《生物化学》第七版教案完整.docx
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《生物化学》第七版教案完整
安阳职业技术学院
教案
院系
：
教研室
：
姓名
：
课程名称
：
时间
课程
名称
课程
简介
对教
师的
要求
教材
选用
参考
书籍
教学主要内容
备注
教案
单位
：
基础医学院
教研室
：
生物化学教研室
姓名
：
唐微
课程名称
：
生物化学
日期
：
2008年9月
授课章节
授课对象
学时
时间
授课地点
教材
教学
目的
要求
教学
重点
难点
教学
方法
教具
授课
提纲
教学主要内容
备注
一、中心法则、复制的概念，复制的基本规律
1．中心法则（centraldogma）：
遗传信息传递的规律。
2．复制的概念：
以DNA为模板合成DNA的过程称DNA的复制，碱基互补配对规律是DNA复制的分子基础。
3.复制的基本规律：
（1）半保留复制
半保留复制：
DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自为模板按碱基互补配对规律，合成与模板互补的子链。
子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一条单链则完全重新合成，两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致，这种复制方式称为半保留复制。
实验依据：
1958年，M.Messelson和F.W.Stahl用实验证明半保留复制。
意义：
半保留复制的阐明，对了解DNA的功能和物种的延续性有重大意义。
接半保留复制的方式，子代保留了亲代DNA的全部遗传信息，体现代与代之间DNA碱基序列的一致性。
（2）半不连续复制
DNA双螺旋的两股单链走向相反，一链为5’至3’方向，另一条链为3’至5’方向，复制时所形成的复制叉上的两股母链也是走向相反，因此复制时，沿母链的3’至5’是连续合成的而沿母链5’至3’方向为不连续合成的。
这种复制方式称为半不连续复制。
二、DNA复制的酶学
1.DNA复制的化学反应
复制是在酶的参与下的核苷酸聚合过程，需要多种生物分子的共同参与。
（dNMP）n+dNTP→（dNMP）n+1+PPi
2.DNA复制所需要的原料
底物：
dATP、dGTP、dCTP、dTTP；
聚合酶：
依赖DNA的DNA聚合酶，简称为DNA-pol；
模板：
解开成单链的DNA母链；
引物：
一小段RNA；
其它酶和蛋白质因子。
3.DNA聚合酶类型及特点：
DNA聚合酶具有5’→3’的聚合性质，作用：
DNA的延伸；
5’→3’的核酸的内切酶性质，作用：
切除错误DNA片段；3’→5’的核酸外切酶性质，作用：
即时校对。
4.参与复制中的几何酶及其它酶。
引发酶：
合成一段RNA引物，供DNA复制的起始；
解旋酶：
将两螺旋DNA解开成单链，有利于复制；
单链结合蛋白：
将解开的双链结合，防止重新退火；
DNA连接酶：
将DNA片段连接起来；
拓扑酶：
使打结的双链断裂后重新连接，消去超螺旋。
三、DNA生物合成过程
1、复制的起始；
DNA的复制有固定的起始点，一般从富含AT较多的地方开始复制。
先是DNA解链酶将双链DNA解开成双链，然后单链结合蛋白结合上去，防止双链重新退火变成双链。
同时，引发酶合成一段与DNA复制点碱基序列配对的RNA，提供OH基团，为合成作准备。
2、复制的延长；
在DNA聚合酶的催化下，按照碱基因互补配对规律逐加入底物，链逐渐延长。
3、复制的终止；
到达复制子末端后，水解引物，DNA聚合酶填补缺口，DNA连接酶连接，完成DNA的复制。
4、真核生物DNA复制后末端的补平；
真核生物的DNA复制完成后，5‘端由于没有引物，这时候由端粒酶补平。
端粒酶是种反转录酶，自身带模板，在DNA的末端逐渐加上碱基，形成完整的DNA分子。
5、滚环复制和D环复制。
