PIP2、IP3和DAG
六、CaM激酶和MAP激酶
第六节其他水平的基因调控
第七章分子生物学的研究方法
教学目的：
介绍DNA、RNA基本操作技术以及部分基因功能的的研究技术
基本要求：
掌握基因操作和PCR的基本原理和过程；熟悉常用克隆载体、工具酶的特性。
重点与难点：
PCR原理及操作技术，克隆载体、工具酶的特性。
教学方法：
课堂讲授为主，实验录像为辅
主要内容：
第一节重组DNA技术
第二节DNA基本操作技术
第三节RNA基本操作技术
第四节其他分子生物学技术
五、课程教学方式与考核方式
1.教学方式：
以课堂讲授为主，辅以多媒体教学、课堂讨论等.
2.考核方式：
闭卷考试
六、参考教材及教学参考资料
参考教材：
朱玉贤等，《现代分子生物学》（第三版），高等教育出版社，2007
参考资料：
[1]朱玉贤等，《现代分子生物学》（第二版）.北京：
高等教育出版社，2002.
[2]阎隆飞等，《分子生物学》（第二版）.北京：
中国农业大学出版社，1997.
[3]李振刚等，《分子遗传学》.北京：
科学出版社，2000.
[4]孙乃恩，《分子遗传学》.南京：
南京大学出版社，2000.
[5]GeorgeM.MalacinskiDavidFreifelder,《Essentialsofmolecularbiology》.北京：
科学出版社,2002.
[6]RibertF.Weaver,《MolecularBiology》（第三版）. 2004.
[7]张玉静，《分子遗传学》.北京：
科学出版社，2000.
七、实验教学内容与要求
（一）实验教学目的与基本要求
本课程实验以某一目的基因为主线，从基因的分离、纯化、克隆、鉴定及表达等方面入手，训练学生掌握分子生物学基本的实验方法和技能，使学生对分子生物学方法的应用和意义有具体而全面的理解，在可能的情况下同时提供多种实验材料让学生自行设计和准备实验，培养其动手能力、独立科研能力和科学、严谨、实事求是的学风。
通过实验教学，使学生掌握（植物/动物）总DNA的分离及纯化、琼脂糖凝胶电泳等技术。
（二）实验内容与基本要求
1.实验项目一览
序号
实验项目名称
学时
实验类型
实验类别
每组人数
实验室
1
认识分子生物学实验室
3
基础
必做
4
现代生物学技术实验室
2
质粒DNA提取
3
验证型
必做
4
现代生物学技术实验室
3
琼脂糖凝胶电泳检测DNA
3
验证型
必做
3.不同等级的环境影响评价要求4
（5）污染防止措施能否达到要求。
现代生物学技术实验室
4
大肠杆菌感受态细胞的制备和转化
6
（五）规划环境影响评价的跟踪评价综合型
（2）防护支出法必做
1.建设项目环境影响评价文件的报批4
环境敏感区，是指依法设立的各级各类自然、文化保护地，以及对建设项目的某类污染因子或者生态影响因子特别敏感的区域。
现代生物学技术实验室
1.环境的概念5
PCR扩增制备目的基因
3
发现规划环境影响报告书质量存在重大问题的，审查时应当提出对环境影响报告书进行修改并重新审查的意见。
综合型
（1）规划和建设项目环境影响评价。
选做
4
现代生物学技术实验室
合计
18
现代生物学技术实验室
2.实验内容及要求
实验一：
认识分子生物学实验室
一、实验目的和要求：
对分子生物学实验室中的潜在危险进行说明，学会使用实验室中常见仪器。
二、仪器设备：
离心机、离心管、冰箱、生化培养箱
三、实验材料：
无
四、教学方法：
教师演示和学生分组实验相结合。
五、实验内容提要：
1.实验室里有害物品的介绍
2.实验室仪器使用安全规范
3.常见仪器的使用
实验二质粒DNA提取
一、实验目的和要求：
学会提取纯化总DNA方法。
学会使用离心机、移液器，掌握总DNA的提取和纯化技术。
二、仪器设备：
离心机、离心管、微量移液器、吸头、吸水纸、水浴锅、冰箱、研钵、液氮罐、电子天平、pH计、高压灭菌锅、一次性手套和口罩等。
三、实验材料：
含有PUC18的大肠杆菌菌株，LB培养基，溶液I，溶液II，溶液III,TE缓冲液等。
四、教学方法：
教师演示和学生分组实验相结合。
五、实验内容提要：
1.配置的药品和缓冲液
2.研磨供试材料;
3.抽提液抽提，离心；
4.苯酚抽提，离心；
5.沉淀，70%乙醇漂洗，离心，悬浮，保存。
实验三琼脂糖凝胶电泳检测DNA
一、实验目的和要求：
学习和掌握琼脂糖凝胶电泳检测DNA的方法和技术；电泳基本知识;琼脂糖凝胶的制备方法;DNA的定量。
二、仪器设备：
恒温培养箱、台式离心机、高压灭菌锅、水平电泳系统、紫外透射仪、等
三、实验材料：
琼脂糖、TAE缓冲液、EB、质粒样品、加样缓冲液等。
四、教学方法：
教师演示和学生分组实验相结合。
五、实验内容提要：
1.加样。
2.电泳：
恒压120V，至溴酚蓝到达胶条的2/3处。
3.染色：
放入EB溶液中染10min。
4.观察：
放入紫外灯下观察条带。
实验四大肠杆菌感受态细胞的制备和转化
一、实验目的和要求：
掌握大肠杆菌感受态细胞的制备及转化的方法和技术；感受态细胞的制备基础知识及方法；CaCl2法制备DH5a或JM109感受态细胞，计算转化效率；pUC19等质粒和重组产物转化大肠杆菌DH5α感受态细胞
二、仪器设备：
超净工作台、恒温摇床、生化培养箱、平皿、LB培养基、CaCl2溶液、氨苄青霉素等。
三、实验材料：
大肠杆菌菌株、CaCl2、LB培养基等。
四、教学方法：
教师演示和学生分组实验相结合。
五、实验内容提要：
1.接种：
将菌种接种至LB培养基中，过夜培养。
2.感受态的制备。
3.转化。
4.观察结果。
实验五PCR扩增制备目的基因
一、实验目的和要求：
掌握PCR反应的基本原理和实验技术；学会PCR溶液体系的制备方法；学会PCR仪使用。
二、仪器设备：
CR扩增仪、琼脂糖凝胶电泳系统。
三、实验材料：
PDNA模板、引物1、引物2、dNTP、Taq酶、Eppendorf管等
四、教学方法：
教师演示和学生分组实验相结合。
五、实验内容提要：
1.加入实验所需试剂。
2.放入PCR仪中进行扩增。
3.电泳，观察结果。
（三）实验教材（实验指导、讲义）：
参考教材：
分子生物学实验指导，魏群主编，1999，高等教育出版社。
参考资料：
[1]J.萨姆布鲁克.分子克隆实验指南.北京：
科学出版社，1999.
[2]郝福英等.分子生物学实验技术.北京：
北京大学出版社，1999.
[3]梁国栋.最新分子生物学实验技术.北京：
科学出版社，2001.
（四）考核方式：
实验操作30％，实验结果30％，实验报告30％，考勤10％。
参照以下几个方面评定成绩。
1.认真预习实验并书写实验预习报告；
2.实验态度认真，操作规范，遵守实验室管理规定；
3.按规定步骤进行实验，实验结果准确；
4.认真撰写实验报告（内容包括：
实验目的、实验原理、试验步骤、实验数据、数据整理及结果、实验结果讨论）。
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