《分子生物学》教案.docx
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一、课程基本信息
《分子生物学》教案
课程代码
课程类别
必修
中文名称
分子生物学
英文名称
MolecularBiology
适用专业
生物科学
开课单位
西南大学生命科学学院
总学时
54
学分
3
选修课程
生物化学、遗传学
后续课程
基因工程
二、课程教材
P.C.特纳,A.G.迈克伦南,A.D.百茨,M.R.H.怀特.分子生物学（第二版）. 北京：
科学出版社,2001.9.
三、教学对象
2004级生物科学专业本科生。
四、主要参资料
[1]朱玉贤,李毅.现代分子生物学（第二版）.北京：
高等教育出版社,2002,7.
[2]RobertF.Weaver.分子生物学（影印版）.北京：
科学出版社,2000,8.
[3]孙乃恩等.分子遗传学.南京：
南京大学出版社，1990.
[4]JoeSambrook.分子克隆实验指南（第2版）.科学出版社,2002.
五、教学特色
利用动画让学生理解抽象的概念和重难点内容。
六、课程考核方式及成绩评定
《分子生物学》属于考试科目。
平时课堂教学中的作业和课堂提问、课堂讨论占30%；期末闭卷考试占70%。
七、其他说明
每章或全书讲授完毕，给学生布置一定的习题。
要求学生选读参考书，进一步巩固和补充课堂
讲授内容，系统整理学习笔记。
八、教案
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：
分子生物学的产生及概念，分子生物学的研究内容
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）
1、教学目标：
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。
2、教学重点：
DNA的结构，DNA的变性与复性。
3、教学难点：
DNA双螺旋结构及其多样性、DNA高级结构。
4、教学方法与手段：
多媒体教学；讲解为主，自学与课堂讨论相结合。
5、教学过程
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）
1、教学目标：
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。
2、教学重点：
基因组的大小与C值矛盾；真核生物基因。
3、教学难点：
真核生物DNA的复性动力学。
4、教学方法与手段：
多媒体教学；讲授与自学相结合。
5、教学过程
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。
[复习题]
1、名词解释
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。
2、简答题
（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
17
33
33
0.5
1.0
2
29
19
22
30
0.97
1.0
3
24
16
24
56
0.66
1.5
4
34
2.1
1.0
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）
1、教学目标：
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。
2、教学重点：
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
3、教学难点：
①DNA复制起始；②端粒酶的作用机制；③DNA复制的调控。
4、教学方法与手段：
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。
5、教学过程
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）
1、教学目标：
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。
2、教学重点：
①几种损伤修复系统的作用机理。
②遗传重组理论。
3、教学难点：
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。
4、教学方法与手段：
多媒体教学；讲授与自学相结合。
5、教学过程
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
（10分钟）
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）
[复习题]
名词解释
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）
1、教学目标：
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
2、教学重点：
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。
3、教学难点：
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。
4、教学方法与手段：
多媒体教学；讲授为主。
5、教学过程
第一节转录概述
一、基本概念：
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）
1、教学目标：
熟练掌握从新生RNA分子到成熟RNA分子的加工过程。
2、教学重点：
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。
3、教学难点：
①GU-AG型内含子的剪接机理；②tRNA中内含子的剪接机理。
4、教学方法与手段：
多媒体教学；讲授为主。
5、教学过程
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
（5分钟）。
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
[复习题]
名词解释
转录；启动子；RNA拼接；左、右拼接点；不连续转录；转录终止子
简答题
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）
1、教学目标：
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。
2、教学重点：
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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