四、逆转录
1、逆转录概念、逆转录酶的特点；
以RNA为模板合成DNA的过程称逆转录。
逆转录酶：
依赖RNA的DNA聚合酶。
2、逆转录的基本过程。
五、DNA损伤（突变）与修复
1、突变的意义
（1）突变是进化、分化的分子基础；
（2）只有基因型改变的突变；
（3）致死性的突变；
（4）突变是某些疾病的发病基础。
2、引发突变的因素
引起突变的因素主要有物理因素、化学因素、化学诱变剂等。
物理因素：
紫外线和各种辐射，其中紫外引起DNA链上相邻的两个嘧啶碱基发生共价结合，生成嘧啶二聚体或称TT、CC二聚体。
3、突变的分子改变类型；
（1）错配
（2）缺失、插入和移框
（3）DNA分子重排
4、DNA损伤的修复类型。
（1）光修复
通过光修复酶使嘧啶二聚体解聚，DNA恢复正常。
（2）切除修复
将损伤的DNA单链直接水解，然后以相对的DNA单链的正常部分作模板而修复损伤的DNA。
（3）重组修复
损伤面太大，又不能及时修复的DNA可先进行复制，然后把正常的DNA补到缺口，这样各部都有一条正常链，以之为模板合成双链DNA。
（4）SOS修复
DNA损伤太多、难以继续复制而诱发出的一系列复制修复过程。
思考题
1．什么是遗传信息传递的中心法则？
2．DNA复制遵循什么原则？
3．DNA聚合酶有什么性质，其作用是什么？
4．参与DNA复制的几何酶有哪些，各起什么作用？
5．什么是半不连续复制和半保留复制，各自的实验依据是什么？
6．DNA复制的基本过程是什么？
7．什么是冈奇片段？
8．什么是复制叉（replicationfork）、复制体（replicasome）、复制子（replicon）？
9．什么是逆转录，其基本过程是什么？
10．什么是突变，哪些因素引起DNA突变？
11．突变的分子改变类型有哪些？
12．DNA损伤有几种类型，其修复过程如何？
授课特点
1.首先把前面所学的第一篇和第二篇的内容进行概要复习，再通过图片和实例切入到本篇所要学习的内容，承上启下；
2.先介绍本篇和本章内容概要，教学目标和要求，使学生明了本篇和本章应该学习哪些内容和重点内容；
3.就相应内容联系临床和生活实例，提高学习兴趣；
4.采用启发式教学，适当提问，启迪学生思维；
5.介绍学习方法，提高教学效果。
授课章节
第三篇基因信息传递·第十一章转录
授课对象
2007级本科
临床专业1、2、3班
学时
4
时间
2008.10.19/26
授课地点
5315、5506、2301教室
教材
《生物化学》·第七版·人民卫生出版社
教学
目的
要求
1、掌握：
复制与转录的区别与联系，RNA聚合酶的组成、结构，原核生物和真核生物的启动子的组成特点，真核生物的转录后加工。
2、熟悉：
顺式作用元件、反式作用因子，转录的基本过程。
3、了解：
RNA转录因子的结合及启动。
教学
重点
难点
1.重点：
复制与转录的区别与联系，原核生物RNA聚合酶的组成及各亚基的功能，真核生物RNA聚合酶的种类及产物，原核生物转录终止子的类型及结构。
2.难点：
原核生物和真核生物启动子的组成及特点。
教学
方法
大课讲授，适当结合临床
教具
多媒体教学课件
授课
提纲
概述，遗传传递的中心法则、转录的概念等5mins
第一节转录的模板及引物
1．转录模板10mins
2．RNA聚合酶25mins
第二节转录过程
1．原核生物的RNA聚合酶及其启动子20min
2．真核生物的RNA聚合酶及其启动15mins
小结5mins
第三节转录的基本过程
1．原核生物转录的基本过程20mins
2．真核生物转达录的基本过程15mins
第四节真核生物转录后修饰
1．真核生物mRNA转录后加工15mins
2．tRNA转录后加工15mins
3．rRNA转录后加工10mins
总结5mins
教学主要内容
备注
一、中心法则、转录的概念、转录的基本规律
1．中心法则（centraldogma）：
遗传信息传递的基本规律。
2．转录的概念：
以DNA为模板合成RNA的过程称转录，碱基互补配对规律是也是转录的分子基础。
3.转录的基本规律：
不对称转录，它包括发下两个主面含义。
（1）转录时只有一条链作模板进行转录；
（2）模板并非永远在同一条链上。
二、转录的化学反应及其原料
1.转录的化学反应：
复制是在酶的参与下的核苷酸聚合过程，需要多种生物分子的共同参与。
（NMP）n+NTP→（NMP）n+1+PPi
2.RNA转录所需要的原料等：
底物：
ATP、GTP、CTP、TTP；
聚合酶：
依赖DNA的RNA聚合酶，简称为RNA-pol；
模板：
解开成单链的DNA母链；
其它酶和蛋白质因子。
3.转录的基本过程：
与DNA链合成一样，RNA链的合成也是从5’向3’端进行的，此过程由RNA聚合酶（RNApolymerase）催化。
RNA聚合酶首先在启动子部位（promoter）与DNA结合，形成转录泡（transcriptionbubble），并开始转录。
在原核生物中只有一种RNA聚合酶完成所有RNA的转录；而在真核生物中，有3种不同的RNA聚合酶控制不同类型RNA的合成。
RNA合成也同样遵循碱基配对的规则，只是U代替了T。
4.原核生物RNA聚合酶：
RNA聚合酶具有5’→3’的聚合性质。
包括核心酶和全酶，核心酶由α2ββ’构成，核心酶加上σ因子为全酶，即σα2ββ’，其中σ亚基识别转录起始点，α亚基决定哪些基因被转录，β’亚基与模板结合，β亚基具有催化功能。
5.RNA合成的一般特点：
RNA的合成与DNA合成从总体上看来非常相似，但有以下三方面明显不同：
①所用的原料为核苷三磷酸，而在DNA合成时则为脱氧核苷三磷酸；
②只有一条DNA链被用作模板，而DNA合成时两条链分别用作模板；
③RNA链的合成不需要引物，而DNA合成一定要引物的引导。
转录合成的RNA链，除了U替换为T外，与用作模板的DNA链互补，而与另一条非模板链相同。
如果转录的RNA是mRNA，其信息最后通过密码子决定蛋白质的合成。
通常将用作模板进行RNA转录的DNA链称作为模板链（templatestrand）；而另一条则称为非模板链（nontemplatestrand）.
二、原核生物RNA的合成
通常把转录后形成一个RNA分子的一段DNA序列称为一个转录单位（transcriptunit）。
一个转录单位可能刚好是一个基因，也可能含有多个基因。
在细菌等原核生物中一个转录单位通常含有多个基因，而真核生物中则大多含有一个基因。
RNA的转录可以分为三步：
1.RNA链的起始；2.RNA链的延长；3.RNA链的终止及新链的释放。
RNA链转录的起始首先是RNA聚合酶在δ因子的作用下与DNA上的启动子部位结合，并在RNA聚合没的催化下使DNA的双链解离，形成转录泡，为RNA合成提供单链模板，并按碱基配对原则，结合核苷酸，在核苷酸之间形成磷酸二脂键，使其相连，形成RNA新链。
δ因子在RNA链伸长到8~9个核酸后，就被释放，然后由核心酶催化RNA的延伸。
链的延伸
RNA链的延伸是在δ因子释放之后，在RNA聚合酶四聚体核心酶的催化下进行。
因RNA聚合酶同时具有解开DNA双链并使其重新闭合的功能。
随着RNA的延伸，RNA聚合酶使DNA双链不断解开和重新闭合。
RNA转录泡的大小约为18bp，而RNA合成的速度约为40bp/min。
实际上，DNA模板与新合成的RNA链之间配对非常少，可能只有3bp，所以现在认为并不是DNA模板与RNA链之间的氢键使转录复合体得以稳定。
链的终止
当RNA链延伸遇到终止信号（terninationsignal）时，RNA转录复合体就发生解体，而使新合成的RNA链释放出来。
现在发现在大肠杆菌中有两类终止信号：
一类只有在蛋白质ρ存在的情况下，转录才会终止，称为依赖于ρ的终止子（ρ-dependentterminator）；第二类使转录终止不需要ρ的参与，所以称为不依赖于ρ的终止子（ρ-independentterminator）.
三、真核生物转录后加工：
实际上在原核生物中，RNA的转录、蛋白质的合成以及mRNA的降解通常是同时进行的。
因为在原核生物中不存在核膜分隔的核，另外，RNA的转录和多肽链的合成都是从5’向3’方向进行，只要mRNA的5’端合成后，即可以开始蛋白质的翻译过程。
在原核生物中mRNA的寿命一般只有几分钟。
因此，往往在3’端mRNA的转录还没有最后结束，5’端mRNA在完成多肽链的合成后，已经开始降解。
真核生物RNA的转录及加工：
大多数真核生物的mRNA在转录后必须进行下面三方面的加工后（图3-28），才能运送到细胞质指导蛋白质的翻译。
⒈在mRNA前体的5’端加上7-甲基鸟嘌呤核苷的帽子（cap）
当RNA链合成大概达到30个核苷酸后，就在其5’端上加上一个7-甲基鸟嘌呤核苷的帽子，它含有二个甲基和稀有的5’-5’三磷酸键。
其作用是在蛋白质翻译时识别起始位置以及防止被RNA酶降解。
⒉在mRNA前体的3’端加上聚腺苷酸（poly（A））的尾巴
真核生物中在RNA聚合酶Ⅱ催化下合成mRNA的前体hnRNA，比实际mRNA要长一些。
一般hnRNA的转录终止于加poly（A）尾巴的3’末端的下游1000-2000个核苷酸处，然后由核酸内切酶对其进行加工，切除多余的核苷酸。
核酸内切酶一般在保守的共有序列AAUAAA的下游11-30个核苷酸处停止切割。
最后在poly（A）聚合酶的催化下加上大约200个聚腺苷酸poly（A）尾巴，此过程一般称为聚腺苷酸化，它对增加mRNA的稳定性以及从细胞核向细胞质的运输具有重要作用。
3如果基因中存在不编码的内含子序列，要进行剪接，将其切除
真核生物基因与原核生物基因的一个显著的不同就是真核生物大多数基因内含有大量的非编码序列。
现在一般将一个基因中编码蛋白质合成的序列称为外显子（exon），而非编码的序列则称为内含子（intron）。
因为在一个基因中编码序列之间存在着大量的非编码序列，所以刚转录的hnRNA同样既含有编码序列，也含有非编码序列。
因此，必须对hnRNA进行剪接，切除这些非编码序列，并将编码序列连接起来，才能进行蛋白质的翻译。
思考题
1．什么是转录（transcription），它和复制有什么区别和联系？
2．原核生物启动子的组成、结构及特点.
3．真核生物起动子的基本组成、结构及特点。
4．原核生物转录的终止有几种方式？
不依ρ因子的终止子的结构是什么.
5．什么是转录单位（transcriptionunit）？
6．举例说明什么是顺式作用元件（cis-actingelements），什么是反式作用因子（trana-actingfactors）？
7．什么是基因（gene）、结构基因（structuralgene）、断裂基因（splittinggene）？
8．什么是内元（intron）、外元（exon）？
内元是真核生物的真质标志（hallmarker）吗？
内含子都含而不露吗？
9．真核生物转录后修饰有哪几种方式？
分别是什么？
10．什么是增强子？
它有什么作用特点？
11．什么是核酶，有什么特点？
授课特点
1.首先把前面所学的第一篇和第二篇的内容进行概要复习，再通过图片和实例切入到本篇所要学习的内容，承上启下；
2.先介绍本篇和本章内容概要，教学目标和要求，使学生明了本篇和本章应该学习哪些内容和重点内容；
3.就相应内容联系临床和生活实例，提高学习兴趣；
4.采用启发式教学，适当提问，启迪学生思维；
5.介绍学习方法，提高教学效果。
授课章节
第三篇基因信息传递·第十三章基因表达调控
授课对象
2007级本科
临床专业1、2、3班
学时
4
时间
2008.11.10/17
授课地点
5315、5506、2301教室
教材
《生物化学》·第七版·人民卫生出版社
教学
目的
要求
1、掌握：
基因及其基因表达的概念，原核生物表达调控的特点，操纵子的结构与功能，真核基因组结构特点，顺式作用元件，反式作用因子定义、类型，启动子、增强子、沉默子的含义。
2、熟悉：
真核基因表达调控的特点，基因表达调控的四个层次，基因表达调控的生物学意义，乳糖操纵子调节机制。
3、了解：
基因表达调控的基本原理，基因表达的时间性及空间性。
教学
重点
难点
1.重点：
乳糖操纵子和色氨酸操纵子的结构与功能，真核基因组结构特点，顺式作用元件，反式作用因子定义、类型，启动子或启动序列、增强子、沉默子的含义。
2.难点：
基因表达的时间性及空间性，基因表达调控的基本原理，真核基因表达调控的特点。
教学
方法
大课讲授，适当结合临床和生活实际实例
教具
多媒体教学课件
授课
提纲
导入，概述5mins
第一节基因表达调控的基本概念与原理
一、基因表达的概念，基因表达的时间性及空间性10mins
二、基因表达的方式，基因表达调控的生物学意义10mins
三、基因表达调控的基本原理15mins
第二节原核生物基因表达调控
一、原核生物基因表达调控特点20mins
二、乳糖操纵子的调节机制25mins
三、其它转录调节机机制15mins
第三节真核生物基因表达调控
一、真核生物基因组结构特点15mins
二、真核生物基因表达调控特点15mins
三、真核基因转录激活调节20mins
总结10mins
教学主要内容
备注
一、基因表达调控基本概念与原理
1．基因、基因组的概念
（1）基因概念的多样性
A．断裂基因（splittinggene）：
编码序列为不编码序列隔开，B。
其中，编码序列为外元，不编码序列为内元。
真核生物的基因大多数为断裂基因，或称不连续基因。
C．假基因（pseudogene）：
失去了基因功能的DNA序列。
D．重复基因（repeatgene）：
一个基因含有两个或两个以上的拷贝数。
E．重叠基因（overlappinggene）：
基因部分重叠。
F．跳跃基因（transposon）：
跳跃基因也称转座子，指基因复制到染色体的另一位置。
（2）基因：
染色体上的DNA片段；
（3）基因组：
一个物种的一整套遗传信息；
2．基因表达
（1）基因表达的概念：
基因表达就是基因转录及翻译过程，其中转录是基因表达的第一步。
（2）基因表达的时空特异性
基因表达的特导性包括时间特异性和空间特异性。
（3）基因表达的方式
包括组成性表达、诱导和阻遏。
（4）基因表达调控的生物学意义
适应环境、维持生长和增殖；维持个体发育与分化；
（5）基因表达调控的基本原理
A．基因表达的多级调控。
B．基因转录激活调节基因要素：
特异DNA序列；顺式作用元件（启动子序列，如TATAbox、CCAATbox）；调节蛋白；DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用；RNA聚合酶
二、原核生物基因表达调节
1、原核生物基因转录调节特点
（1）sigma因子决定RNA聚合酶识别特异性；
原核生物细胞仅有一种RNA聚合酶，核心酶参与转录延长，全酶具转录起始作用。
在转录起始阶段，sigma因子识别特异启动子序列；不同的sigma因子孙决定特异基因的转录激活。
（2）操纵子模型的普遍性；
除个别基因外，原核生物绝大多数基因按功能相关性成簇串联、密集于染色体上，共同组成一个转录单位—操纵（operon），因此，操纵子机制在原核基因调控中具有普遍意义。
（3）阻碍蛋白与阻碍机制的普遍性。
在很多原核操纵子系统，特异性的阻遏蛋白是控制原核启动序活性的重要因素。
当阻遏蛋白与操纵序列结合或解散时，就会发生特异基因的阻遏或去阻遏。
原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋白参与的开、关调节机制。
2、乳糖操纵子和色氨酸操纵子的结构。
（1）乳糖操纵子的结构
乳糖操纵子包括ZYA三个结构基因及其上游的调节序列：
操纵子序列O、启动子序列P及一个调节基因I。
（2）阻遏蛋白的负性调节
（3）CAP的正性调节
分解代谢物基因激活蛋白CAP是同二聚体，在其分子内有DNA结合位点。
当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时，cAMP与CAP结合，这时CAP结合在lac启动序列附近的CAP位点，可促进转录。
3、原核生物翻译水平的调节。
（1）蛋白质分子的自我调节
（2）反义RNA对翻译的调节作用
4．其它转录调节机制
（1）转录衰减
（2）基因重组
（3）SOS反应
大肠杆菌经紫外线照射会发生染色体损伤或DNA复制抑制，诱发一系列表型变化，这一现象或过程称为SOS反应（SOSresponse）。
三、真核生物基因表达调节
1、真核生物基因组结构特点。
（1）真核基因组结构庞大；
哺乳动物基因组DNA约由3×109碱基对组成，而大肠杆菌的基因组DNA大约只有4.2×106碱基对。
（2）真核基因转录的产物为单顺反子；
原核生物大多数基因按功能相关性成簇串联成操纵子，由操纵子机制控制转录生成的mRNA为多顺反子（poly-cistron）
（3）真核生物的基因组中有重复序列；
（4）真核生物的基因为不连续基因。
真核生物的基因大多数为不连续基因，即编码序列为不编码的序列所隔开。
2、真核生物基因表达调控特点。
（1）RNA聚合酶；
真核生物有三种RNA聚酶，分别负责三种RNA的转录。
（2）活性染色体结构变化；
当基因被激活时，可观察到染色体相应区域发生某些结构和性质变化。
（3）正性调节占主导；
真核生物广泛地采用正性调节，其原因有：
一、正性调节机制更有效；负性调节不经济。
（4）转录与翻译分隔进行；
真核细胞有细胞核及胞浆等区间分布，转录与翻译在不同亚细胞结构中进行。
（5）转录后修饰、加工。
鉴于真核基因结构特点，转录后剪接及修饰等过程比原核生物基因复杂。
3、RNApolⅠ和polⅢ的转录调节。
（1）RNApolI转录体系的控制；
（2）RNApolIII转录体系的控制。
4、RNApolⅡ对转录的调节
（1）顺式作用元件
指调节基因表达的DNA序列，主要包括启动子、增强子及沉默子
（2）反式作用因子
参与基因表达调控的蛋白质部分，如基本转录因子、亮氨酸拉链、锌指结构。
5．转录后水平的调节
（1）hnRNA加工成熟的调节；
（2）mRNA动输、胞浆内稳定性的调节
6．翻译水平的调节
（1）翻译起始因子（eIF）活性的调节；
（2）RNA结合蛋白对翻译起始的调节。
思考题：
1．什么是基因（gene），什么是结构基因（structuralgene），什么是假基因（pseudo-gene），什么是断裂基因（splittinggene），什么是跳跃基因（jumpinggene）？
2．什么是基因表达（geneexpression）?
试述基因表达变化的特点及其调控对生物体的重要性。
3．为什么说转录起始的调控是基因表达调控的中心环节?
4．举实际例子说明操纵元（0peron）的组成元件及其作用，并分析可阻遏的操纵元和可诱导的操纵元的调控方式。
5．真核生物基因组（genomeineukaryote）的结构特点有哪些
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